Mô hình giải tích

Mô hình số được xác minh bằng mô hình giải tích theo Eurocode. EN 1993-1-8 cung cấp các phương trình thiết kế để tính toán khả năng chịu cắt của bu lông trên mỗi mặt phẳng cắt như sau:

$$F_{v,Rd}=\frac{\alpha_v f_{ub} A}{\gamma_{M2}}$$

trong đó f_ub là cường độ chịu kéo cực hạn của vật liệu bu lông, A là diện tích thân bu lông không ren hoặc có ren danh nghĩa và $\alpha_v$ là hệ số phụ thuộc vào cấp bu lông – đối với cấp 4.6, 5.6 và 8.8 bằng 0.6, và đối với cấp 4.8, 5.8, 6.8 và 10.9 bằng 0.5. 

EN 1993-1-8 xác định khả năng chịu ép mặt trên mỗi bu lông như sau:

$$F_{b,Rd}=\frac{k_1 \alpha_b f_u dt}{\gamma_{M2}}$$

trong đó d là đường kính danh nghĩa của bu lông, f_u là cường độ chịu kéo cực hạn danh nghĩa của bản thép, t là chiều dày vật liệu liên kết và $\gamma_{M2}$ là hệ số riêng phần với giá trị khuyến nghị là 1.25. Các tham số $\alpha_b$ và k₁ được xác định chủ yếu dựa trên các tham số hình học như sau:

• vuông góc với phương truyền tải trọng đối với bu lông biên và bu lông trong, tương ứng

$$k_1=\min \left ( 2.8\frac{e_2}{d_0} -1.7, \, 1.4 \frac{p_2}{d_0} -1.7, \, 2.5 \right )$$

$$k_1=\min \left ( 1.4 \frac{p_2}{d_0} -1.7, \, 2.5 \right )$$

• theo phương truyền tải trọng

$$\alpha_b=\min \left ( \alpha_d, \, \frac{f_{ub}}{f_u}, \, 1.0 \right )$$

$$\alpha_d = \min \left ( \frac{e_1}{3d_0}, \, \frac{p_1}{3d_0}- 0.25 \right )$$

trong đó d₀ là đường kính lỗ bu lông, f_ub là cường độ chịu kéo cực hạn của bu lông, f_u là cường độ chịu kéo cực hạn của bản thép, e₁ là khoảng cách đến mép đầu, e₂ là khoảng cách đến mép cạnh.

Khả năng chịu lực thiết kế chịu lửa của bu lông chịu cắt được xác định từ:

$$F_{v,t,Rd}=F_{v,Rd}k_{b,\theta} \frac{\gamma_{M2}}{\gamma_{M,fi}}$$

trong đó $k_{b,\theta}$ là hệ số giảm được xác định theo nhiệt độ bu lông thích hợp từ Bảng D.1; $\gamma_{M,fi}$ là hệ số riêng phần cho điều kiện hỏa hoạn.

Khả năng chịu ép mặt thiết kế của bu lông trong điều kiện hỏa hoạn được xác định từ:

$$F_{b,t,Rd} = F_{b,Rd} k_{b,\theta} \frac{\gamma_{M2}}{\gamma_{M,fi}}$$

Xác minh khả năng chịu lực

Khả năng chịu lực thiết kế được tính toán bằng CBFEM được so sánh với kết quả của mô hình giải tích (AM). Kết quả được tóm tắt trong Bảng 1. Cấp thép trong tất cả các trường hợp là S355. Các tham số bao gồm nhiệt độ, vật liệu bu lông, chiều dày bản nối, đường kính bu lông và khoảng cách bu lông.

Hình 1 Nghiên cứu độ nhạy theo nhiệt độ

Hình 2 Nghiên cứu độ nhạy theo cấp bu lông (500 °C)

Hình 3 Nghiên cứu độ nhạy theo chiều dày bản nối (600 °C)

Hình 4 Nghiên cứu độ nhạy theo khoảng cách bu lông (500 °C)

Hình 5 Nghiên cứu độ nhạy theo kích thước bu lông (400 °C)

Kết luận

IDEA StatiCa Connection cung cấp khả năng chịu tải bằng hoặc an toàn hơn cho tất cả các trường hợp liên kết chồng bu lông được khảo sát ở nhiệt độ cao. Nguyên nhân chủ yếu là do cách tải trọng tác dụng lên bu lông. Bu lông trong mô hình giải tích chỉ chịu lực cắt thuần túy, và bất kỳ lực kéo nào do biến dạng bản thép đều bị bỏ qua.

Ví dụ kiểm chứng

Dữ liệu đầu vào

2xM16 8.8

Bản thép cấu kiện 80/16 mm

Bản nối 2x80/8 mm

S355

Khoảng cách bu lông p₁ = 50 mm, e₁ = 35 mm

Nhiệt độ 600°C

Mô hình được tạo trong ứng dụng IDEA StatiCa Connection.

Kết quả đầu ra

Khả năng chịu lực của liên kết chồng bu lông ở 600°C là 61 kN.

Hình 6 Ví dụ kiểm chứng liên kết chồng bu lông chịu cắt

Để xem các nghiên cứu xác minh khác, hãy truy cập Trung tâm hỗ trợ - Xác minh của chúng tôi.