В различни структурни ситуации може да се наложи инженерите да оценят здравината на съединенията, направени чрез заварки и механични крепежни елементи.Днес механичните крепежни елементи обикновено са болтове, но по-старите дизайни може да имат нитове.
Това може да се случи по време на надстройки, ремонти или подобрения на проект.Нов дизайн може да изисква болтове и заваряване, за да работят заедно в съединение, където материалът, който трябва да се съедини, първо се закрепва заедно и след това се заварява, за да се осигури пълна здравина на съединението.
Въпреки това, определянето на общата товароносимост на съединението не е толкова просто, колкото събирането на сумата от отделните компоненти (заварки, болтове и нитове).Подобно предположение може да доведе до катастрофални последици.
Болтовите връзки са описани в спецификацията на структурните съединения на Американския институт по стоманени конструкции (AISC), която използва болтове ASTM A325 или A490 като стегнат монтаж, предварително натоварване или плъзгащ ключ.
Затегнете плътно затегнатите връзки с ударен ключ или ключар, като използвате конвенционален двустранен гаечен ключ, за да сте сигурни, че слоевете са в плътен контакт.При предварително напрегната връзка болтовете са монтирани така, че да са подложени на значителни натоварвания на опън, а плочите са подложени на натиск.
1. Завъртете гайката.Методът за завъртане на гайката включва затягане на болта и след това завъртане на гайката на допълнително количество, което зависи от диаметъра и дължината на болта.
2. Калибрирайте ключа.Методът с калибриран гаечен ключ измерва въртящия момент, който е свързан с напрежението на болта.
3. Торсионен болт за регулиране на напрежението.Завъртащите се опънати болтове имат малки шпилки в края на болта срещу главата.Когато се достигне необходимия въртящ момент, шпилката се развива.
4. Прав индекс на изтегляне.Индикаторите за директно напрежение са специални шайби с уши.Степента на компресия върху ухото показва нивото на напрежение, приложено към болта.
Казано на лаик, болтовете действат като щифтове в стегнати и предварително напрегнати съединения, много като месингов щифт, който държи купчина перфорирана хартия заедно.Критичните плъзгащи се съединения работят чрез триене: предварителното натоварване създава притискаща сила, а триенето между контактните повърхности работи заедно, за да устои на приплъзването на съединението.Това е като класьор, който държи купчина хартия заедно, не защото в хартията са пробити дупки, а защото класьорът притиска хартиите една към друга и триенето държи купчината заедно.
Болтовете ASTM A325 имат минимална якост на опън от 150 до 120 kg на квадратен инч (KSI), в зависимост от диаметъра на болта, докато болтовете A490 трябва да имат якост на опън от 150 до 170-KSI.Нитовите съединения се държат по-скоро като стегнати съединения, но в този случай щифтовете са нитове, които обикновено са около половината по-здрави от болт A325.
Едно от двете неща може да се случи, когато механично закрепена връзка е подложена на срязващи сили (когато един елемент се стреми да се плъзне върху друг поради приложена сила).Болтовете или нитове могат да бъдат отстрани на дупките, което води до отрязване на болтовете или нитове едновременно.Втората възможност е, че триенето, причинено от силата на затягане на предварително натегнатите крепежни елементи, може да издържи на срязващи натоварвания.Не се очаква приплъзване за тази връзка, но е възможно.
Стегнатата връзка е приемлива за много приложения, тъй като лекото приплъзване не може да повлияе неблагоприятно на характеристиките на връзката.Например, помислете за силоз, предназначен за съхранение на гранулиран материал.Може да има леко приплъзване при зареждане за първи път.Веднъж възникнало приплъзване, то няма да се повтори, защото всички следващи натоварвания са от същото естество.
Обръщането на натоварването се използва в някои приложения, като например когато въртящите се елементи са подложени на редуващи се натоварвания на опън и натиск.Друг пример е огъващ елемент, подложен на напълно обратни натоварвания.Когато има значителна промяна в посоката на натоварване, може да се наложи предварително заредена връзка, за да се елиминира цикличното приплъзване.Това приплъзване в крайна сметка води до повече приплъзване в удължените отвори.
Някои стави изпитват много цикли на натоварване, което може да доведе до умора.Те включват преси, опори за кранове и връзки в мостове.Плъзгащите се критични връзки са необходими, когато връзката е подложена на натоварвания от умора в обратна посока.За тези типове условия е много важно фугата да не се хлъзга, така че са необходими фуги, критични към плъзгане.
Съществуващите болтови връзки могат да бъдат проектирани и произведени по всеки от тези стандарти.Връзките с нитове се считат за стегнати.
Заварените съединения са твърди.Спойките са трудни.За разлика от стегнатите болтови съединения, които могат да се плъзгат под натоварване, заваръчните шевове не трябва да се разтягат и да разпределят приложеното натоварване до голяма степен.В повечето случаи заварените и лагерните механични крепежни елементи не се деформират по същия начин.
Когато заваръчните шевове се използват с механични крепежни елементи, натоварването се прехвърля през по-твърдата част, така че заваръчният шев може да понесе почти цялото натоварване, като много малко се споделя с болта.Ето защо трябва да се внимава при заваряване, завинтване и занитване.Спецификации.AWS D1 решава проблема със смесването на механични крепежни елементи и заварки.Спецификация 1:2000 за заваряване на конструкции – стомана.Параграф 2.6.3 гласи, че за нитове или болтове, използвани в лагерни съединения (т.е. когато болтът или нитът действат като щифт), не трябва да се счита, че механичните крепежни елементи споделят натоварването със заваръчния шев.Ако се използва заваряване, те трябва да бъдат осигурени да поемат пълното натоварване във връзката.Допускат се обаче връзки, заварени към един елемент и занитени или болтови към друг елемент.
При използване на механични крепежни елементи от тип лагер и добавяне на заварки, носещата способност на болта е до голяма степен пренебрегната.Съгласно тази разпоредба заваръчният шев трябва да бъде проектиран да пренася всички товари.
По същество това е същото като AISC LRFD-1999, клауза J1.9.Въпреки това, канадският стандарт CAN/CSA-S16.1-M94 също позволява самостоятелно използване, когато мощността на механичната закопчалка или болт е по-висока от тази на заваряване.
В този случай три критерия са последователни: възможностите за механични закрепвания от типа на лагера и възможностите за заварки не се добавят.
Раздел 2.6.3 от AWS D1.1 също обсъжда ситуации, при които болтове и заварки могат да бъдат комбинирани в съединение от две части, както е показано на Фигура 1. Заварки отляво, болтове отдясно.Тук може да се вземе предвид общата мощност на заварките и болтовете.Всяка част от цялата връзка работи независимо.По този начин този код е изключение от принципа, съдържащ се в първата част на 2.6.3.
Току-що обсъдените правила се отнасят за нови сгради.За съществуващи конструкции, клауза 8.3.7 D1.1 гласи, че когато структурните изчисления показват, че нит или болт ще бъдат претоварени от ново общо натоварване, трябва да му се присвои само съществуващото статично натоварване.
Същите правила изискват, че ако нит или болт е претоварен само със статични натоварвания или е подложен на циклични (уморни) натоварвания, трябва да се добави достатъчно основен метал и заварки, за да се поддържа общото натоварване.
Разпределението на натоварването между механични крепежни елементи и заварки е приемливо, ако конструкцията е предварително натоварена, с други думи, ако е настъпило приплъзване между свързаните елементи.Но върху механични крепежни елементи могат да се поставят само статични натоварвания.Постоянните натоварвания, които могат да доведат до по-голямо приплъзване, трябва да бъдат защитени чрез използването на заварки, способни да издържат на цялото натоварване.
Заваръчните шевове трябва да се използват, за да издържат на всички приложени или динамични натоварвания.Когато механичните крепежни елементи вече са претоварени, споделянето на товара не е разрешено.При циклично натоварване разпределянето на натоварването не е разрешено, тъй като натоварването може да доведе до трайно приплъзване и претоварване на заваръчния шев.
илюстрация.Помислете за припокриваща се връзка, която първоначално е била здраво завинтена (вижте Фигура 2).Структурата добавя допълнителна мощност и трябва да се добавят връзки и конектори, за да се осигури двойна здравина.На фиг.3 показва основния план за укрепване на елементите.Как трябва да се направи връзката?
Тъй като новата стомана трябваше да бъде съединена със старата стомана чрез ъглови заварки, инженерът реши да добави някои ъглови заварки на съединението.Тъй като болтовете все още бяха на мястото си, първоначалната идея беше да се добавят само заварките, необходими за прехвърляне на допълнителната мощност към новата стомана, като се очаква 50% от товара да премине през болтовете и 50% от товара да премине през новите заварки.Приемливо ли е?
Нека първо приемем, че в момента към връзката не се прилагат статични натоварвания.В този случай се прилага параграф 2.6.3 от AWS D1.1.
В тази лагерна връзка не може да се счита, че заваръчният шев и болтът споделят натоварването, така че посоченият размер на заваръчния шев трябва да бъде достатъчно голям, за да издържи цялото статично и динамично натоварване.Носещата способност на болтовете в този пример не може да се вземе предвид, тъй като без статично натоварване връзката ще бъде в хлабаво състояние.Заваръчният шев (проектиран да носи половината товар) първоначално се разкъсва, когато се приложи пълно натоварване.Тогава болтът, също предназначен да прехвърли половината товар, се опитва да прехвърли товара и се счупва.
Освен това приемете, че е приложено статично натоварване.Освен това се приема, че съществуващата връзка е достатъчна, за да понесе съществуващия постоянен товар.В този случай се прилага параграф 8.3.7 D1.1.Новите заварки трябва да издържат само на повишени статични и общи натоварвания.Съществуващите мъртви натоварвания могат да бъдат приписани на съществуващи механични крепежни елементи.
При постоянно натоварване връзката не провисва.Вместо това болтовете вече поемат своето натоварване.Имаше известно приплъзване във връзката.Следователно могат да се използват заварки и те могат да предават динамични натоварвания.
Отговорът на въпроса „Това приемливо ли е?“зависи от условията на натоварване.В първия случай, при липса на статично натоварване, отговорът ще бъде отрицателен.При специфичните условия на втория сценарий отговорът е да.
Само защото се прилага статично натоварване, не винаги е възможно да се направи заключение.Нивото на статичните натоварвания, адекватността на съществуващите механични връзки и естеството на крайните натоварвания - независимо дали са статични или циклични - могат да променят отговора.
Дуейн К. Милър, MD, PE, 22801 Saint Clair Ave., Cleveland, OH 44117-1199, мениджър на център за заваръчни технологии, Lincoln Electric Company, www.lincolnelectric.com.Lincoln Electric произвежда заваръчно оборудване и заваръчни консумативи по целия свят.Инженерите и техниците на Welding Technology Center помагат на клиентите да решат проблемите със заваряването.
American Welding Society, 550 NW LeJeune Road, Маями, Флорида 33126-5671, телефон 305-443-9353, факс 305-443-7559, уебсайт www.aws.org.
ASTM Intl., 100 Barr Harbor Drive, West Conshohocken, PA 19428-2959, телефон 610-832-9585, факс 610-832-9555, уебсайт www.astm.org.
Американска асоциация на стоманените конструкции, One E. Wacker Drive, Suite 3100, Chicago, IL 60601-2001, телефон 312-670-2400, факс 312-670-5403, уебсайт www.aisc.org.
FABRICATOR е водещото списание за производство и формоване на стомана в Северна Америка.Списанието публикува новини, технически статии и истории за успех, които позволяват на производителите да вършат работата си по-ефективно.FABRICATOR е в индустрията от 1970 г.
Сега с пълен достъп до дигиталното издание на FABRICATOR, лесен достъп до ценни индустриални ресурси.
Дигиталното издание на The Tube & Pipe Journal вече е напълно достъпно, осигурявайки лесен достъп до ценни индустриални ресурси.
Получете пълен цифров достъп до STAMPING Journal, включващ най-новите технологии, най-добри практики и новини в индустрията за пазара на метално щамповане.
Сега с пълен цифров достъп до The Fabricator en Español имате лесен достъп до ценни индустриални ресурси.