Kiểm tra tiêu chuẩn của bu lông và bu lông siết trước (EN)

Bu lông

Độ cứng ban đầu và khả năng chịu lực thiết kế của bu lông chịu cắt trong CBFEM được mô hình hóa theo Điều 3.6 và 6.3.2 trong EN 1993-1-8. Lò xo đại diện cho lực tựa và lực kéo có ứng xử lực - biến dạng tuyến tính hai đoạn với độ cứng ban đầu và khả năng chịu lực thiết kế theo Điều 3.6 và 6.3.2 trong EN 1993-1-8.

Khả năng chịu kéo thiết kế của bu lông (EN 1993-1-8 – Bảng 3.4):

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

Khả năng chịu cắt dập thiết kế của đầu bu lông hoặc đai ốc (EN 1993-1-8 – Bảng 3.4):

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

Khả năng chịu cắt thiết kế trên một mặt phẳng cắt (EN 1993-1-8 – Bảng 3.4):

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

Khả năng chịu cắt thiết kế có thể được nhân với hệ số giảm β_p nếu có tấm đệm (EN 1993-1-8 – Điều 3.6.1. (12)), và tùy chọn này được chọn trong Thiết lập tiêu chuẩn.

Khả năng chịu tựa thiết kế của bản thép (EN 1993-1-8 – Bảng 3.4):

$F_{b,Rd} = k_1 \alpha_b f_u d t / \gamma_{M2}$    cho lỗ tiêu chuẩn

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

Hệ số sử dụng theo kéo [%]:

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

Hệ số sử dụng theo cắt [%]:

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

Tương tác cắt và kéo [%]:

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

trong đó:

• A_s – diện tích tiết diện chịu kéo của bu lông
• f_ub – cường độ kéo đứt của bu lông
• d_m – giá trị trung bình của kích thước đỉnh đối đỉnh và cạnh đối cạnh của đầu bu lông hoặc đai ốc, lấy giá trị nhỏ hơn
• d – đường kính bu lông
• t_p – chiều dày bản thép dưới đầu bu lông/đai ốc
• f_u – cường độ kéo đứt của thép
• α_v = 0.6 cho cấp độ bền 4.6, 5.6, 8.8 và 0.5 cho cấp độ bền 4.8, 5.8, 6.8, 10.9
• $k_1 = \min \left \{2.8 \frac{e_2}{d_0}-1.7, \, 1.4 \frac{p_2}{d_0}-1.7, \, 2.5 \right \}$ – hệ số từ Bảng 3.4
• $\alpha_b = 1.0$ nếu kiểm tra tựa với $\alpha_b$ bị tắt trong Thiết lập tiêu chuẩn; nếu kiểm tra được bật, giá trị của α_b được xác định theo EN 1993-1-8 – Bảng 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 – khoảng cách từ mép theo phương lực và vuông góc với lực
• p₁, p₂ – bước bu lông theo phương lực và vuông góc với lực
• F_t,Ed – lực kéo thiết kế trong bu lông
• F_v,Ed – lực cắt thiết kế trong bu lông
• γ_M2 – hệ số an toàn (EN 1993-1-8 – Bảng 2.1; có thể chỉnh sửa trong Thiết lập tiêu chuẩn)

Khoảng cách mép dùng để kiểm tra khả năng chịu tựa của bu lông phải phù hợp với hình học tổng quát của bản thép, bản thép có lỗ khoét, cắt xén, v.v.

Thuật toán đọc phương thực của vectơ lực cắt tổng hợp tại bu lông đang xét, sau đó tính toán các khoảng cách cần thiết cho kiểm tra tựa.

Khoảng cách đầu (e₁) và khoảng cách mép (e₂) được xác định bằng cách chia đường viền bản thép thành ba đoạn. "Đoạn đầu" được xác định bởi phạm vi 60° theo phương vectơ lực. "Đoạn mép" được xác định bởi hai phạm vi 65° vuông góc với vectơ lực. Khoảng cách ngắn nhất giữa bu lông và mép trong đoạn liên quan được lấy làm khoảng cách đầu hoặc khoảng cách mép.

Thuật toán đánh giá tất cả các bản thép được liên kết bởi bu lông — các bản thép liên kết (ví dụ: bản nối), các bản thép cấu kiện (ví dụ: cánh trên), và khoảng cách ngắn nhất được sử dụng.

Khoảng cách giữa các lỗ bu lông (p1; p2) được xác định bằng cách mở rộng ảo các lỗ bu lông xung quanh thêm một nửa đường kính của chúng, sau đó vẽ hai đường thẳng theo phương và vuông góc với vectơ lực cắt. Khi các đường thẳng này cắt các lỗ bu lông được mở rộng ảo, khoảng cách đến các bu lông đó được coi là p₁ và p₂ trong tính toán.

Nếu các đường thẳng không cắt bu lông gần nhất về mặt hình học (dù đường thẳng chỉ lệch một chút so với bu lông), bu lông đó bị bỏ qua. Nếu các đường thẳng không cắt bất kỳ bu lông nào, giá trị vô cực được sử dụng.

Bu lông liên kết bản thép thành mỏng

Đối với bu lông liên kết các bản thép mỏng hơn 3 mm, các quy định của EN 1993-1-3, Bảng 8.4 được sử dụng thay thế. 

Khả năng chịu tựa:

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

trong đó:

• $\alpha_b=\min \left \{ 1.0, e_1/(3d) \right \}$
• $k_t = (0.8 t+1.5)/2.5$ với 0.75 mm $\le t \le$ 1.25 mm; $k_t=1.0$ với $t>1.25$ mm
• $f_u$ – cường độ kéo đứt của bản thép được liên kết
• $d$ – đường kính bu lông
• $t$ – chiều dày bản thép được liên kết
• $\gamma_{M2}$ – hệ số an toàn riêng phần cho liên kết, có thể chỉnh sửa trong Thiết lập tiêu chuẩn; mặc định $\gamma_{M2}=1.25$

Khả năng chịu cắt, khả năng chịu kéo, tương tác kéo và cắt, và khả năng chịu cắt dập được xác định theo EN 1993-1-8 – theo cách tương tự như bu lông liên kết các bản thép có chiều dày lớn hơn 3 mm.

Phạm vi áp dụng:

$$e_1 \ge 1.0 d_0$$

$$p_1 \ge 3 d_0$$

$$e_2 \ge 1.5 d_0$$

$$p_2 \ge 3 d_0$$

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

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

Kích thước bu lông tối thiểu: M6 – kiểm tra theo $d \ge 6$ mm

Cấp độ bền bu lông: 4.6 – 10.9 – kiểm tra theo $f_u \le 1000$ MPa

Bu lông sẽ được đánh dấu là không đạt nếu nằm ngoài phạm vi áp dụng.

Bu lông siết trước

Khả năng chịu trượt thiết kế trên mỗi bu lông cấp độ bền 8.8 hoặc 10.9 (EN 1993-1-8, Điều 3.9 – Công thức 3.8):

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

Lực siết trước (EN 1993-1-8 – Công thức 3.7)

F_p,C = 0.7 f_ub A_s

Hệ số lực siết trước 0.7 có thể được điều chỉnh trong Thiết lập tiêu chuẩn.

Hệ số sử dụng [%]:

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

trong đó:

• A_s – diện tích tiết diện chịu kéo của bu lông
• f_ub – cường độ kéo đứt của bu lông
• k_s – hệ số (EN 1993-1-8 – Bảng 3.6; k_s = 1 cho lỗ tròn tiêu chuẩn, k_s = 0.63 cho lỗ dài)
• μ – hệ số ma sát, có thể chỉnh sửa trong Thiết lập tiêu chuẩn (EN 1993-1-8 – Bảng 3.7)
• n – số mặt phẳng ma sát. Kiểm tra được tính toán riêng cho từng mặt phẳng ma sát
• γ_M3 – hệ số an toàn (EN 1993-1-8 – Bảng 2.1; có thể chỉnh sửa trong Thiết lập tiêu chuẩn – giá trị khuyến nghị là 1.25 cho trạng thái giới hạn cường độ và 1.1 cho thiết kế trạng thái giới hạn sử dụng)
• V – lực cắt thiết kế trong bu lông
• F_t,Ed – lực kéo thiết kế trong bu lông

Nếu trượt của bu lông siết trước được kiểm tra theo trạng thái giới hạn sử dụng, sau đó chúng nên được chuyển sang "tựa – tương tác kéo/cắt" và kiểm tra theo trạng thái giới hạn cường độ.

Thiết kế chịu lửa

Bu lông siết trước được giả định là bị trượt, do đó kiểm tra bu lông tựa và bu lông siết trước là như nhau.

Kiểm tra ở điều kiện cháy và ở nhiệt độ bình thường đều được thực hiện và giá trị nhỏ nhất được chọn làm khả năng chịu tải trọng thiết kế.

Ở nhiệt độ cao, bu lông được kiểm tra theo EN 1993-1-2, Phụ lục D. Lưu ý rằng diện tích giảm do ren luôn được sử dụng trong kiểm tra cắt theo D1.1.1.  

Cấu tạo

Kiểm tra cấu tạo của bu lông được thực hiện nếu tùy chọn được chọn trong Thiết lập tiêu chuẩn. Kích thước từ tâm bu lông đến mép bản thép và giữa các bu lông được kiểm tra. Khoảng cách mép e = 1.2 và khoảng cách giữa các bu lông p = 2.2 được khuyến nghị trong Bảng 3.3 trong EN 1993-1-8. Người dùng có thể điều chỉnh cả hai giá trị trong Thiết lập tiêu chuẩn.

Chiều dày tối thiểu của bản thép được liên kết bằng bu lông được kiểm tra. Chiều dày bản thép phải lớn hơn 0.75 mm theo EN 1993-1-3 – Bảng 8.4.

Thông báo được đưa ra nếu các yêu cầu về độ dẻo và khả năng xoay cho liên kết bu lông chịu kéo theo EN 1993-1-8 – 6.4.2 không được đáp ứng. Nếu bu lông chủ yếu chịu kéo, bản thép mỏng hơn được liên kết phải thỏa mãn:

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

Kích thước mặc định của bộ bu lông theo EN ISO 4014 – Đầu bu lông lục giác, EN ISO 4032 – Đai ốc lục giác thông thường, và EN ISO 7089 – Vòng đệm phẳng – Dòng thông thường – Cấp sản phẩm A.