In diverse situazioni strutturali, l'ingegneri ponu avè bisognu di valutà a resistenza di i giunti fatti da saldature è elementi di fissaggio meccanichi. Oghje, l'elementi di fissaggio meccanichi sò generalmente bulloni, ma i disinni più vechji ponu avè rivetti.
Questu pò accade durante l'aghjurnamenti, i rinnuvamenti o i miglioramenti di un prughjettu. Un novu cuncepimentu pò richiede bullonatura è saldatura per travaglià inseme in una giunzione induve u materiale da unisce hè prima bullonatu inseme è poi saldatu per furnisce a piena resistenza à a giunzione.
Tuttavia, determinà a capacità di carica tutale di una articulazione ùn hè micca cusì simplice cum'è aghjunghje a somma di i cumpunenti individuali (saldature, bulloni è rivetti). Una tale supposizione puderia purtà à cunsequenze disastrose.
I cunnessione bullonate sò descritte in a Specificazione di e Giunzioni Strutturali di l'Istitutu Americanu di Strutture in Acciaiu (AISC), chì usa i bulloni ASTM A325 o A490 cum'è chjave di montaggio strettu, precarica o scorrevole.
Stringhje bè e cunnessione cù una chiave à impattu o una serratura cù una chiave à doppia lama cunvinziunale per assicurà chì i strati sianu in cuntattu strettu. In una cunnessione precompressa, i bulloni sò stallati in modu chì sianu sottumessi à carichi di trazione significativi, è e piastre sianu sottumesse à carichi di compressione.
1. Girate u dadu. U metudu di girà u dadu implica stringhje u bullone è dopu girà u dadu una quantità supplementare, chì dipende da u diametru è a lunghezza di u bullone.
2. Calibrate a chjave. U metudu di a chjave calibrata misura a coppia assuciata à a tensione di u bullone.
3. Bullone di regulazione di a tensione di tipu torsione. I bulloni di tensione à svitatura anu picculi perni à l'estremità di u bullone di fronte à a testa. Quandu si ghjunghje à a coppia necessaria, u pernu hè svitatu.
4. Indice di trazione dritta. L'indicatori di tensione diretta sò rondelle speciali cù linguette. A quantità di cumpressione nantu à a perna indica u livellu di tensione applicata à u bullone.
In termini simplici, i bulloni agiscenu cum'è perni in giunti stretti è pre-tensionati, assai cum'è un pernu di ottone chì tene inseme una pila di carta perforata. I giunti scorrevoli critichi funzionanu per attritu: u precaricu crea una forza discendente, è l'attritu trà e superfici di cuntattu travaglia inseme per resiste à u scivolamentu di u giuntu. Hè cum'è un legante chì tene inseme una pila di carte, micca perchè i buchi sò perforati in a carta, ma perchè u legante preme e carte inseme è l'attritu tene inseme a pila.
I bulloni ASTM A325 anu una resistenza minima à a trazione da 150 à 120 kg per pollice quadratu (KSI), secondu u diametru di u bullone, mentre chì i bulloni A490 devenu avè una resistenza à a trazione da 150 à 170-KSI. I giunti à rivetti si cumportanu più cum'è giunti stretti, ma in questu casu, i perni sò rivetti chì sò tipicamente circa a metà di a resistenza di un bullone A325.
Una di e duie cose pò accade quandu una articulazione fissata meccanicamente hè sottumessa à forze di taglio (quandu un elementu tende à scorrere sopra un altru per via di una forza applicata). I bulloni o i rivetti ponu esse à i lati di i fori, pruvucendu u tagliu simultaneu di i bulloni o rivetti. A seconda pussibilità hè chì l'attritu causatu da a forza di serraggio di i dispositivi di fissaggio pretensionati pò sustene carichi di taglio. Nisun scivolamentu hè previstu per sta cunnessione, ma hè pussibule.
Una cunnessione stretta hè accettabile per parechje applicazioni, postu chì un ligeru scivolamentu ùn pò micca influenzà negativamente e caratteristiche di a cunnessione. Per esempiu, cunsiderate un silo cuncipitu per almacenà materiale granulare. Ci pò esse un ligeru scivolamentu quandu si carica per a prima volta. Una volta chì u scivolamentu si verifica, ùn accadrà più, perchè tutti i carichi successivi sò di a stessa natura.
L'inversione di carica hè aduprata in certe applicazioni, cum'è quandu l'elementi rotanti sò sottumessi à carichi di trazione è di compressione alternati. Un altru esempiu hè un elementu di flessione sottumessu à carichi cumpletamente inversi. Quandu ci hè un cambiamentu significativu in a direzzione di a carica, una cunnessione precaricata pò esse necessaria per eliminà u scivulamentu ciclicu. Stu scivulamentu porta eventualmente à più scivulamentu in i fori allungati.
Certi giunti sperimentanu parechji cicli di carica chì ponu purtà à a fatigue. Quessi includenu presse, supporti di gru è cunnessione in ponti. E cunnessione critiche scorrevoli sò necessarie quandu a cunnessione hè sottumessa à carichi di fatigue in a direzzione inversa. Per questi tipi di cundizioni, hè assai impurtante chì u giuntu ùn scivoli micca, dunque sò necessarii giunti critici à scivolamentu.
I cunnessione bullonate esistenti ponu esse cuncepite è fabbricate secondu qualsiasi di sti standard. I cunnessione rivettate sò cunsiderate strette.
I giunti saldati sò rigidi. I giunti di saldatura sò delicati. À u cuntrariu di i giunti bullonati stretti, chì ponu scivulà sottu carica, e saldature ùn anu micca bisognu di stende è distribuisce a carica applicata in larga misura. In a maiò parte di i casi, i dispositivi di fissaggio meccanichi saldati è di tipu cuscinettu ùn si deformanu micca in u listessu modu.
Quandu e saldature sò aduprate cù elementi di fissaggio meccanichi, u caricu hè trasferitu per a parte più dura, cusì a saldatura pò purtà guasi tuttu u caricu, cù assai pocu spartutu cù u bullone. Hè per quessa chì ci vole à fà attenzione quandu si salda, si bullona è si rivetta. Specifiche. AWS D1 risolve u prublema di mischjà elementi di fissaggio meccanichi è saldature. Specificazione 1:2000 per a saldatura strutturale - acciaio. U paràgrafu 2.6.3 afferma chì per i rivetti o i bulloni aduprati in i giunti di tipu cuscinettu (vale à dì induve u bullone o u rivettu agisce cum'è un pernu), l'elementi di fissaggio meccanichi ùn devenu micca esse cunsiderati cum'è sparte u caricu cù a saldatura. Se si usa a saldatura, devenu esse furniti per purtà u caricu cumpletu in u giuntu. Tuttavia, sò permesse cunnessione saldate à un elementu è rivettate o bullonate à un altru elementu.
Quandu si utilizanu elementi di fissaggio meccanichi di tipu cuscinettu è si aghjunghjenu saldature, a capacità portante di u bullone hè largamente trascurata. Sicondu sta dispusizione, a saldatura deve esse cuncipita per trasferisce tutti i carichi.
Questu hè essenzialmente listessu chè l'AISC LRFD-1999, clausula J1.9. Tuttavia, a norma canadiana CAN/CSA-S16.1-M94 permette ancu l'usu autonomu quandu a putenza di u fissatore meccanicu o di u bullone hè più alta di quella di a saldatura.
In questa materia, trè criteri sò coerenti: e pussibilità di fissaggi meccanichi di u tipu di cuscinettu è e pussibilità di saldature ùn si aghjunghjenu micca.
A sezione 2.6.3 di AWS D1.1 discute ancu situazioni induve i bulloni è e saldature ponu esse cumminati in una giunzione in duie parti, cum'è mostratu in a Figura 1. Saldature à manca, bullonate à diritta. A putenza tutale di e saldature è di i bulloni pò esse presa in contu quì. Ogni parte di tutta a cunnessione funziona indipindentamente. Cusì, stu codice hè una eccezione à u principiu cuntenutu in a prima parte di 2.6.3.
E regule appena discusse s'applicanu à i novi edifici. Per e strutture esistenti, a clausula 8.3.7 D1.1 afferma chì quandu i calculi strutturali mostranu chì un rivettu o un bullone serà sovraccaricatu da una nova carica tutale, solu a carica statica esistente deve esse attribuita.
E stesse regule esigenu chì, se un rivettu o un bullone hè solu sovraccaricatu cù carichi statichi o sottumessu à carichi ciclichi (fatiga), devenu esse aghjunte abbastanza metallu di basa è saldature per supportà u caricu tutale.
A distribuzione di u caricu trà i fissaggi meccanichi è e saldature hè accettabile se a struttura hè precaricata, in altre parole, se si hè verificatu un slittamentu trà l'elementi cunnessi. Ma solu i carichi statichi ponu esse piazzati nantu à i fissaggi meccanichi. I carichi in tensione chì ponu purtà à un slittamentu più grande devenu esse prutetti da l'usu di saldature capaci di suppurtà tuttu u caricu.
E saldature devenu esse aduprate per resiste à tutti i carichi applicati o dinamici. Quandu i dispositivi di fissaggio meccanichi sò digià sovraccarichi, a spartera di u caricu ùn hè micca permessa. Sottu à u caricu ciclicu, a spartera di u caricu ùn hè micca permessa, postu chì u caricu pò purtà à un scivolamentu permanente è à un sovraccaricu di a saldatura.
illustrazione. Cunsiderate una giunzione à sovrapposizione chì era inizialmente bullonata strettamente (vede a Figura 2). A struttura aghjusta una putenza supplementare, è e cunnessione è i connettori devenu esse aghjunti per furnisce u doppiu di a resistenza. A figura 3 mostra u pianu basicu per rinfurzà l'elementi. Cumu si deve fà a cunnessione?
Siccomu u novu acciaio duvia esse unitu à u vechju acciaio per saldature d'angulu, l'ingegnere hà decisu d'aghjunghje qualchì saldatura d'angulu à a giuntura. Siccomu i bulloni eranu sempre in piazza, l'idea originale era d'aghjunghje solu e saldature necessarie per trasferisce a putenza extra à u novu acciaio, aspittendu chì u 50% di u caricu passassi per i bulloni è u 50% di u caricu passassi per e nuove saldature. Hè accettabile ?
Supponemu prima chì nisuna carica statica sia attualmente applicata à a cunnessione. In questu casu, s'applica u paràgrafu 2.6.3 di AWS D1.1.
In questu tipu di giunzione di supportu, a saldatura è u bullone ùn ponu esse cunsiderati cum'è spartendu u caricu, dunque a dimensione di a saldatura specificata deve esse abbastanza grande per supportà tuttu u caricu staticu è dinamicu. A capacità portante di i bulloni in questu esempiu ùn pò esse presa in contu, perchè senza un caricu staticu, a cunnessione serà in un statu allentatu. A saldatura (cuncepita per supportà a metà di u caricu) si rompe inizialmente quandu u caricu cumpletu hè applicatu. Dopu, u bullone, ancu cuncipitu per trasferisce a metà di u caricu, prova à trasferisce u caricu è si rompe.
Supponemu ancu chì una carica statica sia applicata. Inoltre, si suppone chì a cunnessione esistente sia sufficiente per supportà a carica permanente esistente. In questu casu, si applica u paràgrafu 8.3.7 D1.1. E nuove saldature devenu solu supportà carichi statici è generali aumentati. I carichi morti esistenti ponu esse attribuiti à i dispositivi di fissaggio meccanichi esistenti.
Sottu à un caricu custante, a cunnessione ùn s'affonda micca. Invece, i bulloni portanu digià u so caricu. Ci hè statu qualchì slittamentu in a cunnessione. Dunque, si ponu aduprà saldature è ponu trasmette carichi dinamichi.
A risposta à a quistione "Hè questu accettabile?" dipende da e cundizioni di carica. In u primu casu, in assenza di una carica statica, a risposta serà negativa. Sottu à e cundizioni specifiche di u secondu scenariu, a risposta hè sì.
Solu perchè una carica statica hè applicata, ùn hè micca sempre pussibule di tirà una cunclusione. U livellu di e cariche statiche, l'adeguatezza di e cunnessione meccaniche esistenti è a natura di e cariche finali - sia statiche sia cicliche - ponu cambià a risposta.
Duane K. Miller, MD, PE, 22801 Saint Clair Ave., Cleveland, OH 44117-1199, Direttore di u Centru di Tecnulugia di Saldatura, Lincoln Electric Company, www.lincolnelectric.com. Lincoln Electric fabrica apparecchiature di saldatura è consumabili di saldatura in u mondu sanu. L'ingegneri è i tecnichi di u Centru di Tecnulugia di Saldatura aiutanu i clienti à risolve i prublemi di saldatura.
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