Optimisation of prestressed bolted joints on the example of the beam with multiple bolt rows

openaccess, Vol. 640 (12) 2025 / poniedziałek, 29 grudnia, 2025

Optymalne projektowanie doczołowych połączeń sprężanych na przykładzie styku dźwigara z wieloma szeregami śrub

(Open Access)

DOI: 10.15199/33.2025.12.29

citation/cytuj: Zwoliński T., Zwoliński J. Optimisation of prestressed bolted joints on the example of the beam with multiple bolt rows. Materiały Budowlane. 2025. Volume 640. Issue 12. Pages 265-272.DOI: 10.15199/33.2025.12.29 

DOI: 10.15199/33.2025.12.29

The paper presents a comparative load-bearing capacity analysis using the Finite Element Method (FEM) of a preloaded connection with perfectly contacting end plates and a variant, based on a patented solution involving the introduction of appropriate spacers between the end plates to eliminate premature increases in bolt forces. The analysis considered a plate girder 719 × 16.5, 265 × 30 with one row of bolts outside the top flange and eight rows between the flanges. The connection was assembled using M24 10.9 grade bolts with a base plate of 36 mm. Both the plate girder and base plate were made of S355 steel. The study showed that in the preloaded connection with perfectly contacting end plates, interface separation occurs at an early loading stage, accompanied by significant increases in bolt forces. The benefits of introducing initial gaps between the end plates were demonstrated, including higher stiffness and reduced final bolt stress.

W artykule przedstawiono analizę porównawczą nośności Metodą Elementów Skończonych, połączenia sprężanego z idealnie przylegającymi blachami czołowymi oraz w wersji zgodnej z rozwiązaniem patentowym, które zakłada wprowadzenie między blachy czołowe odpowiednich dystansów w celu eliminacji przedwczesnych przyrostów sił w śrubach. Analiza dotyczy blachownicy o wymiarach środnika 719 × 16,5 mm oraz pasa 265 × 30 mm, z jednym szeregiem śrub na zewnątrz pasa górnego i z ośmioma szeregami śrub między pasami. Zastosowano śruby M24 klasy 10.9, a blacha czołowa ma grubość odpowiednio 18 mm i 36 mm. Materiał dźwigara i blachy czołowej to stal gatunku S355. Wykazano, że w połączeniu sprężanym z idealnie przylegającymi blachami czołowymi rozwarcie styku następuje na wczesnym etapie obciążania, a przyrosty sił w śrubach są znaczne. Wykazano korzyści płynące z zastosowania wstępnych dystansów między płytami czołowymi, takich jak zwiększenie sztywności i zmniejszenie końcowego wytężenia śrub.
endplate bolted joint; prestress; FEM; optimisation.

doczołowe połączenia śrubowe; sprężenie; MES; optymalizacja.
  1. Ostrowski K, Łaguna J, Kozłowski A. Weryfikacja efektu dzwigni w rozciąganym połączeniu doczołowym sprężonym śrubami. Budownictwo i Architektura. 2013; Vol.12, nr.2 pp. 251-258.
  2. PN-EN-1993-1-8:2006 Eurokod 3, Projektowanie konstrukcji stalowych, Część 1-8: Projektowanie węzłów.
  3. Kawecki P, Łaguna J, Kozłowski A. Analiza nośności doczołowego styku belki dwuteowej z wieloma szeregami śrub. Czasopismo Inżynierii Lądowej, Środowiska i Architektury. 2013; t. XXX, z. 60 (2/13); kwiecień-czerwiec pp.117-136.
  4. Kawecki P, Kozłowski A. Badanie rozkładu sił wewnętrznych w zginanych wielośrubowych stykach doczołowych blachownic. Inżynieria i Budownictwo. 2017; nr 6.
  5. PN-90/B-03200 Konstrukcje stalowe. Obliczenia statyczne i projektowanie.
  6. Bródka J, Kozłowski A, Ligocki I, Łaguna J, Ślęczka L. Projektowanie i obliczanie połączeń i węzłów konstrukcji stalowych. Polskie Wydawnictwo Techniczne 2013.
  7.  Biegus A. Projektowanie konstrukcji stalowych według Eurokodu 3 Część 4 – połączenia śrubowe. Materiały dydaktyczne, Wrocław 2010.
  8.  Kawecki W, Kawecki P, Klimek A, Łaguna J. Uproszczona procedura projektowania sztywnych doczołowych połączeń sprężanych na podstawie PN-EN 1993-1-8. Inżynieria i Budownictwo. 2009; R.65, nr 7, pp. 393-398.
  9. Śliwka W. Badania doczołowych styków sprężanych śrubami o wysokiej wytrzymałości poddanych obciążeniu rozciągającemu wzdłuż osi śrub. Praca badawcza 07.1/13.3.5N COBPKM „Mostostal” Warszawa 1979.
  10. Litewka P, Bąk M. Stateczność ram stalowych z węzłami podatnymi, Przegląd Budowlany 2015; R.86, nr.10 pp. 42-47.
  11. Studziński R, Ordziniak P. Wpływ podatności węzła na analizę globalną stalowych ram portalowych. Materiały Budowlane. 2019;2:16-19.
  12. Zwoliński J., Zwoliński T. Układ sprężonego połączenia doczołowego i płyta czołowa do zastosowania w układzie sprężonego połączenia doczołowego zgłoszenie patentowe nr P433211, 2020.
  13.  Yun X, Gardner L. Stress-strain curves for hot-rolled steel. Journal of Constructional Steel Research. 2017. 133:36-46.
mgr inż. Tadeusz Zwoliński, Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Lądowej
ORCID: 0000-0002-9973-0147
dr inż. Janisław Zwoliński

mgr inż. Tadeusz Zwoliński, Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Lądowej
ORCID: 0000-0002-9973-0147

Correspondence address: tadeusz.zwolinski@pw.edu.pl

Full paper:

DOI: 10.15199/33.2025.12.29

Article in PDF file

Received: 26.04.2025 / Artykuł wpłynął do redakcji: 26.04.2025 r.
Revised: 06.10.2025 / Otrzymano poprawiony po recenzjach: 06.10.2025 r.
Published: 23.12.2025 / Opublikowano: 23.12.2025 r.