Dimensionering av skruvförband i dragning

Publicerad 2017-07-05

1. Problembeskrivning

Ett skruvat förband utsatt för ren dragning ska dimensioneras. Förbandet kan vara underramen i ett fackverk eller en ås utsatt för dragning. Antalet skruvar är okänt i början av dimensioneringen.

Figur

Figur 1

dimensionerande dragkraft N_td = 250 kN
stålplåtens tjocklek t = 8 mm
lastvaraktighetsklass M, klimatklass 2
skruvdiameter d = 16 mm
draghållfasthet för skruv f_u = 360 MPa
limträ GL30c, ρ_k = 390 kg/m³.

2. Hållfasthetsparametrar

Flytmomentet för skruvarna bestäms enligt Dimensionering av träkonstruktioner Del 1: Ekvation 4.6:

${M_{\rm y,Rk}} = 0,3{f_\rm u}{d^{2,6}} = 0,3 \cdot 360 \cdot {16^{2,6}} = 146\;{\rm{Nm}}$

Hålkanthållfastheten för trä bestäms enligt Dimensionering av träkonstruktioner Del 1: Ekvation 4.2:

${f_{\rm h,0,k}} = 0,082\left( {1 - 0,01 \cdot 16} \right) \cdot 390 = 26,9\;{\rm{MPa}}$

3. Bärförmåga för en enskild skruv

Bärförmågan för en enskild skruv är summan av skjuv- och dragbärförmågan.

3.1 Tvärkraftskapacitet

Tvärkraftskapaciteten fastställs med hjälp av uttrycket i Dimensionering av träkonstruktioner Del 1: Tabell 4.7, dubbelskäriga förband stål mot trä med t = 0,5d, brottmod j och k, det vill säga ledad infästning för skruven i relation till stålplåten:

${F_{\rm v,Rk}} = \min \left\{ \begin{array}{l} 0,5{f_{\rm h,2,k}}{t_2}d = 0,5 \cdot 26,9 \cdot {10^6} \cdot 0,090 \cdot 0,016 = 19,3\;{\rm{kN}}\\ 1,15\,\sqrt {2{M_{{\mathop{\rm y}\nolimits} ,\rm Rk}}{f_{\rm h,2,k}}d} = 1,15\,\sqrt {2 \cdot 146 \cdot 26,9 \cdot {{10}^6} \cdot 0,016} = 12,9\;{\rm{kN}} \end{array} \right.$

Den karakteristiska tvärkraftskapaciteten är således 12,9 kN/skruv.

3.2 Utdragsbärförmågan

Utdragsbärförmågan för en skruv bestäms med hjälp av Dimensionering av träkonstruktioner Del 1: Ekvation 4.18. Då ingen bricka används utan en kontinuerlig stålplåt, anges den fiktiva brickdiametern till (minimum: 12 ∙ 8; 4 ∙ 16) = 64 mm:

$\begin{array}{l} {A_{\rm washer}} = \pi \left( {{{64}^2} - {{16}^2}} \right)/4 = 3016\;{\rm{m}}{{\rm{m}}^2}\\ {F_{\rm ax,washer,Rk}} = 3 \cdot 2,5 \cdot 3016 = 22,6\;{\rm{kN/sida}} \end{array}$

3.3 Bärförmåga för skruven

Bärförmågan för en skruv bestäms:

${F_{\rm Rk}} = {F_{\rm v,Rk}} + 2 \cdot {F_{\rm ax,washer,Rk}}/4 = 12,9 + 2 \cdot 22,6/4 = 24,2\;{\rm{kN/skruv}}$

Då en kontinuerlig stålplåt förekommer, tillgodoräknas hela utdragsbärförmågan (linverkan). Den dimensionerande bärförmågan bestäms med hjälp av k_mod = 0,8 och γ_M = 1,3:

${F_{\rm Rd}} = \frac{{0,8 \cdot 24,2}}{{1,3}} = 14,9\;{\rm{kN/skruv}}$

4. Utformning av förbandet

Antalet skruvar kommer att bero på gruppeffekten och antalet rader i förbandet. Gruppeffekten beror i sin tur av antalet n förbindare i en rad och därför är det av intresse att bestämma antalet rader som kan rymmas inom balkhöjden 270 mm. Minsta avståndet mellan förbindare i en rad är 4d enligt Dimensionering av träkonstruktioner Del 2: Tabell 10.4. Kantavståndet till en obelastad kant är 3d. Således är maximalt antalet rader som ryms tvärs fiberriktningen:

${n_{{\mathop{\rm rader}\nolimits} }} = \left( {\frac{{270 - 2 \cdot 3d}}{{4d}}} \right) + 1 = 3\;{\rm{rader}}$

5. Gruppeffekt

Enligt Dimensionering av träkonstruktioner Del 1: Ekvation 4.23, påverkas skruvade förband av gruppeffekt. Centrumavståndet för skruvar placerade parallellt med fibrerna sätts till 7d, som är mer än vad normen kräver. Med vetskap om att gränsen för n att resultera i n_ef är ett centrumavstånd av 13d, kan bestämningen av antalet förbindare i en rad ställas upp som:

$\begin{array}{l} 3{n_{\rm ef}} \cdot 14,9 = 250\\ {n^{0,9}}\sqrt[4]{{\frac{{7d}}{{13d}}}} = \frac{{250}}{{3 \cdot 14,9}}\\ n \ge 8,04 \approx 8\;{\rm{skruvar/rad}} \end{array}$

Utan gruppeffekten kunde förbandet ha klarats ut med hjälp av 250 / 14,9 = 17 skruvar, men nu blir istället resultatet 24 skruvar. Om fler rader fick plats inom balkhöjden skulle det möjliggöra ett lägre antal skruvar totalt. Ökad balkhöjd kan därför vara en bra lösning om inte andra parametrar påverkar valet av tvärsnittshöjd.

Ett förband av denna typ hade i praktiken även behövts kontrolleras för blockskjuvbrott, se Dimensionering av träkonstruktioner Del 1: Avsnitt 4.9.3.