Khả năng chịu lực phá hoại khối cắt được tính toán theo cách hơi khác nhau trong mỗi tiêu chuẩn. Trong ví dụ này, khả năng chịu lực phá hoại khối cắt theo CBFEM được so sánh với chương trình thực nghiệm được mô tả trong một báo cáo chi tiết được thực hiện tại Đại học Alberta ở Canada.
Vật liệu và hình học
Vật liệu bản thép: 350W ()
Hệ số sức kháng thép:
Các đặc tính vật liệu thực tế thấp hơn đáng ngạc nhiên so với các giá trị danh nghĩa (Bảng được lấy từ báo cáo). Trong CBFEM (phương pháp phần tử hữu hạn dựa trên cấu kiện), các giá trị danh nghĩa với hệ số sức kháng được sử dụng.
Chiều dày bản thép: 6,4 mm
Bu lông: đường kính 1/2 in, cấp A325, đường kính lỗ bu lông = đường kính bu lông
Thiết lập thử nghiệm bao gồm một liên kết được gia cường (phần trên) và một liên kết thử nghiệm (phần dưới). Trong CBFEM (phương pháp phần tử hữu hạn dựa trên cấu kiện), chỉ có liên kết thử nghiệm được mô hình hóa. Hình dưới đây được lấy từ báo cáo.
Có hai biến thể hình học:
- Bu lông gần nhau (khoảng cách 51 mm; mẫu T1A, T1B và T1C)
- Bu lông với khoảng cách lớn hơn, 152 mm (mẫu T2B và T2C)
Kết quả
Biến dạng của CBFEM (phương pháp phần tử hữu hạn dựa trên cấu kiện) được đọc từ các vị trí tương tự như trong thí nghiệm ở chế độ nhà phát triển, nơi có thể hiển thị chuyển vị. Các giá trị được đọc từ thang đo nên các biến dạng không hoàn toàn chính xác.
Các đường cong tải trọng - biến dạng tương ứng khá chặt chẽ với các đồ thị thực nghiệm được lấy từ báo cáo. Sự khác biệt nằm ở các giá trị danh nghĩa và hệ số sức kháng được sử dụng trong CBFEM (phương pháp phần tử hữu hạn dựa trên cấu kiện). Mô hình cũng chỉ sử dụng biểu đồ vật liệu hai tuyến tính với độ cứng hóa biến dạng không đáng kể. Hơn nữa, hình dạng biến dạng theo CBFEM (phương pháp phần tử hữu hạn dựa trên cấu kiện) tương ứng tốt với thí nghiệm, và biến dạng dẻo tập trung xung quanh phần trên giữa các bu lông, gợi ý rằng phá hoại do kéo sẽ xảy ra trước phá hoại do cắt ở các cạnh.
Điều quan trọng cần lưu ý là giới hạn biến dạng dẻo 5% (chấm màu cam trong các đồ thị bên dưới) đạt được ở biến dạng rất nhỏ và trước khi xảy ra bất kỳ phá hoại nào. Phá hoại do kéo xảy ra ở biến dạng dẻo 45% và 42% đối với hình học T1 và T2B/C tương ứng. Các mặt phẳng cắt thậm chí còn dẻo hơn nhưng khả năng chịu tải đã giảm đáng kể.
Kết luận
Trong CBFEM (phương pháp phần tử hữu hạn dựa trên cấu kiện), khả năng chịu lực phá hoại khối cắt của một nhóm bu lông được xác định bằng phân tích phần tử hữu hạn và được kiểm tra theo giới hạn biến dạng dẻo 5%. So sánh này với kết quả thực nghiệm từ báo cáo nghiên cứu cho thấy biểu đồ tải trọng - biến dạng phù hợp chặt chẽ mặc dù lưới tương đối thô và mô hình vật liệu đơn giản hóa được sử dụng trong CBFEM (phương pháp phần tử hữu hạn dựa trên cấu kiện). Một phát hiện quan trọng khác là giới hạn biến dạng dẻo 5% đạt được ở biến dạng rất nhỏ, trước khi xảy ra bất kỳ phá hoại nào.
CBFEM (phương pháp phần tử hữu hạn dựa trên cấu kiện) được thiết kế để xác định sức kháng thiết kế chứ không phải mô phỏng hoàn hảo hành vi thực tế của các liên kết. Mặc dù giới hạn biến dạng dẻo 5% rất an toàn trong hai trường hợp phá hoại khối cắt này, người dùng không nên tăng giới hạn này.
Tài liệu tham khảo:
Huns, Bino Baljit Singh, Grondin, Gilbert Y., Driver, Robert G. Block shear behaviour of bolted gusset plates, Structural engineering report SER 248 | SER-ID SER248, University of Alberta, 2002. Available at: https://era.library.ualberta.ca/items/cf9bf338-36ca-4557-9bb2-ee198954bd00