U različitim strukturalnim situacijama, inženjeri će možda morati procijeniti čvrstoću spojeva napravljenih zavarenim spojevima i mehaničkim pričvršćivačima.Danas su mehanički pričvršćivači obično vijci, ali stariji dizajni mogu imati zakovice.
To se može dogoditi tokom nadogradnje, renoviranja ili poboljšanja projekta.Novi dizajn može zahtijevati spajanje vijaka i zavarivanje kako bi zajedno radili u spoju gdje se materijal koji se spaja prvo spaja vijcima, a zatim zavaruje kako bi se spoju osigurala puna čvrstoća.
Međutim, određivanje ukupne nosivosti spoja nije tako jednostavno kao zbrajanje zbira pojedinačnih komponenti (zavare, vijci i zakovice).Takva pretpostavka može dovesti do katastrofalnih posljedica.
Vijčani spojevi su opisani u specifikaciji strukturnih spojeva Američkog instituta za čelične konstrukcije (AISC), koja koristi ASTM A325 ili A490 vijke kao čvrstu montažu, prednaprezanje ili klizni ključ.
Zategnite čvrsto zategnute spojeve udarnim ključem ili bravarom pomoću konvencionalnog dvostranog ključa kako biste osigurali da su slojevi u čvrstom kontaktu.U prednapregnutom spoju vijci se postavljaju tako da su izloženi značajnim vlačnim opterećenjima, a ploče tlačnim opterećenjima.
1. Okrenite maticu.Metoda okretanja matice uključuje zatezanje vijka, a zatim dodatno okretanje matice, što ovisi o promjeru i dužini vijka.
2. Kalibrirajte ključ.Metoda kalibriranog ključa mjeri obrtni moment koji je povezan sa zatezanjem vijaka.
3. Torzioni vijak za podešavanje zatezanja.Twist-off zatezni vijci imaju male klinove na kraju vijka nasuprot glavi.Kada se postigne potreban obrtni moment, klin se odvrne.
4. Indeks ravnog povlačenja.Direktni indikatori napetosti su specijalne podloške sa jezičcima.Količina kompresije na ušici pokazuje nivo napetosti primijenjen na vijak.
Laički rečeno, vijci se ponašaju kao igle u čvrstim i prethodno zategnutim spojevima, slično kao mjedena igla koja drži hrpu perforiranog papira zajedno.Kritični klizni zglobovi rade putem trenja: predopterećenje stvara potisnu silu, a trenje između kontaktnih površina djeluje zajedno kako bi se oduprlo klizanju zgloba.To je poput registratora koji drži hrpu papira zajedno, ne zato što su na papiru probušene rupe, već zato što registrator pritiska papire zajedno i trenje drži hrpu zajedno.
ASTM A325 vijci imaju minimalnu vlačnu čvrstoću od 150 do 120 kg po kvadratnom inču (KSI), u zavisnosti od prečnika vijka, dok vijci A490 moraju imati vlačnu čvrstoću od 150 do 170 KSI.Spojevi zakovice se ponašaju više kao čvrsti spojevi, ali u ovom slučaju, igle su zakovice koje su obično otprilike upola jače od A325 vijka.
Jedna od dvije stvari može se dogoditi kada je mehanički pričvršćeni spoj podvrgnut posmičnim silama (kada jedan element teži da klizi preko drugog zbog primijenjene sile).Vijci ili zakovice mogu biti na stranama rupa, uzrokujući da se vijci ili zakovice odvoje u isto vrijeme.Druga mogućnost je da trenje uzrokovano silom stezanja prethodno zategnutih zatvarača može izdržati posmična opterećenja.Za ovu vezu se ne očekuje proklizavanje, ali je moguće.
Čvrsta veza je prihvatljiva za mnoge primjene, jer blago klizanje ne može negativno utjecati na karakteristike veze.Na primjer, uzmite u obzir silos dizajniran za skladištenje zrnastog materijala.Može doći do blagog klizanja pri prvom utovaru.Jednom kada dođe do klizanja, to se više neće ponoviti, jer su sva naredna opterećenja iste prirode.
Preokret opterećenja se koristi u nekim aplikacijama, kao što je kada su rotirajući elementi izloženi naizmjeničnim vlačnim i tlačnim opterećenjima.Drugi primjer je element za savijanje koji je podvrgnut potpuno obrnutom opterećenju.Kada dođe do značajne promjene smjera opterećenja, može biti potrebna prednapregnuta veza kako bi se eliminiralo ciklično klizanje.Ovo proklizavanje na kraju dovodi do većeg klizanja u izduženim rupama.
Neki zglobovi doživljavaju mnogo ciklusa opterećenja što može dovesti do umora.To uključuje prese, nosače za dizalice i veze u mostovima.Klizne kritične veze su potrebne kada je veza podvrgnuta opterećenjima od zamora u obrnutom smjeru.Za ove vrste stanja veoma je važno da spoj ne klizi, pa su potrebni spojevi koji su kritični za klizanje.
Postojeći vijčani spojevi mogu biti dizajnirani i proizvedeni prema bilo kojem od ovih standarda.Spojevi zakovice smatraju se čvrstim.
Zavareni spojevi su kruti.Spojevi za lemljenje su nezgodni.Za razliku od čvrstih vijčanih spojeva, koji mogu kliziti pod opterećenjem, zavari se ne moraju rastezati i raspodijeliti primijenjeno opterećenje u velikoj mjeri.U većini slučajeva, zavareni i nosivi mehanički pričvršćivači ne deformiraju se na isti način.
Kada se zavareni spojevi koriste sa mehaničkim zatvaračima, opterećenje se prenosi kroz tvrđi dio, tako da zavar može podnijeti gotovo cjelokupno opterećenje, s vrlo malom dijeljenjem sa vijkom.Zbog toga treba biti oprezan pri zavarivanju, pričvršćivanju i zakivanju.Specifikacije.AWS D1 rješava problem miješanja mehaničkih spojeva i zavarenih spojeva.Specifikacija 1:2000 za zavarivanje konstrukcija – čelik.Paragraf 2.6.3 navodi da za zakovice ili vijke koji se koriste u ležajnim spojevima (tj. gdje vijak ili zakovica djeluju kao igla), ne treba smatrati da mehanička pričvršćivača dijele opterećenje sa zavarom.Ako se koristi zavarivanje, moraju biti predviđeni da nose puno opterećenje u spoju.Međutim, dozvoljeni su spojevi zavareni na jedan element i zakovirani ili pričvršćeni vijcima na drugi element.
Prilikom upotrebe mehaničkih spojeva nosivog tipa i dodavanja zavarenih spojeva, nosivost vijka se u velikoj mjeri zanemaruje.Prema ovoj odredbi, zavar mora biti projektovan tako da prenese sva opterećenja.
Ovo je u suštini isto kao AISC LRFD-1999, klauzula J1.9.Međutim, kanadski standard CAN/CSA-S16.1-M94 također dozvoljava samostalnu upotrebu kada je snaga mehaničkog zatvarača ili vijka veća od snage zavarivanja.
Pri tome su konzistentna tri kriterija: mogućnosti mehaničkih pričvršćivanja nosivog tipa i mogućnosti zavarenih spojeva se ne zbrajaju.
Odjeljak 2.6.3 AWS D1.1 također razmatra situacije u kojima se vijci i zavari mogu kombinirati u dvodijelnom spoju, kao što je prikazano na slici 1. Zavari sa lijeve strane, zavareni na desnoj strani.Ovdje se može uzeti u obzir ukupna snaga zavarenih spojeva i vijaka.Svaki dio cjelokupne veze radi nezavisno.Dakle, ovaj kod je izuzetak od principa sadržanog u prvom dijelu 2.6.3.
Pravila o kojima smo upravo govorili odnose se na nove zgrade.Za postojeće konstrukcije, klauzula 8.3.7 D1.1 navodi da kada proračuni konstrukcije pokažu da će zakovica ili vijak biti preopterećen novim ukupnim opterećenjem, treba im dodijeliti samo postojeće statičko opterećenje.
Ista pravila zahtijevaju da ako su zakovica ili vijak samo preopterećeni statičkim opterećenjima ili podvrgnuti cikličkom (zamornom) opterećenju, potrebno je dodati dovoljno osnovnog metala i zavarenih spojeva da izdrže ukupno opterećenje.
Raspodjela opterećenja između mehaničkih spojnih elemenata i zavarenih spojeva prihvatljiva je ako je konstrukcija prednapregnuta, drugim riječima, ako je došlo do klizanja između spojenih elemenata.Ali samo statička opterećenja mogu se postaviti na mehaničke pričvršćivače.Živa opterećenja koja mogu dovesti do većeg klizanja moraju se zaštititi upotrebom zavarenih spojeva koji mogu izdržati cijelo opterećenje.
Zavari se moraju koristiti da izdrže sva primijenjena ili dinamička opterećenja.Kada su mehanički zatvarači već preopterećeni, podjela opterećenja nije dozvoljena.Pri cikličkom opterećenju podjela opterećenja nije dozvoljena, jer opterećenje može dovesti do trajnog klizanja i preopterećenja šava.
ilustracija.Razmislite o preklopnom spoju koji je prvobitno bio čvrsto pričvršćen (vidi sliku 2).Struktura dodaje dodatnu snagu, a veze i konektori moraju biti dodati kako bi se osigurala dvostruka snaga.Na sl.3 prikazan je osnovni plan ojačanja elemenata.Kako bi trebalo uspostaviti vezu?
Budući da je novi čelik morao biti spojen sa starim čelikom ugaonim zavarom, inženjer je odlučio dodati neke kutne zavare na spoju.Budući da su vijci još uvijek bili na mjestu, prvobitna ideja je bila dodati samo zavare potrebne za prijenos dodatne snage na novi čelik, očekujući da će 50% opterećenja proći kroz vijke, a 50% opterećenja kroz nove zavare.Da li je prihvatljivo?
Pretpostavimo prvo da se na vezu trenutno ne primjenjuje nikakva statička opterećenja.U ovom slučaju se primjenjuje paragraf 2.6.3 AWS D1.1.
U ovom ležajnom spoju, ne može se smatrati da zavar i vijak dijele opterećenje, tako da specificirana veličina zavara mora biti dovoljno velika da izdrži svo statičko i dinamičko opterećenje.Nosivost vijaka u ovom primjeru ne može se uzeti u obzir, jer će bez statičkog opterećenja veza biti u labavom stanju.Zavar (dizajniran da nosi polovinu opterećenja) u početku puca kada se primijeni puno opterećenje.Tada vijak, također dizajniran za prijenos pola opterećenja, pokušava prenijeti opterećenje i lomi se.
Nadalje pretpostavimo da je primijenjeno statičko opterećenje.Osim toga, pretpostavlja se da je postojeći priključak dovoljan za nošenje postojećeg trajnog opterećenja.U ovom slučaju se primjenjuje paragraf 8.3.7 D1.1.Novi zavari moraju samo da izdrže povećana statička i opća živa opterećenja.Postojeća mrtva opterećenja mogu se dodijeliti postojećim mehaničkim zatvaračima.
Pod stalnim opterećenjem, veza se ne propada.Umjesto toga, vijci već snose svoje opterećenje.Došlo je do nekog klizanja u vezi.Stoga se zavareni spojevi mogu koristiti i mogu prenositi dinamička opterećenja.
Odgovor na pitanje "Da li je ovo prihvatljivo?"zavisi od uslova opterećenja.U prvom slučaju, u nedostatku statičkog opterećenja, odgovor će biti negativan.Pod specifičnim uslovima drugog scenarija, odgovor je da.
Samo zato što je primijenjeno statičko opterećenje, nije uvijek moguće izvući zaključak.Nivo statičkih opterećenja, adekvatnost postojećih mehaničkih veza i priroda krajnjih opterećenja - bilo statičkih ili cikličnih - mogu promijeniti odgovor.
Duane K. Miller, MD, PE, 22801 Saint Clair Ave., Cleveland, OH 44117-1199, menadžer centra za tehnologiju zavarivanja, Lincoln Electric Company, www.lincolnelectric.com.Lincoln Electric proizvodi opremu za zavarivanje i potrošni materijal za zavarivanje širom svijeta.Inženjeri i tehničari Centra za zavarivanje pomažu kupcima u rješavanju problema sa zavarivanjem.
American Welding Society, 550 NW LeJeune Road, Miami, FL 33126-5671, telefon 305-443-9353, faks 305-443-7559, web stranica www.aws.org.
ASTM Intl., 100 Barr Harbor Drive, West Conshohocken, PA 19428-2959, telefon 610-832-9585, faks 610-832-9555, web stranica www.astm.org.
American Steel Structures Association, One E. Wacker Drive, Suite 3100, Chicago, IL 60601-2001, telefon 312-670-2400, faks 312-670-5403, web stranica www.aisc.org.
FABRICATOR je vodeći časopis za proizvodnju i oblikovanje čelika u Sjevernoj Americi.Časopis objavljuje vijesti, tehničke članke i priče o uspjehu koji omogućavaju proizvođačima da efikasnije rade svoj posao.FABRICATOR je u industriji od 1970. godine.
Sada s punim pristupom digitalnom izdanju FABRICATOR, lak pristup vrijednim industrijskim resursima.
Digitalno izdanje The Tube & Pipe Journal je sada potpuno dostupno, pružajući lak pristup vrijednim industrijskim resursima.
Dobijte potpuni digitalni pristup časopisu STAMPING Journal, koji sadrži najnoviju tehnologiju, najbolje prakse i vijesti iz industrije za tržište štancanja metala.
Sada sa potpunim digitalnim pristupom The Fabricator en Español, imate lak pristup vrijednim industrijskim resursima.