Dữ liệu thiết kế bu-lông EC3

Dữ liệu thiết kế bu-lông và khả năng chịu lực của liên kết theo Eurocode 3 (EN 1993-1-8): khả năng chịu cắt, kéo và tì ép, kích thước lỗ, cùng khoảng cách mép và bước bu-lông tối thiểu/tối đa.

Công cụ tính toán trực tuyến miễn phí, có lời giải từng bước và xuất file Excel (.xlsx) và PDF chỉ với một chạm.

EN 1993-1-8

📖Lý thuyết

Tổng hợp kiểm tra

Tỷ số sử dụng cho tất cả kiểm tra TTGH

KÍCH THƯỚC

CẤP BU-LÔNG

🔩

M20 - Grade 8.8

f_yb = 640 MPa · f_ub = 800 MPa · γ_M2 = 1.25

📐 Hình học

Đường kính danh nghĩa	20	mm
Gross area A_g	314	mm²
Stress area A_s	245	mm²

💪 Vật liệu

f_yb	640	MPa
f_ub	800	MPa
f_yb/f_ub	0.80

↕️ Kéo

F_t,Rd

141.1

k₂ = 0.9

✂️ Cắt

F_v,Rd (single)	94.1	kN	Diện tích phần ren
F_v,Rd (double)	188.2	kN

🔧 Tì ép

S235	14.40	kN/mm
S275	16.00	kN/mm
S355	17.20	kN/mm

⭕ Lỗ

Lỗ thông thường d₀	22	mm
Lỗ cỡ lớn d₀	24	mm

📏 Khoảng cách mép tối thiểu

e₁	27	mm	= 1.2 d₀
e₂	27	mm	= 1.2 d₀
p₁	49	mm	= 2.2 d₀
p₂	53	mm	= 2.4 d₀

📏 Khoảng cách mép tối đa

e₁	66	mm	= 3 d₀
e₂	44	mm	= 1.5 d₀
p₁	88	mm	= 3.75 d₀
p₂	66	mm	= 3 d₀

✅ Kiểm traM20 · 8.8

F_t,Ed

≤ 141.1 kN

F_v,Ed

≤ 94.1 kN

e₁

≥ 27 mm (min)

e₂

≥ 27 mm (min)

p₁

≥ 49 mm (min)

p₂

≥ 53 mm (min)

Cách dùng tool tra sức kháng bu lông

Tool tính những gì

Tool này trả về sức kháng thiết kế của bu lông kết cấu theo Eurocode 3 (EN 1993-1-8): cắt trên mỗi mặt cắt, ép mặt lên bản thép liên kết, kéo, cắt thủng qua bản, tương tác cắt kéo đồng thời, và sức kháng trượt cho liên kết bu lông cường độ cao xiết trước. Tool cũng cho các kích thước cấu tạo mà người vẽ chi tiết cần - đường kính lỗ, khoảng cách nhỏ nhất và lớn nhất, khoảng cách tới mép và tới đầu.

Chọn cỡ bu lông và cấp bền là mọi giá trị theo đó mà ra. Các sức kháng chỉ phụ thuộc bản thân bu lông thì cố định; các sức kháng phụ thuộc vật liệu liên kết - trước hết là ép mặt - thay đổi theo bản thép bạn khai báo.

Ví dụ tính toán - bu lông M20 cấp 8.8

Đây là số liệu mặc định của tool, và đáng thuộc lòng vì M20 cấp 8.8 là loại thông dụng nhất trong kết cấu thép. Diện tích chịu kéo As = 245 mm2, diện tích nguyên 314 mm2, cường độ cực hạn f_ub = 800 N/mm2, gamma_M2 = 1,25.

Cắt, ren nằm trong mặt cắt: 0,6 x 800 x 245 / 1,25 = 94,1 kN mỗi mặt
Cắt, thân trơn nằm trong mặt cắt: 0,6 x 800 x 314 / 1,25 = 120,6 kN mỗi mặt
Kéo: 0,9 x 800 x 245 / 1,25 = 141,1 kN
Ép mặt, bản S275 dày 10 mm, bu lông đầu với e1 = 1,5 d0: 86,0 kN
Đường kính lỗ d0 (khe hở thường): 22 mm

Có hai điểm trong bảng đáng dừng lại. Thứ nhất, đặt thân trơn thay vì phần ren vào mặt cắt cho thêm 28 phần trăm khả năng chịu cắt mà không tốn gì - nhưng chỉ khi cấu tạo thực sự bảo đảm điều đó, tức phải kiểm soát chiều dài kẹp, nên đa số người thiết kế thiên về an toàn và giả thiết ren nằm trong mặt cắt.

Thứ hai, và quan trọng hơn: sức kháng ép mặt 86 kN NHỎ HƠN sức kháng cắt 94,1 kN. Với bản mỏng và khoảng cách tới đầu vừa phải, liên kết bị chi phối bởi bản thép bị xé chứ không phải bu lông bị cắt, nên dùng bu lông cấp cao hơn hoàn toàn không có tác dụng. Ép mặt tỉ lệ với chiều dày bản và khoảng cách tới đầu; cắt bu lông thì không.

Vì sao ép mặt thường chi phối

Sức kháng ép mặt là k1 alpha_b f_u d t / gamma_M2 - phụ thuộc cường độ cực hạn f_u và chiều dày t của bản, cùng khoảng cách tới đầu và tới mép qua alpha_b và k1. Cấp bền bu lông chỉ xuất hiện như một giới hạn trên. Đó là lý do cải thiện liên kết bằng cách tăng khoảng cách tới đầu hoặc tăng chiều dày bản rẻ hơn nhiều so với nâng từ cấp 8.8 lên 10.9.

Thành phần khoảng cách tới đầu là thứ hay bị xem nhẹ: ở mức tối thiểu 1,2 d0 thì hệ số alpha_d bằng 0,4, tức sức kháng ép mặt chỉ bằng 40 phần trăm so với khi bố trí rộng rãi. Tăng từ mức tối thiểu lên 3 d0 làm sức kháng tăng khoảng gấp đôi, thường không tốn thêm chi phí.

Tra công thức

Cắt trên mỗi mặt: $F_{v,Rd} = \dfrac{\alpha_v\,f_{ub}\,A}{\gamma_{M2}}$
Ép mặt lên bản: $F_{b,Rd} = \dfrac{k_1\,\alpha_b\,f_u\,d\,t}{\gamma_{M2}}$
Kéo: $F_{t,Rd} = \dfrac{k_2\,f_{ub}\,A_s}{\gamma_{M2}}$
Cắt thủng: $B_{p,Rd} = \dfrac{0.6\,\pi\,d_m\,t_p\,f_u}{\gamma_{M2}}$
Cắt và kéo đồng thời: $\dfrac{F_{v,Ed}}{F_{v,Rd}} + \dfrac{F_{t,Ed}}{1.4\,F_{t,Rd}} \le 1.0$
Sức kháng trượt, xiết trước: $F_{s,Rd} = \dfrac{k_s\,n\,\mu}{\gamma_{M3}}\,F_{p,C}$
Lực xiết trước: $F_{p,C} = 0.7\,f_{ub}\,A_s$

alpha_v bằng 0,6 với cấp 4.6, 5.6 và 8.8, bằng 0,5 với cấp 10.9 khi ren nằm trong mặt cắt; k2 bằng 0,9 khi chịu kéo, hoặc 0,63 với bu lông đầu chìm. Trang lý thuyết dẫn giải từng biểu thức và lập bảng các hệ số.

Giả thiết và giới hạn

Các sức kháng tính cho bu lông trong lỗ khe hở thường theo EN 1993-1-8 Bảng 3.4, với gamma_M2 = 1,25 theo giá trị khuyến nghị - hãy kiểm tra Phụ lục quốc gia vì giá trị có thể khác. Lỗ rộng và lỗ ô van làm giảm ép mặt và cần lấy hệ số k1, alpha_b tương ứng.

Giá trị ép mặt giả thiết bản thép là phần tử yếu hơn và khoảng cách tới đầu, tới mép đạt ít nhất mức tối thiểu của tiêu chuẩn. Tool kiểm tra từng bu lông riêng lẻ: xé khối của cả nhóm, phá hoại tiết diện thực của cấu kiện liên kết, hiệu ứng bẩy trong liên kết chịu kéo, và độ dẻo tổng thể của liên kết là những bước kiểm tra riêng mà sức kháng bu lông đơn lẻ không bao gồm.

Sức kháng trượt phụ thuộc cấp bề mặt ma sát, vốn là vấn đề chỉ định vật liệu và tay nghề thi công chứ không phải phép tính - cấp A đòi hỏi bề mặt phun hạt mài, và giá trị không còn hiệu lực nếu bề mặt tiếp xúc bị sơn hoặc bám bẩn. Mỏi, chịu lửa và bu lông chịu cắt kéo đổi chiều nằm ngoài phạm vi.