Îmbinare cu șuruburi - Interacțiunea dintre forfecare și întindere

Descriere

Obiectivul acestui capitol este verificarea metodei cu elemente finite bazate pe componente (CBFEM) pentru interacțiunea dintre forfecare și întindere într-un șurub față de un model analitic (AM). Pentru verificare a fost selectată o îmbinare grindă-grindă cu plăci de capăt și două rânduri de șuruburi; a se vedea Fig. 5.5.1. Rigiditatea la încovoiere a îmbinării este suficient de mare pentru a fi clasificată ca rigidă.

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 5.5.1 Joint arrangement of bolted beam-to-beam joint}}}$$

Model analitic

Rezistența șurubului la interacțiunea dintre forfecare și întindere este proiectată conform Tab. 3.4 din capitolul 3.6.1 din EN 1993-1-8:2005. Se utilizează o relație bilineară. Geometria și dimensiunile plăcii de capăt ale îmbinării sunt selectate pentru a limita rezistența de calcul a îmbinării prin cedarea șurubului. Rezistența de calcul a tronsonului T echivalent la întindere este modelată conform Tab. 6.2 din capitolul 6.2.4 din EN 1993‑1‑8:2005.

Verificarea rezistenței

Parametrii modelului sunt diametrul șurubului și dimensiunea grinzii; a se vedea Fig. 5.5.2 până la 5.5.5. Dimensiunile plăcii de capăt și distanțele dintre șuruburi sunt modificate pentru a limita rezistența îmbinării prin cedarea șurubului. Rezistența la forfecare și la încovoiere a îmbinării este comparată la încărcarea corespunzătoare cedării șurubului. Rezultatele sunt rezumate în Tab. 5.5.1 și 5.5.2.

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 5.5.2 Sensitivity study for resistance in bending with variation of bolt diameter}}}$$

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 5.5.3 Sensitivity study for resistance in bending with variation of beam dimension}}}$$

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 5.5.4 Sensitivity study for resistance in shear with variation of bolt diameter}}}$$

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 5.5.5 Sensitivity study for resistance in shear with variation of beam dimension}}}$$

Tab. 5.5.1 Studiu de sensibilitate pentru rezistență cu variația diametrului șurubului

Tab. 5.5.2 Studiu de sensibilitate pentru rezistență cu variația dimensiunii grinzii

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Drawing 5.5.1 Joint geometry and dimensions}}}$$

Rezultatele studiilor de sensibilitate sunt rezumate în graficele din Fig. 5.5.6 și 5.5.7. Rezultatele arată că diferențele dintre cele două metode de calcul sunt sub 10 %. Modelul analitic oferă în general o rezistență mai mare.

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 5.5.6 Verification of CBFEM to AM for the interaction of shear and tension in bolt in case of loading to bending resistance of a joint}}}$$

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 5.5.7 Verification of CBFEM to AM for the interaction of shear and tension in bolt in case of loading to shear resistance of a joint}}}$$

Exemplu de referință

Date de intrare

Elemente conectate

• Oțel S355
• Grinzi HEA300
• Grosimea plăcii de capăt t_p = 40 mm
• Dimensiunile plăcii de capăt 300 × 330 mm

Șuruburi

• 4 × M24 8.8
• Distanțe e₁ = 85 mm; p₁ = 160 mm; w₁ = 75 mm; w = 150 mm

Rezultate

• Rezistența de calcul la încovoiere M_Rd = 93 kNm
• Rezistența de calcul la forfecare V_Rd = 291 kN
• Modul de cedare este cedarea șurubului la interacțiunea dintre forfecare și întindere