7. Šroubované spoje - FSv ČVUT v Praze -- FSv ČVUT...

© Prof. Ing. Josef Macháček, DrSc.

Šrouby pro OK š. do plechu

š. závitořeznéš. samovrtné

d = (12), 16, 20, 24, 27, 30 (značka např. M 20 x L)Materiál: 4.6 (fub = 400 MPa, fyb = 0,6·400 = 240 MPa)uhlíkové oceli 4.8 5.6 5.8 6.8 (pro běžné šrouby) kalené a popouštěné oceli 8.8 10.9 12.9 (pro VP – vysokopevnostní šrouby)Pozn: materiály šroubů z nerezových ocelí (austenitických) se označují A2, A3, A4, A5 (podle složení materiálu).

Provedení šroubů a matic: hrubé, přesné (tolerance dříku h13 ≈ 0 až - 0,33 mm)

Podložky: obyčejnépro OK (t = 8 mm) pojistnépro třecí spoj (kalené 200 HV)

7. Šroubované spojeTechnologie šroubování, navrhování šroubových spojů.

Technologie šroubování

L

d

šestihranná nebo válcováhlava s vnitřním šestihranem

metrický závit (pro velké ø „jemný“, např. M 39x3)

závit ST

1NNK – ocelové konstrukce (7)


Šroubované spoje

1. Obyčejné jakýkoliv materiál:hrubé vrtání d0 = d + 2 [mm] (3 mm od M30) lícované d0 = d + 0,11 (tolerance otvoru H11 ≈ +0,13 mm až 0)

injektované běžné vrtání zainjektováno pryskyřicí(otvorem v hlavě šroubu, podložky oboustranně)

Namáhání při smyku:

1. na střih2. na otlačení (šroubu i základního materiálu,

popř. pryskyřice)

2. Třecí VP materiál (8.8, 10.9)

Namáhání při smyku:třením v sevřené ploše

TT



Ø 22

Vyvození kroutícího momentu T- momentovým klíčem (ruční, elektrický, pneumatický)- odhadem:

- na úhel otočky (přídavný úhel dán v tabulce normy),

- podložky s výstupky pro indikaci napětí- (nově též HRC speciální smykové utahováky)

Rozteče šroubůmin., běžné, max. (normy). Běžné:Pro válcované tyče: v tabulkách !!

Značky ve výkresech:dílenské

otvor šroub třecí

p1e1 e1

p1, p2 ... 3,5 d0e1 ... 2,5 d0e2 ... 2 d0

e2

p2


hlavice + ráčna

spárová měrkaurčuje stlačení

montážní (s praporkem)

M20 x 60 (např.)


Návrh šroubovaných spojů (ČSN EN 1993-1-8)

Kategorie spojůsmykové

tahové

1. Smykové

Kategorie Druh Posudek

A Běžné šrouby(4.6 až 10.9)

- střih Fv,Ed ≤ Fv,Rd

- otlačení Fv,Ed ≤ Fb,Rd

BTřecí spoj bez prokluzu při MSP(8.8, 10.9)

- střih Fv,Ed ≤ Fv,Rd


- prokluz při MSP Fv,Ed,ser ≤ Fs,Rd,ser

→ při provozu tuhý

CTřecí spoj bez prokluzu při MSÚ(8.8, 10.9)


- prokluz při MSÚ Fv,Ed ≤ Fs,Rd

→ při kolapsu tuhý(neporuší se střihem)



2. Tahové

Kategorie Druh Posudek

DBěžné šrouby nepředepnuté(4.6 až 10.9)

- přetržení v tahu Ft,Ed ≤ Ft,Rd

- protlačení hlavy Ft,Ed ≤ Bp,Rd

Při tahu se protahuje (viz Hookův zákon), nepoužívat pro dynamické zatížení !

EPředpjaté šrouby(8.8, 10.9)

- zcela stejné jako v kategorii D.

Význam: bez protažení, vhodné i prodynam. zatížení, ale únosnost je stejná !!

Pozor: Při stanovení únosnosti spojů (šroubových i svarových) se vycházíz meze pevnosti materiálu spojovacích prostředků (proto vesměs γM2):

fub pro šrouby (materiál šroubů),fu pro svary (= základní materiál).

Součinitele materiálu podle ČSN EN 1993-1-8: γM2 = 1,25 (šrouby, svary)

γM3.ser = 1,1γM3 = 1,25γM7 = 1,1

pro třecí spoje


Pro dynamické namáhání jsouvhodné i „klínové“ podložky:


pro běžné příčné rozteče (e2>1,5d0 a p2>3d0):k1 = 2,5 otlačovaná plocha

Únosnost ve střihu:

Únosnost v otlačení:

n = 1 n = 2 ... počet střihů

závit ve střihu: není-li závit ve střihu:místo As se bere A

pro šrouby z materiálů4.8., 5.8., 10.9. výjimka: pouze 0,5

plocha jádra

t = min. t2t = min. t2

Min. součinitel αb plyne z experimentů: e1/3d0 pro vytržení okraje,(p1/3d0) - 0,25 pro protržení otvoru,fub/fu pro otlačení šroubu,1 pro otlačení plechu.


t1 t1+ t3

t1t1

t2 t3

t2 ... otlačovaná tloušťka

M2ub1Rdb, γα /tdfkF =

M2subRdv, 60 γ/nAf,F =

4s2sdA π=


k2 = 0,9

Únosnost v tahu:

přetržení dříkuPozn.: Též únosnost v „protlačení hlavy“: Je neobvyklé, jen u velmi slabýchplechů, vzorec v normě.

Interakce smyk + tah:

Třecí spoje (kategorie B, C)- použije se VP materiál (8.8, 10.9)

Únosnost v prokluzu:

počet třecích ploch

součinitel tření

1s =k (pro nadměrné otvory 0,85; oválné 0,7)

Pozn.: pro šrouby s řezaným závitem (nikoliv válcovaným) – jako táhla, kotevní šrouby seúnosnosti ve střihu a tahu násobí součinitelem 0,85.

smyk

tah

1

1

popř. pro kat. B γM3.ser

(nutno splnit navíc)


M3p.CdsRds, γμ /FnkF =

M2sub2Rdt, γ/AfkF =

141 Rdt,

Edt,

Rdv,

Edv, ≤+F,

FFF


Součinitel tření μ je dán třídou povrchu v době provedení spoje:

tř. A (otryskaný drtí nebo granulátem) μ = 0,5tř. B (otryskaný + speciální nátěr, metalíza) μ = 0,4tř. C (očistěný kartáčem, plamenem) μ = 0,3

tř. D (neupravený, ale bez rzi): nepoužívat ! μ = 0,2

Předpínací síla:

Únosnost v otlačení: jako obyčejné šrouby, rozhoduje výjimečně!

Únosnost v tahu: jako nepředepnutý spoj (zhruba stejná únosnost !!!)(pro vysvětlení viz doplňující poznámky)

Interakce smyk + tah:

odečteno 80 % vnějšího tahu

Pozn.:Při ohybu však tlak vyrovnává tahy, třenítedy zůstává a únosnost v prokluzu se nesnižuje (např. u konzol) → viz obrázek:

tah

tlak

pro běžné vrtání ks = 1 popř. pro kat. B γM3.ser


Rdt,M7subCp, 70 F/Af,F ≈= γ

M3Rdt,Cp,sRds, 80 γμ /)F,F(nkF −=


Idealizace pomocíúnosnosti T průřezudélky leff :

Pro dostatečnou tloušťku čelní desky tpáčení nevznikne (Q = 0, odtud FT,Rd=Ft,Rd).

Např. podle ČSN 731401/1998 páčeníšroubu o průměru d nevznikne, pokud:

Páčení šroubů2FT,Rd

t

2FT,Rd

me

FT,Rd+QQ

FT,Rd+Q

m eFt,Rd≤m eFt,Rd

≤m eFt,Rd≡

stojina sloupu

stojina nosníku

čelní desky

leff2FT,Rd

šroub ∅ d


2 FT,Rd ≤ 2 Ft,Rd

Q = páčící síla

Praktický postup podle EN 1993-1-8:Pro namáhání šroubu tahem se určí snížená tahová únosnost šroubu v T přípoji(tj. při páčení) FT,Rd ≤ Ft,Rd .Vzorce jsou uvedeny v normě, popř. na webu přednášek „Pomůcky“, pro 3 způsoby porušení:

- vytvoření 4 plastických kloubů v pásnici délky leff,

- vytvoření 2 plastických kloubů v pásnici délky leff,

- nebo přetržení šroubů tahem.

délka leff

32

34edm,tt e =≥


Rozdělení sil na skupinu šroubů

Pružné - lze vždyPlastické - nelze u kategorie C

- nelze pokud rozhoduje střih (Fv,Rd <Fb,Rd)

1. Smykové spoje (přeplátované spoje) - vesměs pružné řešení

FF

ø dF

Lj

na 1 šroub

pro dlouhý spoj (Lj >15 d) se únosnost redukuje→ doporučuje se max. 6 šroubů v řadě za sebou !

nFF =EdV,

zde n = 6

síla

∑=++=i

ii2211 ... rFrFrFM

...rr

FF

rr

FF

3

1

3

1

2

1

2

1 ==moment

MF1

T F2

r1 r2


...FrrMF =

∑= 22

i

11 obdobně


síla a moment

↓ silová podmínka:

momentová podmínka:

nFF =F1,

zde 5

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ =

∑= β

hM

rrMF , popř.2i

1M1

tab. TP64, literaturanejvíce namáhaný je krajní šroub: střih

otlačení

Pozn.: plastické řešení rozdělení sil ve smykovém spoji je výjimečné ! !

F

TF2

F1

F3

r1 r2

F5

F4


M

nebo polovinu (!!)styku

(zde též 4 šrouby):

představujepřípoj

(jednou řadou šroubů):

FM

stykovaný plech

příložky

styčníkový plech

připojované plechy

MF

hF1,F = F / 2

F1,M, = M / h

jednoduchýpříkladpro 2 šroubyv přípoji:

h

...FFF ≤+= 2M1,

2F1,EdV,


2. Tahové spoje - přípoj na čelní desku (konzola, rámový roh)

F1

F3

F2

e

r1

r3

výztuhy !!! (jinak tzv. polotuhý styčník)

od síly F:

od momentu M = V e:nVF =EdV,

( )

3

1

3

1

2

1

2

1

3322112

rr

FF

rr

FF

MrFrFrF

==

=++

odtud:

Interakce obou namáhání (od F a M) : pro běžné šrouby ano (viz vztah výše),pro předpjaté šrouby ne (pozn. str.8).

řešenípružné→ F1

plastické - obvyklejší řešení asnadný posudek: MRd,pl = Σ ri FT,Rd,i ≥ MEd; VRd ≥ VEd

Pružné posouzení:

FT,Rd

FT,Rd

M

střed otáčení= tuhý bod průřezu (střed pásnice)

F1

VEd

VEd ϕ

Rdb,FV

s páčením

≤

≤ Rdv,F


r2

tuhý kout,(jinak je střed jinde)

chovánípři testu

MRd,pl

(spodníšrouby)

RdT,21

1Edt, 2F

rrMFF

i≤

∑==


Rámy s polotuhými styčníky

kloubový(na konzolku)

tuhý (s výztuhami !!)(na čelní desku)

polotuhé(např. stojina/pásnice sloupu je přemáhána)

bez výztuh

Výhody: - jednoduché (levné), přitom přebírají určitý moment M. přibližný (tabulky),

Nevýhody: - složitější výpočet nelineární (nutné znát tuhost styčníků, obvykle z experimentů).


Model pro globální pružnou analýzu a polotuhý styčník:

φ

M

Mj,Rd

Mpl

⅔ Mj,RdSj,ini

Sj,ini/ηη =

2 pro styk nosník-sloup

3 pro jiný typ styku

MMpl

φ (natočení)

tuhý (s plnou únosností)

polotuhý

kloubovýSj,ini – vztahy podle komponent

styčníku uvedeny v normě

přípoj se deformuje



Doplňující informace


Únosnost předpjatého šroubu v tahu

Tah ve šroubu

Fp.C

Ft.Rd

~ 1,1 Fp.C

Tah na spoj

Fp.C

Tlak v třecí ploše

Odtud plyne:Při zatěžování spoje dochází k odlehčování v třecí ploše (pro jeden šroub ve velikosti asi 10x plochy šroubu). Únosnost spoje v tahu zůstává přibližně na úrovni únosnosti nepředepnutého šroubu.

Ft.Rd ≈ Fp.C



Přeplátovaný styk ohýbaného nosníku (dříve častý, dnes častěji spoj s čelními deskami a předpjatými šrouby pro omezenídeformace spoje)

slepý šroub

"běžné" rozteče

velkérozteče

příklad napjatosti

σ σ = fy / γM0

σw

σf

osa y

y .. stanovena pro neoslabený průřez

σ .. stanoveno s uvažováním WnetPostup návrhu styku:1. Nakreslit styk - stanovit rozteče, počty šroubů v příčném řezu,2. Rozhodnout výpočet: a) na dané síly MEd, VEd (a napětí σ)

b) na únosnost (σ = fy /γM0)



Styk pásnice:

příložky

síla

počet např. obyčejných šroubů:

(případně oslabená plocha Anet)

Styk stojiny:

příložky

moment

(pro pružné řešení lze přibližně vzít )

posouzení navržených šroubů:

vzdál. těžišť pásnic

(na obrázku jsou 4)

na obrázku je 6


netf,netpříl, AA ≥

fff σAF =

min

f

FFn = );( Rdb,RdV,minmin FFF =

net,wnet,příl WW ≥'hFMMMM fSdfSdw −=−=

IIMM w

Sdw ≈

nVF Sd

F1, = βh

MF wM1, =

min2M1,

2F1,w FFFF ≤+=

Date post:	01-Mar-2019
Category:	Documents
Upload:	trinhtram
View:	220 times
Download:	0 times

7. Šroubované spoje - FSv ČVUT v Praze -- FSv ČVUT...

Documents