Šroubové spoje
Obvyklé průměry šroubů jsou d = 12, (14), 16, 20, 24, 27, 30 mm. 12 84,3
16 157
20 245
24 353
27 459
30 561
ko p
Průměr šroubu d (mm) Plocha jádra šroubu AS (mm2)
ie
Šrouby pro ocelové konstrukce s šestihrannou hlavou, vyráběné tvarováním za tepla nebo také za studena, se podle přesnosti rozměrů a drsnosti povrchu dělí na hrubé (průměr otvoru pro šroub je o 1 až 3 mm větší než průměr dříku šroubu) a přesné.
Pevnostní třídy šroubů jsou 4.6, 4.8, 5.6, 5.8, 6.8, 8.8, 10.9.
ká
Pevnostní třída šroubů fyb (MPa) fub (MPa) 4.6 240 400 4.8 320 400 5.6 300 500 5.8 400 500 6.8 640 600 8.8 640 800 10.9 900 1000
st u
de n
ts
Kategorie šroubových spojů Spoje namáhané smykem • Kategorie A: Spoje namáhané na střih a otlačení všech pevnostních tříd. Posudek se provede na střih a otlačení základního materiálu. • Kategorie B: Třecí spoje s vysokopevnostními šrouby tříd 8.8 a 10.9, s kontrolovaným utažením. Smykové zatížení nesmí v mezním stavu použitelnosti způsobit prokluz spoje. V mezním stavu únosnosti k prokluzu může dojít. Kromě posouzení prokluzu pro mezní stav použitelnosti se spoj posoudí na střih a otlačení obdobně jako u kategorie A. • Kategorie C: Třecí spoje s vysokopevnostními šrouby tříd 8.8 a 10.9, se speciálně upravenými stykovými plochami a s kontrolovaným utažením šroubů. Jsou posuzovány na prokluz a otlačení v mezním stavu. Současně se musí posoudit únosnost oslabeného spojovaného průřezu v tahu. Spoje namáhané tahem • Kategorie D: Šrouby obvyklých pevnostních tříd bez kontrolovaného utažení. Nemají se používat pro spoje vystavené proměnlivému tahovému zatížení, kromě zatížení větrem. Posuzují se na tah a případné protlačení hlavy či matice šroubu. • Kategorie E: Spoje s vysokopevnostními šrouby tříd 8.8 a 10.9, se speciálně upravenými stykovými plochami a kontrolovaným utažením šroubů. Jsou vhodné pro detaily namáhané na únavu. Posuzují se na tah a případné protlačení hlavy či matice šroubu. Rozteče šroubů Pro přípoje namáhané smykem jsou předepsány minimální a maximální vzdálenosti šroubů. Doporučené hodnoty vzdálenosti šroubů usnadňují bezpečný a ekonomický návrh přípojů.
Rozteče šroubů
e2
V
Ed
e1
p1
ie
e2 p1
Zásady ŠROUBY: Lze používat šrouby se závity až k hlavě šroubu.
ko p
p2
1,2d0 < e1 < min(12t, 150 mm), 1,2d0 < e2 < min(12t, 150 mm), 2,2d0 < p1 < min(14t, 200 mm), 3,0d0 < p1 < min(14t, 200 mm), kde d0 je průměr otvoru pro šroub, t je nejmenší tloušťka spojovaného materiálu Šrouby Doporučené rozteče (mm) p1, p2 e1, e2 emin M12 40 30 25 M16 55 40 30 M20 70 50 40 M24 80 60 50 M27 90 70 55 M30 100 75 60 M26 120 90 70
Délka nepředepjatých šroubů musí být taková, aby • část dříku se závitem procházela po utažení celou maticí • po utažení přesahoval nejméně jeden závit matici
ká
Délka předepjatých šroubů musí být taková, aby • dřík se závitem po utažení procházel celou maticí • mezi maticí a hladkou částí dříku zůstaly volné minimálně 4 závity
ts
MATICE: U konstrukcí namáhaných vibracemi musí být zajištěno, aby nedošlo k uvolnění matic.
de n
Jestliže jsou u konstrukcí namáhaných vibracemi použity nepředepjaté šrouby (nemělo by být), měly by se matice zajistit uzavíracími nebo jinými mechanickými prostředky. Matice u předepjatých šroubů je možno považovat za dostatečně zajištěné jejich příslušným dotažením.
st u
PODLOŽKY: Podložky se u nepředepjatých šroubů nevyžadují , kromě následujících případů: • jestliže je povrch odkloněn od roviny kolmé k ose šroubu o více než 3°, použijí se šikmé podložky, • je-li nutné použít delší šroub a odsadit závit šroubu ze smykové roviny nebo od líce díry Pro předepjaté šrouby se musí použít kalené podložky (minimálně pod tu část, se kterou bude otáčeno) LÍCOVÁÍ STYČÝCH PLOCH: Nejsou-li v technické zprávě předepsány menší hodnoty, nesmí být max. mezera mezi sousedícími plochami ve styku větší než: • 2 mm pro nepředepjaté šrouby • 1 mm pro předepjaté šrouby
Jestliže je nutné zajistit, aby mezera nepřesáhla stanovenou mez, musí se použít ocelové vložky. Je nutno pak uvážit redukci únosnosti ve střihu a otlačení podle EC3, Part 8 3.6.1(12).
ko p
ie
DÍRY: Kromě přesných šroubů musí být jmenovitá vůle standardních děr: - 1mm pro šrouby M12 a M14, - 2mm pro šrouby M16 až M24, - 3mm pro šrouby 27 mm a větší. Je možné předepsat díry s menší vůlí, než je standardní. Pro přesné šrouby se musí používat vůle předepsané v normě EN 1090 „Požadavky na provádění ocelových konstrukcí“, není-li stanoveno jinak.
DLOUHÉ SPOJE: U spojů, kde vzdálenost Lj mezi středy koncových spojovaných prvků ve směru přenášené síly je větší než 15d, je potřeba návrhovou únosnost ve střihu všech spojovacích prvků redukovat, viz EC3, Part 8 - 3.8.
ts
Lj
ká
Lj
de n
Návrhové únosnosti šroubových spojů
Ú*OS*OST VE STŘIHU:
Fv , Rd =
α v ⋅ f ub ⋅ A γM2
st u
a) rovina střihu prochází závitem šroubu (A = As ...plocha jádra šroubu) •
pro pevnostní třídy 4.6, 5.6, 8.8 : α v = 0,6
•
pro pevnostní třídy 4.8, 5.8, 6.8 a 10.9 : α v = 0,5
b) rovina střihu prochází přes plný dřík šroubu (A = A...plocha dříku šroubu) •
pro všechny pevnostní třídy: α v = 0,6
Ú*OS*OST V OTLAČE*Í:
k1 ⋅ α b ⋅ f u ⋅ d ⋅ t
γ M2
,
kde αb je nejmenší z hodnot: f ub e1 ; 1,0; (pro koncové šrouby); fu 3d 0
ie
k1 je nejmenší z hodnot: e 2,5; 2,8 ⋅ 2 − 1,7 (pro krajní šrouby); d0
p1 1 − (pro vnitřní šrouby), 3d 0 4
1,4 ⋅
ko p
Fb , Rd =
p2 − 1,7 (pro vnitřní šrouby) d0
kde d je průměr šroubu; d0 průměr díry; t nejmenší tloušťka ze spojovaných materiálů. Ú*OS*OST V TAHU:
kde
k 2 ⋅ f ub ⋅ AS
γM2
,
k2 = 0,63 pro zapuštěné šrouby, k2 = 0,9 pro ostatní šrouby.
ká
Ft , Rd =
B p , Rd =
γM2
,
tp je tloušťka základního materiálu pod hlavou šroubu nebo pod maticí; dm je střední průměr kružnice opsané a vepsané do šestihranu hlavy šroubu nebo d + d1 matice, tzn. d m = 0 . 2
de n
kde
0,6 ⋅ π ⋅ d m ⋅ t p ⋅ f u
ts
PROTLAČE*Í HLAVY ČI MATICE ŠROUBU:
12
16
20
24
27
30
d1 (mm) – nejsi prumer hlavy sroubu
21,9
27,7
34,6
41,6
47,3
53,1
d0 (mm) – vnitrni prumer hlavy sroubu
19
24
30
36
41
46
20,45
25,85
32,3
38,8
44,15
49,55
st u
Průměr šroubu (mm)
dm (mm) – prumerny pumer hlavy sroubu
KOMBI*ACE STŘIHU A TAHU: Fv , Ed Fv , Rd
+
Ft , Ed
1,4 Ft , Rd
≤ 1,0
TŘECÍ SPOJE S VYSOKOPEV*OST*ÍMI ŠROUBY: Materiál: Přesné šrouby třídy 8.8, 10.9.
ie
Třecí spoj uvedený na obrázku je zařazen do kategorie spojů C (spoj odolný proti prokluzu v mezním stavu únosnosti). U spojů kategorie C se dovoluje uvažovat pouze pružné rozdělení sil na šrouby.
ko p
Pod šrouby se musí používat podložky z kalené oceli. Musí být umístěny pod tou částí, kterou bude při kontrolovaném utahování otáčeno. Většinou se však umisťují pod hlavu i matici šroubu. Třecí spoje zabraňující prokluzu šroubů lze kombinovat se svary. Potřebnou délku šroubu lze určit z tabulek pro svěrné délky.
*ávrhová odolnost třecího spoje kategorie C namáhaného pouze ve smyku: k ⋅n⋅µ Fs , Rd = s ⋅ F p ,C
γ M3
kde
Fp,C
Popis Díry se standardní vůlí
ká
µ
je součinitel zohledňující velikost a tvar díry (viz tabulka); je počet třecích ploch; je součinitel tření (viz tabulka); je předpínací síla určená vztahem F p ,C = 0,7 ⋅ f ub ⋅ AS . Hodnoty součinitele ks
ts
ks n
ks 1,0 0,85
Prodloužené díry větších rozměrů s osou kolmo na směr síly Krátké prodloužené díry s osou rovnoběžnou se směrem síly Prodloužené díry větších rozměrů s rovnoběžnou se směrem síly
0,7 0,76 0,63
de n
Nadměrné díry pro spoje odolné proti prokluzu nebo krátké prodloužené díry s osou kolmou na směr síly.
st u
Jmenovité vůle v nadměrných dírách pro spoje odolné proti prokluzu nesmějí být větší než: - 3 mm pro šrouby M12; - 4 mm pro šrouby M14 až M22; - 6 mm pro šrouby M24; - 8 mm pro šrouby M27 a větší. Jmenovité rozměry krátkých prodloužených děr pro spoje odolné proti prokluzu nesmí být větší než (dle ČSN 731401): - (d + 4) mm pro šrouby M12 a M14; - (d + 6) mm pro šrouby M16 a M22; - (d + 8) mm pro šrouby M24; - (d + 10) mm pro šrouby M37 a větší. Prodloužené díry větších rozměrů se považují za dlouhé prodloužené díry.
Hodnoty součinitele tření µ
ie
Třída povrchu Součinitel tření µ A – tryskaný povrch s dokonale odstraněnou rzí nebo tryskaný povrch 0,50 pokovený nástřikem hliníku nebo zinkovým povlakem. B- tryskaný povrch s alkalicko-zinkovým silikátovým nátěrem 0,40 s tloušťkou 50 – 80 µm. C – Povrch čištěný kartáčem nebo plamenem, bez jakékoliv rzi. 0,30 D – Bez úpravy ploch 0,20
Fs , Rd =
ko p
*ávrhová odolnost třecího spoje kategorie C namáhaného kombinací tahu a smyku: k s ⋅ n ⋅ µ ⋅ ( F p ,C − 0,8 ⋅ Ft , Ed )
γ M3
st u
de n
ts
ká
Třecí spoje mají dále být posouzeny na únosnost v otlačení Fb,Rd, v případě vzniku tahové síly na únosnost šroubu v tahu Ft,Rd a možné protlačení hlavy či matice šroubu Bp,Rd. Dále by se měla posoudit čelní deska v tahu.
