Upload
trinhtram
View
219
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
© 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)
© Prof. Ing. Josef Macháček, DrSc.
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
2NNK – ocelové konstrukce (7)
© Prof. Ing. Josef Macháček, DrSc.
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
3NNK – ocelové konstrukce (7)
hlavice + ráčna
spárová měrkaurčuje stlačení
montážní (s praporkem)
M20 x 60 (např.)
© Prof. Ing. Josef Macháček, DrSc.
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
- otlačení Fv,Ed ≤ Fb,Rd
- prokluz při MSP Fv,Ed,ser ≤ Fs,Rd,ser
→ při provozu tuhý
CTřecí spoj bez prokluzu při MSÚ(8.8, 10.9)
- otlačení Fv,Ed ≤ Fb,Rd
- prokluz při MSÚ Fv,Ed ≤ Fs,Rd
→ při kolapsu tuhý(neporuší se střihem)
4NNK – ocelové konstrukce (7)
© Prof. Ing. Josef Macháček, DrSc.
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
5NNK – ocelové konstrukce (7)
Pro dynamické namáhání jsouvhodné i „klínové“ podložky:
© Prof. Ing. Josef Macháček, DrSc.
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.
6NNK – ocelové konstrukce (7)
t1 t1+ t3
t1t1
t2 t3
t2 ... otlačovaná tloušťka
M2ub1Rdb, γα /tdfkF =
M2subRdv, 60 γ/nAf,F =
4s2sdA π=
© Prof. Ing. Josef Macháček, DrSc.
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)
7NNK – ocelové konstrukce (7)
M3p.CdsRds, γμ /FnkF =
M2sub2Rdt, γ/AfkF =
141 Rdt,
Edt,
Rdv,
Edv, ≤+F,
FFF
© Prof. Ing. Josef Macháček, DrSc.
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
8NNK – ocelové konstrukce (7)
Rdt,M7subCp, 70 F/Af,F ≈= γ
M3Rdt,Cp,sRds, 80 γμ /)F,F(nkF −=
© Prof. Ing. Josef Macháček, DrSc.
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
9NNK – ocelové konstrukce (7)
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 =≥
© Prof. Ing. Josef Macháček, DrSc.
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
10NNK – ocelové konstrukce (7)
...FrrMF =
∑= 22
i
11 obdobně
© Prof. Ing. Josef Macháček, DrSc.
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
11NNK – ocelové konstrukce (7)
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,
© Prof. Ing. Josef Macháček, DrSc.
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
12NNK – ocelové konstrukce (7)
r2
tuhý kout,(jinak je střed jinde)
chovánípři testu
MRd,pl
(spodníšrouby)
RdT,21
1Edt, 2F
rrMFF
i≤
∑==
© Prof. Ing. Josef Macháček, DrSc.
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).
13NNK – ocelové konstrukce (7)
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
© Prof. Ing. Josef Macháček, DrSc.
141414NNK – ocelové konstrukce (7)
Doplňující informace
© Prof. Ing. Josef Macháček, DrSc.
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
15NNK – ocelové konstrukce (7)
© Prof. Ing. Josef Macháček, DrSc.
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)
16NNK – ocelové konstrukce (7)
© Prof. Ing. Josef Macháček, DrSc.
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
17NNK – ocelové konstrukce (7)
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 ≤+=