Sztywne połączenie śrubowe składa się z:
- Pole środnika słupa z naprężeniem tnącym
- Środnik słupa ze ściskaniem poprzecznym
- Środnik słupa z rozciąganiem poprzecznym
- Pas słupa ze zginaniem
- Blacha czołowa z naprężeniem zginającym
- Pas i środnik dźwigara lub słupa z naprężeniem ściskającym
- Środnik dźwigara z naprężeniem rozciągającym
- Śruby z naprężeniem rozciągającym
- Śruby z naprężeniem stycznym
- Spoiny
- Skos
Podczas gdy kontrole większości podstawowych elementów składowych można przeprowadzić stosunkowo łatwo i szybko za pomocą konwencjonalnych wzorów, sprawdzenie warunków skrajnych dla naprężenia zginającego oraz pasa słupa dla zginania jest zadaniem czasochłonnym. W przypadku tych dwóch elementów jako model analityczny zostaje zastosowany równoważny pas króćca teowego.
Pas króćca teowego
Z rzeczywistego modelu wycinany jest kształt litery T. Uwzględniane i oceniane są rzędy śrub poddanych naprężeniu rozciągającemu, raz osobno i raz jako grupa. Decydująca nośność jest określana na podstawie najmniejszej nośności z sumy poszczególnych rzędów śrub lub wartości grupowej. Śruby w strefie zginania ściskanego służą do przenoszenia siły tnącej. Rzędy śrub są połączone w grupy śrub, leżące w obrębie pasów lub elementów usztywniających. W przypadku obliczania blachy czołowej obciążonej naprężeniem zginającym, tworzony jest króciec teowy z blachą czołową ze środnikiem dla wewnętrznych rzędów śrub; w przypadku występu blachy czołowej z zewnętrznym rzędem śrub króciec teowy blachy czołowej odpowiada pasowi dźwigara. Aby możliwe było obliczenie również wysuniętej części blachy czołowej, zostanie ona podzielona i odzwierciedlona w równoważnym pasie króćca teowego.
W celu wymiarowania pasa słupa ze zginaniem, tworzony jest teownik na podstawie pasa i środnika słupa.
Siła kontaktowa Q, która może wystąpić między swobodną krawędzią a szeregiem śrub, jest przyłożona jako wypadkowa docisku powierzchniowego w szczelinie międzystykowej w punkcie brzegowym króćca. Można osiągnąć znacznie wyższą nośność przy użyciu sił kontaktowych, dlatego podczas modelowania połączenia rozsądne jest takie rozmieszczenie śrub, aby również mogło wystąpić utwierdzenie. Siła kontaktowa może być wymuszona na przykład poprzez rozmieszczenie rzędu śrub w większej odległości od środnika dźwigara.
Tryby zniszczenia
Możliwe są trzy rodzaje uszkodzenia.
Tryb 1: Uplastycznienie w czystych pasach
W przypadku blachy czołowej przeguby plastyczne powstające na osi śruby oraz w pobliżu środnika sworznia nie osiągają siły zrywającej śruby. Nośność równoważnego pasa króćca teowego można obliczyć dwiema różnymi metodami, o ile mogą wystąpić siły kontaktowe. RF-/FRAME-JOINT Pro stosuje metodę 1.
Jeżeli z obliczeń nie wynikają siły kontaktowe, nośność zmniejsza się o połowę. Ten sam rodzaj uszkodzenia występuje wówczas również w modzie 2.
Tryb 2: Jednoczesne uszkodzenie śruby z uplastycznieniem pasa
W przypadku optymalnej zgodności między grubością blachy czołowej a średnicą śruby, w pobliżu środnika króćca teowego powstaje przegub plastyczny i śruby ulegają uszkodzeniu.
Tryb 3: Uszkodzenie śruby
W przypadku sztywnej blachy czołowej i śrub o zbyt małych wymiarach zawodzą one bez przegubów plastycznych. W miarę możliwości należy unikać tego rodzaju uszkodzenia, ponieważ połączenie staje się w tym przypadku nieefektywne.
Długości efektywne
Długości efektywne są wymagane do wyznaczenia nośności plastycznej króćca teowego i nie muszą być zgodne z rzeczywistymi długościami modelu.
Dzięki zastosowaniu długości efektywnych na równoważnym króćcu teowym uwzględniane jest przestrzenne środowisko rzeczywistego połączenia, dzięki czemu nośność jest taka sama jak w modelu obliczeniowym i w modelu rzeczywistym.
W zależności od geometrii i sposobu zniszczenia blacha czołowa może przybrać kształt kolisty lub prostoliniowego układu linii załomów, co może mieć duży wpływ na długości efektywne króćców teowych. W przypadku uszkodzenia plastycznego płyty czołowej, powstaje stożek uplastycznienia, którego nie można całkowicie uformować w trybie 2, a zatem przyjmuje on postać stożka uplastycznienia niekołowego.
Określanie nośności na zginanie
Nośność połączenia przy zginaniu jest obliczana jako suma nośności na rozciąganie każdego rzędu śrub i rozstawu w punkcie ściskania.
Jeżeli nośność na rozciąganie wynikająca z obliczeń rzędów śrub jako grupy śrub jest mniejsza niż suma półek króćca teowego, w danym rzędzie może być przyłożona tylko ta składowa, która ma wpływ na nośność całkowitą grupy śrub.
Jako punkt ściskania należy przyjąć oś środkową pasa ściskanego.
