Κοχλιωτή σύνδεση με τον κοχλία σε διατμητική τάση.

[CostasV]

Με αφορμή αυτή την συζήτηση, θα ήθελα να ρωτήσω:

 

Εάν έχω να μεταβιβάσω μία δύναμη F ανάμεσα σε δύο αλληλο-επικαλυπτόμενα ελάσματα που συδέονται με κοχλίες, μπορώ να διαστασιολογήσω τους κοχλίες θεωρώντας ότι θα υποστούν διατμητική τάση (ή έστω, και διατμητική τάση; ).

Δεν ισχύει ότι "οι κοχλίες θα πρέπει να υπόκεινται μόνο σε εφελκυστικά φορτία";

 

Είδα ότι στο EC3, part 1-8, προβλέπονται οι παρακάτω τρεις κατηγορίες για κοχλίες σε διατμητικά φορτία

 

3.4 categories of bolted connection

3.4.1 Shear connections

(1) Bolted connections loaded in shear should be designed as one of the following:

a) category A - Bearing type

In this category bolts from class 4.6 up to and including class 10.9 should be used. No preloading and

special provisions for contact surfaces are required. The design ultimate shear load should not exceed

the design shear resistance, obtained from 3.6, nor the design bearing resistance, obtained from 3.6 and

3.7.

category B - Slip resistant in serviceability limit state

In this category preloaded bolts in accordance with 3.1.2(1) should be used. Slip should not occur at

the serviceability limit state. The design serviceability shear load should not exceed the design slip

resistance, obtained from 3.9. The design ultimate shear load should not exceed the design shear

resistance, obtained from 3.6, nor the design bearing resistance, obtained from 3.6 and 3.7.

c) category C - Slip resistant at ultimate limit state

In this category preloaded bolts in accordance with 3.1.2(1) should be used. Slip should not occur at

the ultimate limit state. The design ultimate shear load should not exceed the design slip resistance,

obtained from 3.9, nor the design bearing resistance, obtained from 3.6 and 3.7. In addition for a

connection in tension, the design plastic resistance of the net cross-section at bolt holes (net,Rd, (see 6.2

of EN 1993-1-1), should be checked, at the ultimate limit state.

The design checks for these connections are summarised in Table 3.2.

 

 

Οι κατηγορίες Α και Β επιτρέπουν ολίσθηση (edit : η Β μόνο σε οριακή κατάσταση) . Για τιε κατηγορίες αυτές να ρωτήσω: (δεν δουλεύω καθόλου με ευρωκώδικες, ούτε με μεταλλικές κατασκευές πολιτικού μηχανικού γενικά, και αν υπάρχουν οι απαντήσεις στα ερωτήματα αυτά μέσα στους ευρωκώδικες, παρακαλώ υποδείξτε μου πού)

 

1. Οταν ο αριθμός των κοχλιών είναι παραπάνω από 2, πώς εξασφαλίζεται ποιός κοχλίας θα έρθει σε επαφή με τα ολισθαίνοντα ελάσματα (edit : και συγκεκριμένα με τις πλευρικές επιφάνειες της οπής όπου βρίσκεται κάθε κοχλίας, καθώς η ακρίβεια της θέσης της επιφάνειας αυτής δεν μπορεί να είναι καλύτερη, λόγω κατασκευαστικών δυσκολιών, καλύτερη από 3-4 δέκατα του χιλιοστού), ώστε να παραλάβει τα διατμητικά φορτία;

2. Εάν τα ολισθαίνοντα ελάσματα έρθουν σε επαφή με το σπείρωμα του κοχλία, είναι πολύ πιθανό να καταστρέψουν το σπέιρωμα. Πώς εξασφαλίζεται η μελλοντική ευχέρεια λύσης της κοχλιωτής σύνδεσης; (π.χ. για αντικατάσταση ενός ή περισσοτέρων κοχλιών, ή για συντήρηση (αμμοβολή, βαφή) των μελών της σύνδεσης) edit: Ακυρη η ερώτηση (2), διότι το σπείρωμα που πιθανόν καταστραφεί δεν ενοχλεί το ξεβίδωμα του περικόχλιου

3. Είναι συνήθης επιλογή το να διαστασιολογεί κανείς, με τις κατηγορίες αυτές ;

[shelby]

"Εάν έχω να μεταβιβάσω μία δύναμη F ανάμεσα σε δύο αλληλο-επικαλυπτόμενα ελάσματα που συδέονται με κοχλίες, μπορώ να διαστασιολογήσω τους κοχλίες θεωρώντας ότι θα υποστούν διατμητική τάση (ή έστω, και διατμητική τάση; ).

Δεν ισχύει ότι "οι κοχλίες θα πρέπει να υπόκεινται μόνο σε εφελκυστικά φορτία";"

 

Εμένα ο Ιακωβάκης μου έμαθε στο Στοιχεία Μηχανών Ι ότι οι κοχλίες υπόκεινται σε εφελκυσμό (θλίψη) και διάτμηση ποτέ σε κάμψη. Για τύπους σας παραμπέμπω στο Στοιχεία Μηχανών του Niman ή του Γραικούση.

[oyabun]

1. Οταν ο αριθμός των κοχλιών είναι παραπάνω από 2, πώς εξασφαλίζεται ποιός κοχλίας θα έρθει σε επαφή με τα ολισθαίνοντα ελάσματα (edit : και συγκεκριμένα με τις πλευρικές επιφάνειες της οπής όπου βρίσκεται κάθε κοχλίας, καθώς η ακρίβεια της θέσης της επιφάνειας αυτής δεν μπορεί να είναι καλύτερη, λόγω κατασκευαστικών δυσκολιών, καλύτερη από 3-4 δέκατα του χιλιοστού), ώστε να παραλάβει τα διατμητικά φορτία;

......

3. Είναι συνήθης επιλογή το να διαστασιολογεί κανείς, με τις κατηγορίες αυτές ;

 

Γενικά στη διαστασιολόγηση αγνοούμε το διάκενο μεταξύ κοχλιών και οπής, θεωρούμε δηλαδή ότι το διάκενο είναι μηδενικό. Αυτό βέβαια στην πράξη δεν ισχύει, και υπάρχουν πειραματικά δεδομένα όπου, όταν έχουμε μικρό αριθμό κοχλιών (οπότε οι μικροδιαφορές του τζόγου δεν αλληλοαναιρούνται), δημιουργείται υπερβολική κινητότητα στη σύνδεση.

 

Στα συνήθη έργα του πολιτικού μηχανικού (πλην γεφυρών) διαστασιολογούμε

με τον τρόπο Α και αγνοούμε τον τζόγο των συνδέσεων. Οι περιπτώσεις Β & Γ που προϋποθέτουν συγκεκριμένη προένταση των κοχλιών δεν συνηθίζονται (και αποφεύγονται δοθέντος της μέσης ποιότητας των συνεργείων).

 

Παρεπιπτόντως, η κάμψη των κοχλιών όντως αγνοείται, διότι στη συντριπτική πλειοψηφία των συνδέσεων και με τις συνήθεις διαμέτρους των κοχλιών (max M27) η ένταση λόγω κάμψης είναι αμελητέα. Μου έχει τύχει όμως περίπτωση σύνδεσης πολύ δύσκαμπτων στοιχείων (τριαξονική μηχανή εργαστηρίου αντοχής υλικών) με πολύ μεγάλους κοχλίες (Μ40 και πάνω) όπου η ένταση λόγω κάμψης ήταν της αυτής τάξης μεγέθους με την ένταση λόγω αξονικής φόρτισης. Η ανάλυση στην προκειμένη περίπτωση είχε γίνει με τρισδιάστατα πεπερασμένα στοιχεία και contact surfaces στο ADINA.

[dratsiox]

Μου έχει τύχει όμως περίπτωση σύνδεσης πολύ δύσκαμπτων στοιχείων (τριαξονική μηχανή εργαστηρίου αντοχής υλικών) με πολύ μεγάλους κοχλίες (Μ40 και πάνω) όπου η ένταση λόγω κάμψης ήταν της αυτής τάξης μεγέθους με την ένταση λόγω αξονικής φόρτισης. Η ανάλυση στην προκειμένη περίπτωση είχε γίνει με τρισδιάστατα πεπερασμένα στοιχεία και contact surfaces στο ADINA.

 

Μπορείς να αναλύσεις λίγο παραπάνω αυτό που γράφεις; Η κάμψη γιατί αναπτύσσεται;

[chrisven]

αν η διατομή είναι μεγάλη και ο μοχλοβραχίονας ικανός

λογικό δεν είναι να δημιουργηθεί ροπή?

το θέμα είναι ότι η τάξη μεγέθους που αναφέρει είναι μεγάλη

[dratsiox]

Ο μοχλοβραχίονας από πού μετράει;

[CostasV]

oyabun, ευχαριστώ για την απάντηση. Αυτή την τακτική που ακολουθούν οι πολιτικοί μηχανικοί, δηλαδή να διαστασιολογούν έναν κοχλία θεωρώντας ότι υπόκειται σε διατμητική τάση, ομολογώ ότι πρώτη φορά το μαθαίνω. Οπως ανέφερε και ο Alphadyn στο μήνυμά του αυτό, η τακτική των μηχανολόγων είναι να θέτουν τον κοχλία σε προένταση τέτοια ώστε η μετάδοση της δύναμης από το ένα έλασμα στο άλλο να γίνεται μέσω τριβής ανάμεσα στα δύο ελάσματα. Ετσι εξαλείφεται η μικρομετακίνηση μεταξύ των ελασμάτων, ιδιαίτερα σε περιπτώσεις όπου η φορά και το μέγεθος της δύναμης δεν είναι σταθερά. Εξάλλου με την σύδνεση τριβής, φορτίζονται όλοι οι κοχλίες με (σχεδόν) ίσα εφελκυστικά φορτία.

 

Στην περίπτωση του κοχλία σε διατμητική τάση, εάν το πλήθος των κοχλίων είναι 3 ή 4 ή 5, υπάρχουν πολλές πιθανότητες 1 ή 2 ή 3 αντίστοιχα κοχλίες να μην έχουν επαφή με τις πλευρικές επιφανειες των οπών, με αποτέλεσμα να μεταφέρεται η δύναμη μόνο από 2 (προσεγγιστικά ) κοχλίες, με ό,τι σημαίνει αυτό για την ασφάλεια της σύνδεσης.

 

Κάτι έμαθα σήμερα...

[oyabun]

Επισύναψα μια εικόνα που έφτιαξα γρήγορα από την τεχνική έκθεση που είχα συντάξει. Το φορτίο είναι 4MPa και το μοντέλο είναι το 1/16 ενός κύβου εγγεγραμένου σε ένα κύλινδρο, όπου το πάνω και το κάτω μέρος κλείνει με ένα καπάκι. Η πλευρά του κύβου είναι 80cm. Την μηχανή αυτή την σχεδίασα και την κατασκεύασα για το διδακτορικό μου.

 

Αν δείτε τις τάσεις von Mises, θα δείτε ότι η κάμψη των κοχλιών πρακτικά εξουδετερώνει τον εφελκυσμό στην εξωτερική πλευρά.

[shelby]

oyabunη τακτική των μηχανολόγων είναι να θέτουν τον κοχλία σε προένταση τέτοια ώστε η μετάδοση της δύναμης από το ένα έλασμα στο άλλο να γίνεται μέσω τριβής ανάμεσα στα δύο ελάσματα. Ετσι εξαλείφεται η μικρομετακίνηση μεταξύ των ελασμάτων, ιδιαίτερα σε περιπτώσεις όπου η φορά και το μέγεθος της δύναμης δεν είναι σταθερά. Εξάλλου με την σύδνεση τριβής, φορτίζονται όλοι οι κοχλίες με (σχεδόν) ίσα εφελκυστικά φορτία. Στην περίπτωση του κοχλία σε διατμητική τάση, εάν το πλήθος των κοχλίων είναι 3 ή 4 ή 5, υπάρχουν πολλές πιθανότητες 1 ή 2 ή 3 αντίστοιχα κοχλίες να μην έχουν επαφή με τις πλευρικές επιφανειες των οπών, με αποτέλεσμα να μεταφέρεται η δύναμη μόνο από 2 (προσεγγιστικά ) κοχλίες, με ό,τι σημαίνει αυτό για την ασφάλεια της σύνδεσης. Κάτι έμαθα σήμερα...

 

Μα εννοείται ότι θα κανεις προένταση τον κοχλία γι' αυτό υπάρχει και ο τύπος της ροπής προέντασης. Για το άλλο που αναφέρεις όλοι οι κοχλίες παίρνουν την διάτμηση άλλο είναι που δεν παίρνουν όλοι οι κοχλίες.

[miltos]

Αρχικά ήξερα ότι (στις μηχανολογικές τουλάχιστον κατασκευές) οι κοχλίες πρέπει να καταπονούνται μόνο σε εφελκυσμό. Οπότε, αν χρησιμοποιηθούν κοχλίες, η διάτμηση παραλαμβάνεται μέσω της τριβής μεταξύ των ελασμάτων που δημιουργείται από την προένταση των κοχλιών.

 

Αν τα ελάσματα ολισθήσουν μεταξύ τους, τότε οι κοχλίες θα καταπονηθούν και σε διάτμηση. Δεν γνωρίζω τις συνέπειες θα έχει αυτή η ολίσθηση στους κοχλίες και θα παραμορφωθούν.

 

Σε μεταλλικές κατασκευές όμως, από ότι έχω καταλάβει, οι συνδέσεις μελετώνται με τον τρόπο Α. Ο κοχλίας δηλαδή είναι στην ουσία ένας πείρος που απλά ασφαλίζει με το παξιμάδι (όσο αφορά τη διάτμηση και μόνο).