Độ lệch tâm nhóm bu lông: phương pháp đàn hồi và dẻo

Tải lệch tâm trên nhóm bu lông là một trong những kiểm tra liên kết phổ biến nhất trong kết cấu thép - một công xôn, một bản mã, một fin plate dầm-cột nơi tải không đi qua tâm nhóm bu lông. Đây cũng là kiểm tra có hai phương pháp rất khác nhau, và việc chọn giữa chúng là sự đánh đổi có chủ ý giữa công sức và tính kinh tế.

Độ lệch tâm đến từ đâu

Mỗi khi đường tác dụng của lực không đi qua trọng tâm nhóm bu lông, độ lệch đó nhân thành mô men, $M = P \cdot e$. Nhóm giờ phải chịu cả lực trực tiếp $P$ và mô men $M$, và các bu lông xa trọng tâm nhất gánh nhiều nhất. Toàn bộ câu hỏi là nhu cầu tổ hợp đó được chia ra sao giữa các bu lông - và đó là chỗ hai phương pháp khác nhau.

Phương pháp đàn hồi

Phương pháp đàn hồi (hay vector) giả thiết nhóm bu lông xoay cứng quanh trọng tâm. Mỗi bu lông chịu một lực từ tải trực tiếp chia đều, cộng một lực từ mô men tăng tỉ lệ với khoảng cách tới trọng tâm. Hai thành phần cộng theo vector, và bu lông chịu lực lớn nhất - thường ở góc - khống chế thiết kế.

Nó đơn giản, nhanh, và luôn thiên về an toàn, vì giả thiết phân bố tuyến tính cho tới khi bu lông tệ nhất đạt khả năng, bỏ qua mọi tái phân phối.

Phương pháp dẻo (tâm tức thời) có thể cho khả năng chịu lực lớn hơn 20-40% với cùng bu lông, vì cho phép nhóm tái phân phối khi bu lông góc chảy dẻo.

Phương pháp dẻo (tâm tức thời)

Phương pháp tâm tức thời ghi nhận rằng bu lông là dẻo: khi bu lông chịu lực lớn nhất đạt khả năng, nó không phá hoại mà biến dạng và để các bu lông khác gánh thêm. Nhóm xoay quanh một tâm tức thời (không phải trọng tâm), và lực mỗi bu lông phụ thuộc biến dạng qua quan hệ tải-trượt phi tuyến. Kết quả là khả năng cao hơn, thực tế hơn cho cùng bố trí - đổi lại là tính toán lặp.

Dùng phương pháp nào

Lựa chọn thực sự tùy tình huống:

• Tính nhanh, hoặc liên kết không quan trọng về khối lượng - phương pháp đàn hồi thắng về tốc độ và minh bạch. Nếu đạt thoải mái, không cần làm thêm.
• Liên kết chặt nơi số bu lông hay khối lượng thép quan trọng - phương pháp tâm tức thời xứng đáng công sức bằng cách mở khóa khả năng mà phương pháp đàn hồi để lại.
• Khi nghi ngờ - bắt đầu bằng đàn hồi. Nó thiên về an toàn, nên nếu đạt là an toàn; chỉ dùng phương pháp dẻo khi kiểm tra đàn hồi là thứ buộc phải thêm một hàng bu lông.

Cả hai phương pháp đều chuẩn và được chấp nhận; không cái nào "đúng hơn" một cách tuyệt đối. Phương pháp đàn hồi là cận dưới an toàn, phương pháp dẻo là ước lượng sắc hơn của cường độ thực. Chọn cái phù hợp với mức quan trọng của liên kết, và nhớ rằng khả năng chịu lực của bu lông - cắt, ép mặt và các hệ số riêng phần - đến từ cùng khung EC3 bạn dùng cho mọi kiểm tra liên kết khác.