Dlaczego siła rozciągająca w śrubie jest wyższa niż wynikałoby z obliczeń ręcznych? Dlaczego w połączeniu z płytką żebrową występują siły rozciągające w śrubach? Dlaczego siły rozciągające w śrubach są czasem różne dla każdej klasy śruby?
Odpowiedzią jest model CBFEM stosowany w aplikacjach IDEA StatiCa. Odkształcenia blach i innych elementów są obliczane w ramach analizy metodą elementów skończonych, co powoduje pojawienie się sił podważających. Siły podważające to dodatkowe obciążenia przenoszone również przez śruby. Więcej informacji na temat sił podważających można znaleźć w dedykowanym wpisie na blogu.
W wyniku działania sił podważających wypadkowe siły rozciągające w śrubach mogą się znacznie różnić w zależności od projektu połączenia, nośności elementów połączenia i przyłożonych efektów obciążeń.
Siły rozciągające w śrubach połączenia z płytką żebrową
W większości przypadków płytki żebrowe wykorzystują jedną blachę do połączenia elementu. Konsekwencją tego jest wprowadzenie małej mimośrodowości do połączenia. Ta mimośrodowość spowoduje dodatkowe siły podważające na blachach, które wywołują rozciąganie w śrubach.
Jeśli zastosowana jest dwustronna płytka żebrowa, a połączenie jest symetryczne, siły rozciągające w śrubach pojawiają się wyłącznie wskutek odkształceń płytek żebrowych, ponieważ odkształcenia te powodują dodatkową mimośrodowość.
Większe siły rozciągające w śrubach połączenia z płytą czołową
Im cieńsza jest płyta czołowa, tym większe odkształcenia pod danym efektem obciążenia. Powoduje to efekt podważania i dodatkowe siły rozciągające w śrubach. Jeśli płyta czołowa jest gruba i wystarczająco sztywna, siły podważające są wyeliminowane. Efekt ten zilustrowano na prostym przykładzie:
a) Płyta czołowa – grubość 10 mm, przyłożona siła rozciągająca 200 kN
Wypadkowa siła rozciągająca w 4 śrubach: 61,5 x 4 = 246 kN
b) Płyta czołowa – grubość 40 mm, przyłożona siła rozciągająca 200 kN
Wypadkowa siła rozciągająca w 4 śrubach: 49,9 x 4 = 200 kN
Różne siły rozciągające w śrubach w zależności od klasy śruby
Każda klasa śruby ma inny wykres pracy i inne wartości granicy plastyczności. W połączeniu z płytą czołową dwóch belek obciążonych momentem gnącym przedstawiono porównanie trzech różnych klas (8.8, 10.9 i 5.6) śruby M20.
Dla stosunkowo małych efektów obciążeń wypadkowe siły rozciągające w śrubach dla każdej klasy wykazują podobne wartości.
Jednak dla efektów obciążeń skutkujących wysokim stopniem wykorzystania śrub (i plastyfikacją śrub) siła rozciągająca różni się w zależności od klasy śruby. Im wyższa klasa śruby, tym wyższa wypadkowa siła rozciągająca.
Więcej informacji można znaleźć w podstawach teoretycznych oraz w nagraniu wideo.