У розных канструкцыйных сітуацыях інжынерам можа спатрэбіцца ацаніць трываласць злучэнняў, выкананых з дапамогай зварных швоў і механічных мацаванняў.Сёння механічныя крапежныя элементы звычайна ўяўляюць сабой балты, але старыя канструкцыі могуць мець заклёпкі.
Гэта можа адбыцца падчас мадэрнізацыі, рэканструкцыі або паляпшэння праекта.Новая канструкцыя можа запатрабаваць балтоў і зваркі для сумеснай працы ў злучэнні, дзе матэрыял, які злучаецца, спачатку змацоўваецца балтамі, а затым зварваецца для забеспячэння поўнай трываласці злучэння.
Аднак вызначыць агульную грузападымальнасць злучэння не так проста, як скласці суму асобных кампанентаў (зварных швоў, нітаў і заклёпак).Такая здагадка можа прывесці да катастрафічных наступстваў.
Балтавыя злучэнні апісаны ў Спецыфікацыі канструкцыйных злучэнняў Амерыканскага інстытута сталёвых канструкцый (AISC), дзе выкарыстоўваюцца балты ASTM A325 або A490 у якасці шчыльнага мацавання, папярэдняй нагрузкі або слізгальнай шпонкі.
Зацягніце моцна зацягнутыя злучэнні ўдарным або слясарным ключом з дапамогай звычайнага двухбаковага ключа, каб забяспечыць шчыльны кантакт слаёў.У папярэдне напружаным злучэнні балты ўсталёўваюць так, каб на іх дзейнічалі значныя нагрузкі на расцяжэнне, а на пласціны - на сціск.
1. Пакруціць гайку.Спосаб закручвання гайкі прадугледжвае зацягванне ніта, а затым паварот гайкі на дадатковую велічыню, якая залежыць ад дыяметра і даўжыні ніта.
2. Адкалібраваць ключ.Метад калібраванага гаечнага ключа вымярае крутоўны момант, звязаны з нацяжэннем балта.
3. Ніт рэгулявання нацяжэння тарсіённага тыпу.Нацяжныя балты твіст-оф маюць невялікія шпількі на канцы ніта, процілеглага галоўцы.Пры дасягненні патрабаванага крутоўнага моманту шпілька адкручваецца.
4. Індэкс прамога выцягвання.Прамыя індыкатары нацяжэння ўяўляюць сабой спецыяльныя шайбы з выступамі.Велічыня сціску на выступе паказвае ўзровень нацяжэння засаўкі.
Кажучы непрафесіяналам, балты дзейнічаюць як шпількі ў шчыльных і папярэдне нацягнутых злучэннях, вельмі падобна на латуневы штыфт, які ўтрымлівае разам стос перфараванай паперы.Важныя слізгальныя суставы працуюць за кошт трэння: папярэдняя нагрузка стварае прыціскную сілу, а трэнне паміж кантактнымі паверхнямі працуе разам, каб супрацьстаяць слізгаценню сустава.Гэта падобна на падшыўку, якая ўтрымлівае стос папер разам не таму, што ў паперы прабітыя дзіркі, а таму, што пераплёт прыціскае паперы разам, а трэнне ўтрымлівае стос разам.
Балты ASTM A325 маюць мінімальную трываласць на разрыў ад 150 да 120 кг на квадратны цаля (KSI) у залежнасці ад дыяметра ніта, у той час як балты A490 павінны мець трываласць на расцяжэнне ад 150 да 170 KSI.Заклёпкавыя злучэнні паводзяць сябе больш як шчыльныя злучэнні, але ў дадзеным выпадку штыфты ўяўляюць сабой заклёпкі, якія звычайна прыкладна ўдвая менш трывалыя, чым болт A325.
Адно з двух можа адбыцца, калі механічна замацаванае злучэнне падвяргаецца сіле зруху (калі адзін элемент імкнецца слізгаць па іншым з-за прыкладзенай сілы).Балты або заклёпкі могуць знаходзіцца па баках адтулін, у выніку чаго балты або заклёпкі адначасова зрываюцца.Другая магчымасць заключаецца ў тым, што трэнне, выкліканае сілай заціску нацягнутых крапежных элементаў, можа вытрымліваць нагрузкі на зрух.Праслізгвання для гэтага злучэння не чакаецца, але гэта магчыма.
Шчыльнае злучэнне прымальна для многіх прыкладанняў, так як нязначнае слізгаценне не можа негатыўна паўплываць на характарыстыкі злучэння.Да прыкладу, разгледзім бункер, прызначаны для захоўвання грануляванага матэрыялу.Пры першай загрузцы можа быць невялікае саслізгванне.Калі слізгаценне адбылося, яно не паўторыцца, таму што ўсе наступныя нагрузкі аднолькавыя.
Змена нагрузкі выкарыстоўваецца ў некаторых выпадках, напрыклад, калі элементы, якія верцяцца, падвяргаюцца пераменным нагрузкам на расцяжэнне і сціск.Іншы прыклад - выгінаецца элемент, які падвяргаецца цалкам зваротным нагрузкам.Пры значнай змене кірунку нагрузкі можа спатрэбіцца папярэдне загружанае злучэнне для ліквідацыі цыклічнага слізгацення.Гэта слізгаценне ў канчатковым выніку прыводзіць да большага слізгацення ў падоўжаных адтулінах.
Некаторыя суставы адчуваюць шмат цыклаў нагрузкі, што можа прывесці да стомленасці.Сюды ўваходзяць прэсы, апоры кранаў і злучэнні ў мастах.Слізгальныя крытычныя злучэнні патрабуюцца, калі злучэнне падвяргаецца усталостным нагрузкам у зваротным кірунку.Для такіх умоў вельмі важна, каб злучэнне не слізгала, таму патрэбныя злучэнні, крытычныя да слізгацення.
Існуючыя балтавыя злучэнні могуць быць распрацаваны і выраблены ў адпаведнасці з любым з гэтых стандартаў.Заклепочные злучэння лічацца герметычнымі.
Зварныя злучэнні адрозніваюцца жорсткасцю.Паяныя злучэнні складаныя.У адрозненне ад шчыльных балтавых злучэнняў, якія могуць саслізгваць пад нагрузкай, зварныя швы не павінны расцягвацца і размяркоўваць прыкладзеную нагрузку ў значнай ступені.У большасці выпадкаў зварныя і апорныя механічныя крапяжы не дэфармуюцца аднолькава.
Калі зварныя швы выкарыстоўваюцца з механічнымі крапежнымі дэталямі, нагрузка перадаецца праз больш цвёрдую частку, таму зварны шво можа несці амаль усю нагрузку, вельмі невялікая частка якой падзелена з нітам.Таму трэба выконваць асцярожнасць пры зварцы, мацаванні балтамі і клёпкі.Тэхнічныя характарыстыкі.AWS D1 вырашае праблему змешвання механічных крапежных і зварных швоў.Спецыфікацыя 1:2000 для зваркі канструкцый - сталь.Параграф 2.6.3 абвяшчае, што для заклёпак або нітаў, якія выкарыстоўваюцца ў злучэннях падшыпнікавага тыпу (г.зн. калі ніт або заклёпка дзейнічаюць як штыфт), механічныя крапежныя элементы не павінны раздзяляць нагрузку са зварным швом.Калі выкарыстоўваецца зварка, яны павінны быць прадугледжаны, каб несці поўную нагрузку на злучэнне.Аднак дапускаюцца злучэнні, прывараныя да аднаго элемента і прыклёпаныя або прыкручаныя да іншага элемента.
Пры выкарыстанні механічных крапежных элементаў падшыпнікавага тыпу і даданні зварных швоў грузападымальнасцю ніта ў значнай ступені грэбуюць.У адпаведнасці з гэтым палажэннем зварачны шво павінен быць разлічаны на перадачу ўсіх нагрузак.
Па сутнасці, гэта тое ж самае, што і AISC LRFD-1999, пункт J1.9.Тым не менш, канадскі стандарт CAN/CSA-S16.1-M94 таксама дазваляе аўтаномнае выкарыстанне, калі магутнасць механічнай зашпількі або засаўкі вышэй, чым магутнасць зваркі.
У гэтым пытанні супадаюць тры крытэрыі: магчымасці механічных мацаванняў апорнага тыпу і магчымасці зварных швоў не складаюцца.
У раздзеле 2.6.3 AWS D1.1 таксама абмяркоўваюцца сітуацыі, калі балты і зварныя швы могуць быць аб'яднаны ў злучэнне з дзвюх частак, як паказана на малюнку 1. Зварныя швы злева, балты справа.Тут можна ўлічваць агульную магутнасць зварных швоў і нітаў.Кожная частка ўсяго злучэння працуе незалежна.Такім чынам, гэты кодэкс з'яўляецца выключэннем з прынцыпу, які змяшчаецца ў першай частцы 2.6.3.
Толькі што разгледжаныя правілы прымяняюцца да новабудоўляў.Для існуючых канструкцый у пункце 8.3.7 D1.1 сцвярджаецца, што калі структурныя разлікі паказваюць, што заклёпка або ніт будуць перагружаны новай агульнай нагрузкай, на іх павінна быць прызначана толькі існуючая статычная нагрузка.
Тыя ж правілы патрабуюць, каб калі заклёпка або ніт перагружаны толькі статычнымі нагрузкамі або падвяргаліся цыклічным (стомленым) нагрузкам, неабходна дадаць дастатковую колькасць асноўнага металу і зварных швоў, каб вытрымаць агульную нагрузку.
Размеркаванне нагрузкі паміж механічнымі мацаваннямі і зварнымі швамі прымальна, калі канструкцыя мае папярэднюю нагрузку, іншымі словамі, калі паміж злучанымі элементамі адбылося слізгаценне.Але на механічны крапеж могуць аказвацца толькі статычныя нагрузкі.Жывыя нагрузкі, якія могуць прывесці да большага слізгацення, павінны быць абаронены выкарыстаннем зварных швоў, здольных вытрымаць усю нагрузку.
Зварныя швы павінны быць выкарыстаны, каб вытрымаць усе прыкладзеныя або дынамічныя нагрузкі.Калі механічныя крапежныя элементы ўжо перагружаныя, размеркаванне нагрузкі не дапускаецца.Пры цыклічнай нагрузцы размеркаванне нагрузкі недапушчальна, так як нагрузка можа прывесці да пастаяннага праслізгвання і перагрузцы зварнога шва.
ілюстрацыя.Разгледзім злучэнне ўнахлест, якое першапачаткова было закручана балтамі (гл. малюнак 2).Структура дадае дадатковую магутнасць, і злучэнні і раздымы павінны быць дададзены, каб забяспечыць падвоеную трываласць.На мал.3 паказаны прынцыповы план ўмацавання элементаў.Як павінна быць зроблена злучэнне?
Паколькі новая сталь павінна была злучацца са старой сталлю ўгловымі зварнымі швамі, інжынер вырашыў дадаць некалькі ўгловых зварных швоў у месцы злучэння.Паколькі балты ўсё яшчэ былі на месцы, першапачатковая ідэя заключалася ў тым, каб дадаць толькі зварныя швы, неабходныя для перадачы дадатковай магутнасці новай сталі, чакаючы, што 50% нагрузкі будзе праходзіць праз балты, а 50% нагрузкі - праз новыя зварныя швы.Гэта прымальна?
Давайце спачатку выкажам здагадку, што ў дадзены момант на злучэнне не прыкладаюцца статычныя нагрузкі.У гэтым выпадку прымяняецца пункт 2.6.3 AWS D1.1.
У гэтым апорным злучэнні зварачны шво і ніт не могуць размяркоўваць нагрузку, таму ўказаны памер зварнога шва павінен быць дастаткова вялікім, каб вытрымаць усе статычныя і дынамічныя нагрузкі.Апорную здольнасць нітаў у дадзеным прыкладзе нельга ўлічваць, таму што без статычнай нагрузкі злучэнне будзе знаходзіцца ў расхістаным стане.Зварны шво (распрацаваны, каб несці палову нагрузкі) першапачаткова разрываецца, калі прыкладаецца поўная нагрузка.Затым ніт, таксама прызначаны для перадачы паловы нагрузкі, спрабуе перанесці нагрузку і ламаецца.
Далей выкажам здагадку, што прыкладзена статычная нагрузка.Акрамя таго, мяркуецца, што існуючага злучэння дастаткова, каб несці існуючую пастаянную нагрузку.У гэтым выпадку прымяняецца пункт 8.3.7 D1.1.Новыя зварныя швы павінны вытрымліваць толькі павышаныя статычныя і агульныя жывыя нагрузкі.Існуючыя ўласныя нагрузкі могуць быць прысвоены існуючым механічным мацаванням.
Пры пастаяннай нагрузцы злучэнне не правісае.Замест гэтага балты ўжо нясуць сваю нагрузку.Адбылося некаторае праслізгванне ў сувязі.Такім чынам, можна выкарыстоўваць зварныя швы, і яны могуць перадаваць дынамічныя нагрузкі.
Адказ на пытанне «Ці прымальна гэта?»залежыць ад умоў нагрузкі.У першым выпадку пры адсутнасці статычнай нагрузкі адказ будзе адмоўным.У канкрэтных умовах другога сцэнару адказ станоўчы.
Толькі таму, што прымяняецца статычная нагрузка, не заўсёды можна зрабіць выснову.Узровень статычных нагрузак, адэкватнасць існуючых механічных злучэнняў і характар ​​канчатковых нагрузак — статычных або цыклічных — могуць змяніць адказ.
Дуэйн К. Мілер, доктар медыцынскіх навук, PE, 22801 Saint Clair Ave., Cleveland, OH 44117-1199, кіраўнік цэнтра зварачных тэхналогій кампаніі Lincoln Electric, www.lincolnelectric.com.Lincoln Electric вырабляе зварачнае абсталяванне і зварачныя матэрыялы па ўсім свеце.Інжынеры і тэхнікі Цэнтра зварачных тэхналогій дапамагаюць кліентам вырашаць праблемы са зваркай.
American Welding Society, 550 NW LeJeune Road, Miami, FL 33126-5671, тэлефон 305-443-9353, факс 305-443-7559, вэб-сайт www.aws.org.
ASTM Intl., 100 Barr Harbor Drive, West Conshohocken, PA 19428-2959, тэлефон 610-832-9585, факс 610-832-9555, вэб-сайт www.astm.org.
Амерыканская асацыяцыя сталёвых канструкцый, One E. Wacker Drive, Suite 3100, Chicago, IL 60601-2001, тэлефон 312-670-2400, факс 312-670-5403, вэб-сайт www.aisc.org.
FABRICATOR - вядучы ў Паўночнай Амерыцы часопіс па вытворчасці і фармоўцы сталі.Часопіс публікуе навіны, тэхнічныя артыкулы і гісторыі поспеху, якія дазваляюць вытворцам рабіць сваю працу больш эфектыўна.FABRICATOR працуе ў гэтай галіне з 1970 года.
Цяпер з поўным доступам да лічбавага выдання The FABRICATOR лёгкі доступ да каштоўных галіновых рэсурсаў.
Лічбавае выданне The Tube & Pipe Journal цяпер цалкам даступна, што забяспечвае лёгкі доступ да каштоўных галіновых рэсурсаў.
Атрымайце поўны лічбавы доступ да часопіса STAMPING, які змяшчае найноўшыя тэхналогіі, лепшыя практыкі і навіны галіны для рынку штампоўкі.
Цяпер з поўным лічбавым доступам да The Fabricator en Español у вас ёсць лёгкі доступ да каштоўных галіновых рэсурсаў.