การตรวจสอบตามมาตรฐานของสลักเกลียวและสลักเกลียวอัดแรง (EN)

สลักเกลียว

ความแข็งเริ่มต้นและความต้านทานการออกแบบของสลักเกลียวในแรงเฉือนใน วิธี Component-Based Finite Element ถูกจำลองตาม Cl. 3.6 และ 6.3.2 ใน EN 1993-1-8 Spring ที่แทนแรงรองรับและแรงดึงมีพฤติกรรมแรง-การเสียรูปแบบสองเส้นตรง โดยมีความแข็งเริ่มต้นและความต้านทานการออกแบบตาม Cl. 3.6 และ 6.3.2 ใน EN 1993-1-8

ความต้านทานแรงดึงการออกแบบของสลักเกลียว (EN 1993-1-8 – ตาราง 3.4):

$$F_{t,Rd}=0.9 f_{ub} A_s / \gamma_{M2}$$

ความต้านทานแรงเฉือนทะลุการออกแบบของหัวสลักเกลียวหรือน็อต (EN 1993-1-8 – ตาราง 3.4):

$$B_{p,Rd} = 0.6 \pi d_m t_p f_u / \gamma_{M2}$$

ความต้านทานแรงเฉือนการออกแบบต่อหนึ่งระนาบเฉือน (EN 1993-1-8 – ตาราง 3.4):

$$F_{v,Rd} = \alpha_v f_{ub} A_s / \gamma_{M2}$$

ความต้านทานแรงเฉือนการออกแบบสามารถคูณด้วยตัวประกอบลด β_p หากมีแผ่นรอง (EN 1993-1-8 – Cl. 3.6.1. (12)) และเลือกตัวเลือกนี้ใน Code setup

ความต้านทานแรงรองรับการออกแบบของแผ่นเหล็ก (EN 1993-1-8 – ตาราง 3.4):

$F_{b,Rd} = k_1 \alpha_b f_u d t / \gamma_{M2}$    สำหรับรูมาตรฐาน

$F_{b,Rd} = 0.6 k_1 \alpha_b f_u d t / \gamma_{M2}$    สำหรับรูยาว

อัตราการใช้งานในแรงดึง [%]:

$$Ut_t = \frac{F_{t,Ed}}{\min (F_{t,Rd},\, B_{p,Rd})}$$

อัตราการใช้งานในแรงเฉือน [%]:

$$Ut_s = \frac{F_{v,Ed}}{\min (F_{v,Rd},\, F_{b,Rd})}$$

ปฏิสัมพันธ์ระหว่างแรงเฉือนและแรงดึง [%]:

$$Ut_{ts}=\frac{F_{v,Ed}}{F_{v,Rd}}+\frac{F_{t,Ed}}{1.4 F_{t,Rd}}$$

โดยที่:

• A_s – พื้นที่หน้าตัดรับแรงดึงของสลักเกลียว
• f_ub – กำลังดึงประลัยของสลักเกลียว
• d_m – ค่าเฉลี่ยของขนาดวัดจากมุมถึงมุมและจากด้านถึงด้านของหัวสลักเกลียวหรือน็อต แล้วแต่ค่าใดจะน้อยกว่า
• d – เส้นผ่านศูนย์กลางสลักเกลียว
• t_p – ความหนาของแผ่นเหล็กใต้หัวสลักเกลียว/น็อต
• f_u – กำลังประลัยของเหล็ก
• α_v = 0.6 สำหรับเกรด 4.6, 5.6, 8.8 และ 0.5 สำหรับเกรด 4.8, 5.8, 6.8, 10.9
• $k_1 = \min \left \{2.8 \frac{e_2}{d_0}-1.7, \, 1.4 \frac{p_2}{d_0}-1.7, \, 2.5 \right \}$ – ตัวประกอบจากตาราง 3.4
• $\alpha_b = 1.0$ หากการตรวจสอบแรงรองรับด้วย $\alpha_b$ ถูกปิดใช้งานใน Code setup; หากเปิดใช้งานการตรวจสอบ ค่าของ α_b จะถูกกำหนดตาม EN 1993-1-8 – ตาราง 3.4: $\alpha_b = \min \left \{ \alpha_d, \, \frac{f_{ub}}{f_u}, \, 1.0 \right \}$
• $\alpha_d = \min \left \{ \frac{e_1}{3 d_0}, \, \frac{p_1}{3 d_0}-\frac{1}{4} \right \}$
• e₁, e₂ – ระยะขอบในทิศทางของแรงและตั้งฉากกับแรง
• p₁, p₂ – ระยะห่างระหว่างสลักเกลียวในทิศทางของแรงและตั้งฉากกับแรง
• F_t,Ed – แรงดึงการออกแบบในสลักเกลียว
• F_v,Ed – แรงเฉือนการออกแบบในสลักเกลียว
• γ_M2 – ตัวประกอบความปลอดภัย (EN 1993-1-8 – ตาราง 2.1; แก้ไขได้ใน Code setup)

ระยะขอบที่ใช้สำหรับความต้านทานแรงรองรับของสลักเกลียวต้องสอดคล้องกับรูปทรงแผ่นเหล็กทั่วไป แผ่นเหล็กที่มีช่องเปิด รอยตัด เป็นต้น

อัลกอริทึมอ่านทิศทางจริงของเวกเตอร์แรงเฉือนลัพธ์ในสลักเกลียวที่กำหนด จากนั้นคำนวณระยะทางที่จำเป็นสำหรับการตรวจสอบแรงรองรับ

ระยะปลาย (e₁) และระยะขอบ (e₂) ถูกกำหนดโดยการแบ่งเส้นรอบรูปของแผ่นเหล็กออกเป็นสามส่วน "ส่วนปลาย" ถูกระบุด้วยช่วง 60° ในทิศทางของเวกเตอร์แรง "ส่วนขอบ" ถูกกำหนดด้วยช่วง 65° สองช่วงที่ตั้งฉากกับเวกเตอร์แรง จากนั้นระยะสั้นที่สุดระหว่างสลักเกลียวและขอบในส่วนที่เกี่ยวข้องจะถูกนำมาใช้เป็นระยะปลายหรือระยะขอบ

อัลกอริทึมประเมินแผ่นเหล็กทั้งหมดที่เชื่อมต่อด้วยสลักเกลียว ได้แก่ แผ่นเหล็กเชื่อมต่อ (เช่น แผ่นต่อ) แผ่นเหล็กชิ้นส่วน (เช่น ปีกบน) และใช้ระยะสั้นที่สุด

ระยะห่างระหว่างรูสลักเกลียว (p1; p2) ถูกกำหนดโดยการขยายรูสลักเกลียวโดยรอบออกไปครึ่งหนึ่งของเส้นผ่านศูนย์กลางในเชิงสมมติ จากนั้นลากเส้นสองเส้นในทิศทางและตั้งฉากกับเวกเตอร์แรงเฉือน เมื่อเส้นเหล่านี้ตัดกับรูสลักเกลียวที่ขยายในเชิงสมมติ ระยะทางไปยังสลักเกลียวเหล่านั้นจะถูกพิจารณาเป็น p₁ และ p₂ ในการคำนวณ

หากเส้นไม่ตัดกับสลักเกลียวที่อยู่ใกล้ที่สุดในเชิงภาพ (แม้ว่าเส้นจะพลาดสลักเกลียวเพียงเล็กน้อย) สลักเกลียวนั้นจะถูกละเว้น หากเส้นไม่ตัดกับสลักเกลียวใดเลย จะใช้ค่าอนันต์

สลักเกลียวที่เชื่อมต่อแผ่นเหล็กบางผนัง

สำหรับสลักเกลียวที่เชื่อมต่อแผ่นเหล็กที่บางกว่า 3 มม. จะใช้บทบัญญัติของ EN 1993-1-3 ตาราง 8.4 แทน 

ความต้านทานแรงรองรับ:

$$F_{b,Rd}=2.5\cdot \alpha_b \cdot k_t \cdot f_u \cdot d \cdot t /\gamma_{M2}$$

โดยที่:

• $\alpha_b=\min \left \{ 1.0, e_1/(3d) \right \}$
• $k_t = (0.8 t+1.5)/2.5$ สำหรับ 0.75 มม. $\le t \le$ 1.25 มม.; $k_t=1.0$ สำหรับ $t>1.25$ มม.
• $f_u$ – กำลังประลัยของแผ่นเหล็กที่เชื่อมต่อ
• $d$ – เส้นผ่านศูนย์กลางสลักเกลียว
• $t$ – ความหนาของแผ่นเหล็กที่เชื่อมต่อ
• $\gamma_{M2}$ – ตัวประกอบความปลอดภัยบางส่วนสำหรับการเชื่อมต่อ แก้ไขได้ใน Code setup; ค่าเริ่มต้น $\gamma_{M2}=1.25$

ความต้านทานแรงเฉือน ความต้านทานแรงดึง ปฏิสัมพันธ์ระหว่างแรงดึงและแรงเฉือน และความต้านทานแรงเฉือนทะลุ ถูกกำหนดตาม EN 1993-1-8 ในลักษณะเดียวกับสลักเกลียวที่เชื่อมต่อแผ่นเหล็กที่มีความหนามากกว่า 3 มม.

ช่วงความถูกต้อง:

$$e_1 \ge 1.0 d_0$$

$$p_1 \ge 3 d_0$$

$$e_2 \ge 1.5 d_0$$

$$p_2 \ge 3 d_0$$

$$f_u \le 550 \textrm{ MPa}$$

$$3 \textrm{ mm} > t \ge 0.75 \textrm{ mm}$$

ขนาดสลักเกลียวขั้นต่ำ: M6 – ตรวจสอบเป็น $d \ge 6$ มม.

เกรดความแข็งแรงของสลักเกลียว: 4.6 – 10.9 – ตรวจสอบเป็น $f_u \le 1000$ MPa

สลักเกลียวจะถูกทำเครื่องหมายว่าไม่ผ่านหากอยู่นอกช่วงความถูกต้อง

สลักเกลียวอัดแรง

ความต้านทานการลื่นไถลการออกแบบต่อสลักเกลียวเกรด 8.8 หรือ 10.9 (EN 1993-1-8, Cl. 3.9 – สมการ 3.8):

$$F_{s,Rd} =\frac{k_s n \mu (F_{p,C} - 0.8 F_{t,Ed})}{\gamma_{M3}}$$

แรงอัดแรง (EN 1993-1-8 – สมการ 3.7)

F_p,C = 0.7 f_ub A_s

ตัวประกอบแรงอัดแรง 0.7 สามารถแก้ไขได้ใน Code setup

อัตราการใช้งาน [%]:

$$Ut_s = \frac{V}{F_{s,Rd}}$$

โดยที่:

• A_s – พื้นที่หน้าตัดรับแรงดึงของสลักเกลียว
• f_ub – กำลังดึงประลัย
• k_s – ค่าสัมประสิทธิ์ (EN 1993-1-8 – ตาราง 3.6; k_s = 1 สำหรับรูกลมมาตรฐาน, k_s = 0.63 สำหรับรูยาว)
• μ – ตัวประกอบการลื่นไถล แก้ไขได้ใน Code setup (EN 1993-1-8 – ตาราง 3.7)
• n – จำนวนพื้นผิวแรงเสียดทาน การตรวจสอบคำนวณสำหรับแต่ละพื้นผิวแรงเสียดทานแยกกัน
• γ_M3 – ตัวประกอบความปลอดภัย (EN 1993-1-8 – ตาราง 2.1; แก้ไขได้ใน Code setup – ค่าแนะนำคือ 1.25 สำหรับสภาวะขีดจำกัดกำลัง และ 1.1 สำหรับการออกแบบสภาวะขีดจำกัดการใช้งาน)
• V – แรงเฉือนการออกแบบในสลักเกลียว
• F_t,Ed – แรงดึงการออกแบบในสลักเกลียว

หากการลื่นไถลของสลักเกลียวอัดแรงถูกตรวจสอบสำหรับสภาวะขีดจำกัดการใช้งาน ควรเปลี่ยนเป็น "แรงรองรับ – ปฏิสัมพันธ์แรงดึง/แรงเฉือน" และตรวจสอบสำหรับสภาวะขีดจำกัดกำลังในภายหลัง

การออกแบบทนไฟ

สลักเกลียวอัดแรงถูกสมมติว่าเกิดการลื่นไถล ดังนั้นการตรวจสอบสลักเกลียวแบบรองรับและสลักเกลียวอัดแรงจึงเหมือนกัน

การตรวจสอบที่อุณหภูมิสูงและที่อุณหภูมิปกติจะดำเนินการทั้งคู่ และเลือกค่าต่ำสุดเป็นความต้านทานแรงการออกแบบ

ที่อุณหภูมิสูง สลักเกลียวถูกตรวจสอบตาม EN 1993-1-2, ภาคผนวก D โปรดทราบว่าพื้นที่ที่ลดลงเนื่องจากเกลียวจะถูกใช้เสมอในการตรวจสอบแรงเฉือนตาม D1.1.1.  

รายละเอียดการออกแบบ

การตรวจสอบรายละเอียดของสลักเกลียวจะดำเนินการหากเลือกตัวเลือกนี้ใน Code setup ขนาดจากศูนย์กลางสลักเกลียวถึงขอบแผ่นเหล็กและระหว่างสลักเกลียวจะถูกตรวจสอบ ระยะขอบ e = 1.2 และระยะห่างระหว่างสลักเกลียว p = 2.2 ถูกแนะนำในตาราง 3.3 ใน EN 1993-1-8 ผู้ใช้สามารถแก้ไขค่าทั้งสองได้ใน Code setup

ความหนาขั้นต่ำของแผ่นเหล็กที่เชื่อมต่อด้วยสลักเกลียวจะถูกตรวจสอบ ความหนาของแผ่นเหล็กต้องมากกว่า 0.75 มม. ตาม EN 1993-1-3 – ตาราง 8.4

จะมีการแจ้งข้อมูลหากข้อกำหนดด้านความเหนียวและความสามารถในการหมุนสำหรับการเชื่อมต่อด้วยสลักเกลียวในแรงดึงตาม EN 1993-1-8 – 6.4.2 ไม่เป็นไปตามข้อกำหนด หากสลักเกลียวรับแรงดึงเป็นหลัก แผ่นเหล็กที่เชื่อมต่อที่บางกว่าควรเป็นไปตาม:

$$t \le 0,36d \sqrt{\frac{f_{ub}}{f_y}}$$

ขนาดเริ่มต้นของชุดสลักเกลียวเป็นไปตาม EN ISO 4014 – หัวสลักเกลียวหกเหลี่ยม, EN ISO 4032 – น็อตหกเหลี่ยมมาตรฐาน และ EN ISO 7089 – แผ่นรองเรียบ – ชุดปกติ – เกรดผลิตภัณฑ์ A