Lý thuyết liên kết bu lông - EN 1993-1-8 (Eurocode 3)
Lý thuyết đằng sau Tool dữ liệu bu lông này: các cấp tính chất bu lông và cường độ của chúng, cách tính khả năng chịu cắt, ép mặt và kéo của một bu lông theo Eurocode 3 (EN 1993-1-8), cách kiểm tra cắt và kéo kết hợp, cách bu lông ứng lực trước chống trượt hoạt động, và các quy tắc khoảng cách và khoảng cách mép mà các bảng dữ liệu áp đặt.
Một liên kết thép bắt bu lông được thiết kế theo Eurocode 3, EN 1993-1-8. Mỗi bu lông được kiểm tra cho các tác động nó mang - cắt, ép mặt, kéo, hoặc một tổ hợp - và hình học liên kết phải thỏa mãn các quy tắc khoảng cách và khoảng cách mép. Trang này giải thích các khả năng chịu lực đằng sau các bảng dữ liệu bu lông.
Cấp tính chất bu lông
Bu lông được phân cấp bằng một cấp hai số như 8.8 hoặc 10.9. Số đầu nhân 100 là cường độ chịu kéo cực hạn fub tính bằng MPa; tích của hai số nhân 10 là giới hạn chảy fyb. Vậy một bu lông cấp 8.8 có fub=800 MPa và fyb=640 MPa. Cấp 8.8 và 10.9 chiếm ưu thế trong công việc kết cấu; 4.6 dùng cho liên kết nhẹ hoặc phi kết cấu.
Khả năng chịu cắt và ép mặt
Trong một liên kết kiểu ép mặt (không ứng lực trước), tải được truyền bằng thân bu lông chịu cắt và ép mặt vào bản thép. Khả năng chịu cắt trên mỗi mặt cắt là
Fv,Rd=γM2αvfubA
trong đó
Fv,Rdkhả năng chịu cắt của một bu lông, trên mỗi mặt cắt (bu lông chịu cắt kép có hai mặt, nên gấp đôi giá trị này)αv0,6 cho cấp 4.6, 5.6 và 8.8; 0,5 cho cấp 10.9 (và 4.8, 5.8, 6.8) khi mặt cắt đi qua renfubcường độ chịu kéo cực hạn của bu lôngAdiện tích thân nguyên nếu mặt cắt ở thân không ren, hoặc diện tích ứng suất kéo As nếu nó đi qua renγM2hệ số riêng phần cho khả năng của bu lông (= 1,25)
Bản thép mà bu lông ép vào cũng phải chống nén vỡ:
Fb,Rd=γM2k1αbfudt
trong đó
k1hệ số mép từ các khoảng cách vuông góc e2, p2 (giới hạn 2,5)αbhệ số đầu và khoảng cách từ e1, p1 và fub/fu (giới hạn 1,0); nó giảm khi khoảng cách đầu và mép giảm - đó chính là lý do các quy tắc khoảng cách quan trọngfucường độ cực hạn của bản thép được nốidđường kính bu lôngtchiều dày bản thépγM2như trên (= 1,25)
Khả năng chịu cắt của bu lông là giá trị nhỏ hơn giữa Fv,Rd và Fb,Rd.
Kéo và đột thủng
Một bu lông chịu kéo được kiểm tra cho phá hoại phần ren, và bản thép được nối cho cắt đột thủng của đầu hoặc đai ốc bu lông. Khả năng chịu kéo là
Ft,Rd=γM2k2fubAs
trong đó
Ft,Rdkhả năng chịu kéo của bu lôngk20,9, hoặc 0,63 cho bu lông đầu chìmfubcường độ chịu kéo cực hạn của bu lôngAsdiện tích ứng suất kéo - nhỏ hơn diện tích thân vì nó kể đến tiết diện giảm tại renγM2hệ số riêng phần cho khả năng của bu lông (= 1,25)
và khả năng cắt đột thủng của bản thép dưới đầu hoặc đai ốc là
Bp,Rd=γM20.6πdmtpfu
trong đó
dmtrung bình kích thước qua cạnh và qua góc của đầu hoặc đai ốctpchiều dày bản thép dưới đầu hoặc đai ốcfucường độ cực hạn của bản thép đó
Cắt và kéo kết hợp
Một bu lông mang cắt và kéo cùng lúc phải thỏa mãn tương tác tuyến tính của Bảng 3.4:
Fv,RdFv,Ed+1.4Ft,RdFt,Ed≤1.0
trong đó
Fv,Edlực cắt thiết kế tác dụng lên bu lôngFt,Edlực kéo thiết kế tác dụng lên bu lôngFv,Rdkhả năng chịu cắt ở trênFt,Rdkhả năng chịu kéo ở trên
Hệ số 1,4 trong số hạng kéo phản ánh rằng một lực kéo vừa phải không làm giảm nhiều khả năng chịu cắt. Mỗi kiểm tra riêng (cắt ≤Fv,Rd và kéo ≤Ft,Rd) vẫn phải được thỏa mãn.
Bu lông ứng lực trước (chống trượt)
Bu lông cấp 8.8 và 10.9 có thể được siết tới một ứng lực trước được kiểm soát, kẹp các bản thép để tải được mang bằng ma sát thay vì ép mặt:
Fp,C=0.7fubAs,Fs,Rd=γM3ksnμFp,C
trong đó
Fp,Cứng lực trước thiết kế được kiểm soátFs,Rdkhả năng chống trượt của một bu lôngkshệ số lỗ (1,0 cho lỗ thường)nsố mặt ma sát (tiếp xúc)μhệ số trượt - 0,5 cho thép phun bi, thấp hơn cho thép cán nguyênγM3hệ số riêng phần cho khả năng chống trượt
Các liên kết chống trượt được dùng nơi chuyển động không chấp nhận được - chi tiết mỏi, tải đảo chiều, hoặc nơi phải giữ định vị.
Khoảng cách, mép và khoảng cách đầu
Vị trí bu lông bị giới hạn cả hai phía. Khoảng cách tối thiểu ngăn bản thép bị xé bật và giữ hệ số ép mặt cao; khoảng cách tối đa ngăn mất ổn định cục bộ giữa các bu lông và giữ các phần tiếp xúc. Các giá trị tối thiểu (Bảng 3.3) là
khoảng cách tối thiểu
d0đường kính lỗ (các giới hạn dưới đây đều là bội số của nó)e1≥1.2d0khoảng cách đầu, theo hướng truyền tảie2≥1.2d0khoảng cách mép, vuông góc với tảip1≥2.2d0khoảng cách giữa các bu lông theo hướng tảip2≥2.4d0khoảng cách giữa các hàng bu lông vuông góc với tải
Các bảng dữ liệu trong Tool này liệt kê các kích thước lỗ và khoảng cách tối thiểu và tối đa cho mỗi đường kính bu lông.
Các hệ số riêng phần γM2=1.25 (khả năng của bu lông) và γM3 (trượt) và cấp hệ số trượt do Phụ lục Quốc gia đặt; các liên kết loại A-E (ép mặt so với chống trượt) quyết định kiểm tra nào chi phối.
Câu hỏi thường gặp
Một cấp bu lông là hai số. Số đầu nhân 100 cho cường độ chịu kéo cực hạn f_ub tính bằng MPa, và hai số nhân với nhau rồi nhân 10 cho giới hạn chảy f_yb. Vậy một bu lông 8.8 có f_ub = 800 MPa và f_yb = 0,8·800 = 640 MPa, và một bu lông 10.9 có f_ub = 1000 MPa và f_yb = 900 MPa. Cấp 8.8 và 10.9 là các cấp kết cấu thông dụng; 4.6 (f_ub = 400 MPa) cho liên kết nhẹ hoặc phi kết cấu.
Khả năng chịu cắt trên mỗi mặt cắt là F_v,Rd = α_v·f_ub·A / γM2, trong đó α_v = 0,6 cho cấp 4.6, 5.6 và 8.8 (và 0,5 cho 10.9 khi mặt cắt qua ren), A là diện tích liên quan (toàn diện tích thân nếu mặt cắt ở thân không ren, hoặc diện tích ứng suất kéo A_s nếu nó qua ren), và γM2 = 1,25. Một bu lông chịu cắt kép có hai mặt, nên gấp đôi khả năng. Khả năng ép mặt của bản thép được nối cũng phải được kiểm tra, và giá trị thấp hơn chi phối.
Trong một liên kết kiểu ép mặt, các bu lông được siết vừa khít và tải được truyền bằng thân bu lông chịu cắt và ép mặt vào lỗ; một số trượt vào ép mặt được chấp nhận. Trong một liên kết chống trượt (ứng lực trước), bu lông cấp 8.8 hoặc 10.9 được siết tới một ứng lực trước được kiểm soát F_p,C = 0,7·f_ub·A_s, kẹp các bản thép để tải được mang bằng ma sát giữa các mặt tiếp xúc. Các liên kết chống trượt (loại B và C) được dùng nơi chuyển động không chấp nhận được - mỏi, tải đảo chiều hoặc nơi phải giữ định vị.
Khi một bu lông mang cắt và kéo đồng thời, EN 1993-1-8 Bảng 3.4 cho một tương tác tuyến tính: F_v,Ed/F_v,Rd + F_t,Ed/(1,4·F_t,Rd) ≤ 1,0. Hệ số 1,4 trong số hạng kéo nghĩa là một lực kéo vừa phải chỉ giảm nhẹ khả năng chịu cắt khả dụng. Cả hai kiểm tra riêng (cắt ≤ F_v,Rd và kéo ≤ F_t,Rd) vẫn phải được thỏa mãn cùng với tương tác.
Khoảng cách tối thiểu và khoảng cách mép/đầu ngăn bản thép bị xé bật quanh bu lông và giữ khả năng ép mặt cao - các hệ số ép mặt α_b và k_1 giảm khi khoảng cách đầu e_1 và khoảng cách mép e_2 giảm. EN 1993-1-8 yêu cầu ít nhất khoảng cách p_1 = 2,2·d_0 và khoảng cách đầu e_1 = 1,2·d_0 (d_0 = đường kính lỗ). Khoảng cách tối đa ngăn mất ổn định cục bộ giữa các bu lông và giữ các bản thép tiếp xúc để chống ăn mòn. Các bảng dữ liệu liệt kê các giá trị tối thiểu và tối đa cho mỗi đường kính.
Diện tích ứng suất kéo A_s là diện tích tiết diện hữu hiệu dùng để tính khả năng chịu kéo và chịu cắt (qua ren) của một bu lông. Nó nhỏ hơn diện tích thân danh nghĩa vì nó kể đến tiết diện giảm tại ren - dựa trên trung bình của đường kính bước và đường kính nhỏ. Ví dụ một bu lông M20 có diện tích thân 314 mm² nhưng diện tích ứng suất kéo 245 mm². Tool này liệt kê A_s cho mọi đường kính tiêu chuẩn.
Sẵn sàng định cỡ liên kết của bạn? Tra cường độ bu lông, kích thước lỗ, giới hạn khoảng cách và khả năng chịu lực cho bất kỳ cấp và đường kính bu lông nào.
