Unión atornillada - Interacción de cortante y tracción

Descripción

El objetivo de este capítulo es la verificación del método de los elementos finitos basado en componentes (CBFEM) para la interacción de cortante y tracción en un tornillo con respecto a un modelo analítico (MA). Se seleccionó una junta viga-viga con placas de testa y dos filas de tornillos para la verificación; véase la Fig. 5.5.1. La rigidez a flexión de la junta es suficientemente alta como para clasificarse como rígida.

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

Modelo analítico

La resistencia del tornillo en la interacción de cortante y tracción se calcula según la Tab. 3.4 del capítulo 3.6.1 de la EN 1993-1-8:2005. Se utiliza una relación bilineal. La geometría y las dimensiones de la placa de testa de la junta se seleccionan para limitar la resistencia de cálculo de la junta por el fallo del tornillo. La resistencia de cálculo del T-stub equivalente a tracción se modela según la Tab. 6.2 del capítulo 6.2.4 de la EN 1993‑1‑8:2005.

Verificación de la resistencia

Los parámetros del modelo son el diámetro del tornillo y la dimensión de la viga; véanse las Figs. 5.5.2 a 5.5.5. Las dimensiones de la placa de testa y las distancias entre tornillos se modifican para limitar la resistencia de la junta por el fallo del tornillo. La resistencia a cortante y a flexión de la junta se compara en la carga en el fallo del tornillo. Los resultados se resumen en las Tab. 5.5.1 y 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 Estudio de sensibilidad para la resistencia con variación del diámetro del tornillo

Tab. 5.5.2 Estudio de sensibilidad para la resistencia con variación de la dimensión de la viga

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

Los resultados de los estudios de sensibilidad se resumen en los gráficos de las Figs. 5.5.6 y 5.5.7. Los resultados muestran que las diferencias entre los dos métodos de cálculo son inferiores al 10 %. El modelo analítico proporciona generalmente una resistencia mayor.

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

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

Ejemplo de referencia

Datos de entrada

Elementos conectados

• Acero S355
• Vigas HEA300
• Espesor de la placa de testa t_p = 40 mm
• Dimensiones de la placa de testa 300 × 330 mm

Tornillos

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

Resultados

• Resistencia de cálculo a flexión M_Rd = 93 kNm
• Resistencia de cálculo a cortante V_Rd = 291 kN
• El modo de colapso es el fallo del tornillo en la interacción de cortante y tracción