In diverse situazioni strutturali, l'ingegneri ponu avè bisognu di valutà a forza di e ghjunti fatti da saldature è fasteners meccanichi.Oghje, i fasteners meccanichi sò generalmente bulloni, ma i disinni più vechji ponu avè rivetti.
Questu pò accade durante l'aghjurnamenti, rinnuvamenti o miglioramenti di un prughjettu.Un novu disignu pò esse bisognu di bulloning è saldatura per travaglià inseme in una articulazione induve u materiale chì deve esse unitu hè prima bolt inseme è poi saldatu per furnisce a forza completa à l'articulazione.
In ogni casu, a determinazione di a capacità di carica tutale di una articulazione ùn hè micca simplice quant'è aghjunghje a somma di i cumpunenti individuali (saldature, bulloni è rivets).Una tale supposizione pò purtà à cunsequenze disastrose.
E cunnessioni bullonate sò descritte in l'Istitutu Americanu di Strutture d'Acciaio (AISC) Specification Structural Joint, chì utilizeghja bulloni ASTM A325 o A490 cum'è un monte strettu, preload, o sliding key.
Stringhje e cunnessioni strette strette cù una chjave d'impattu o locksmith utilizendu una chjave convenzionale à doppia faccia per assicurà chì i strati sò in cuntattu strettu.In una cunnessione prestressed, i bulloni sò stallati in modu chì sò sottumessi à carichi di tensione significativi, è i platti sò sottumessi à carichi compressivi.
1. Turn the nut.U metudu di vultà a noce implica stringhje u bult è poi turnà a noce una quantità addiziale, chì dipende di u diametru è a durata di u bult.
2. Calibrate a chjave.U metudu di chjave calibrata misura u torque chì hè assuciatu cù a tensione di u bullone.
3. Bolt di regulazione di tensione di tipu Torsion.I bulloni di tensione Twist-off anu picculi studs nantu à a fine di u bullone oppostu à a testa.Quandu u torque necessariu hè righjuntu, u stud hè svitatu.
4. Straight pull index.L'indicatori di tensione diretta sò lavatrici speciali cù tabulature.A quantità di compressione nantu à u lug indica u livellu di tensione applicata à u bolt.
In termini laici, i bulloni agiscenu cum'è perni in giunzioni strette è pre-tensionate, cum'è un pin di ottone chì tene una pila di carta perforata inseme.I giunti di scorrimentu critichi travaglianu per attritu: a precarica crea una forza di deportazione, è a frizione trà e superfici di cuntattu travaglia inseme per resiste à u slippage di l'articulazione.Hè cum'è un raccoglitore chì tene una pila di carte inseme, micca perchè i buchi sò perforati in a carta, ma perchè u raccoglitore pressa i documenti inseme è a frizione mantene a pila.
I bulloni ASTM A325 anu una forza di tensione minima di 150 à 120 kg per inch square (KSI), secondu u diametru di u bolt, mentre chì i bulloni A490 deve avè una forza di tensione di 150 à 170-KSI.Rivet joints cumportanu più cum'è ghjunti stretti, ma in questu casu, i pins sò rivets chì sò tipicamenti circa a mità di forti cum'è un bolt A325.
Una di duie cose pò accade quandu una articulazione meccanicamente fissata hè sottumessa à e forze di cisura (quandu un elementu tende à scorri nantu à l'altru per via di una forza applicata).Bolts o rivets ponu esse à i lati di i buchi, facennu chì i bulloni o rivets si scurdanu à u stessu tempu.A seconda pussibilità hè chì l'attrito causatu da a forza di clamping di i fasteners pretensionati pò sustene carichi di cisura.Nisun slippage hè previstu per sta cunnessione, ma hè pussibule.
Una cunnessione stretta hè accettata per parechje applicazioni, cum'è un ligeru slippage ùn pò micca affettà negativamente e caratteristiche di a cunnessione.Per esempiu, cunzidira un silo designatu per almacenà materiale granulare.Ci pò esse un ligeru slippage quandu si carica per a prima volta.Una volta chì u slip si faci, ùn succede micca di novu, perchè tutti i carichi successivi sò di listessa natura.
L'inversione di carica hè aduprata in certi appiicazioni, cum'è quandu l'elementi rotanti sò sottumessi à carichi alternati di tensione è di compressione.Un altru esempiu hè un elementu di curvatura sottumessu à carichi completamente inversi.Quandu ci hè un cambiamentu significativu in a direzzione di carica, una cunnessione precaricata pò esse necessariu per eliminà u slip ciclicu.Stu slip eventualmente porta à più slip in i buchi allungati.
Certi articuli sperimentanu parechji cicli di carica chì ponu purtà à a fatigue.Questi includenu presse, supporti di gru è cunnessione in ponti.Cunnessioni critiche scorrevule sò richieste quandu a cunnessione hè sottumessa à carichi di fatigue in a direzzione inversa.Per questi tipi di cundizioni, hè assai impurtante chì l'articulazione ùn slip, cusì slip-critical joints sò necessarii.
E cunnessioni bullonate esistenti ponu esse progettate è fabbricate à qualsiasi di sti standard.I cunnessione di Rivet sò cunsiderate strette.
I giunti saldati sò rigidi.I giunti di saldatura sò difficili.A cuntrariu di e ghjunti strette, chì ponu slittà sottu a carica, i saldature ùn anu micca da stende è distribuisce a carica applicata in una larga misura.In a maiò parte di i casi, i fasteners meccanichi saldati è di cuscinetti ùn si deformanu in u listessu modu.
Quandu i saldi sò usati cù fasteners meccanichi, a carica hè trasferita à traversu a parte più dura, cusì a saldatura pò purtà quasi tutta a carica, cù assai pocu spartutu cù u bolt.Hè per quessa chì a cura deve esse presa durante a saldatura, i bulloni è i rivetti.Specificazioni.AWS D1 risolve u prublema di mischjà fasteners meccanichi è saldature.Specificazione 1: 2000 per a saldatura strutturale - acciaio.U paràgrafu 2.6.3 dici chì per rivets o bulloni utilizati in articuli di cuscinetti (vale à dì induve u bullone o rivet agisce cum'è un pin), i fasteners meccanichi ùn deve esse cunsideratu per sparte a carica cù a saldatura.Se a saldatura hè aduprata, deve esse furnitu per portà a carica piena in l'articulazione.Tuttavia, ligami saldati à un elementu è riveted o bolted à un altru elementu sò permessi.
Quandu si usanu fasteners meccanichi di cuscinetti è aghjunghje saldature, a capacità portante di u bullone hè largamente trascurata.Sicondu sta disposizione, a saldatura deve esse designata per trasfiriri tutti i carichi.
Questu hè essenzialmente u listessu cum'è AISC LRFD-1999, clause J1.9.In ogni casu, u standard canadianu CAN / CSA-S16.1-M94 permette ancu l'usu stand-alone quandu u putere di u fastener meccanicu o bullone hè più altu ch'è quellu di saldatura.
In questa materia, trè criteri sò cunsistenti: e pussibulità di fastenings meccanichi di u tipu di cuscinetti è e pussibilità di saldatura ùn aghjunghjenu micca.
A Section 2.6.3 di AWS D1.1 discute ancu e situazioni induve i bulloni è i saldature ponu esse cumminati in una articulazione di dui parti, cum'è mostra in a Figura 1. Saldature à manca, bolted à a diritta.A putenza tutale di saldature è bulloni pò esse cunsideratu quì.Ogni parte di tutta a cunnessione opera indipindente.Cusì, stu codice hè una eccezzioni à u principiu cuntenutu in a prima parte di 2.6.3.
I reguli appena discututi s'applicanu à i novi edifici.Per e strutture esistenti, a clause 8.3.7 D1.1 dichjara chì quandu i calculi strutturale mostranu chì un rivet o un bullone serà sovraccaricatu da una nova carica tutale, solu a carica statica esistente deve esse assignata.
I stessi règuli esigenu chì, se un rivet o un bolt hè solu sopracargatu cù carichi statici o sottumessu à carichi ciclichi (fatigue), deve esse aghjuntu abbastanza metalli base è saldature per sustene a carica tutale.
A distribuzione di carica trà i fasteners meccanichi è saldature hè accettabile se a struttura hè precaricata, in altri termini, se u slippage hè accadutu trà l'elementi cunnessi.Ma solu carichi statichi ponu esse posti nantu à fasteners meccanichi.I carichi vivi chì ponu purtà à un slippage più grande deve esse prutetti da l'usu di saldature capaci di sustene a carica sana.
A saldatura deve esse usata per sustene tutte e carichi applicati o dinamichi.Quandu i fasteners meccanichi sò digià sovraccarichi, a spartera di carica ùn hè micca permessa.Sottu a carica ciclica, a spartera di a carica ùn hè micca permessa, postu chì a carica pò purtà à un slippage permanente è a sovraccarichi di a saldatura.
illustrazione.Cunsiderate una articulazione à volta chì era urigginariamente boulonata stretta (vede a Figura 2).A struttura aghjusta una putenza extra, è e cunnessione è i cunnessi deve esse aghjuntu per furnisce a doppia forza.Nantu à fig.3 mostra u pianu basu per rinfurzà l'elementi.Cumu deve esse fatta a cunnessione?
Siccomu u novu azzaru avia da esse unitu à u vechju azzaru per saldatura di filetta, l'ingegnere hà decisu di aghjunghje un pocu di saldatura di fillet à l'articulazione.Siccomu i bulloni eranu sempre in u locu, l'idea originale era di aghjunghje solu i saldature necessarii per trasfirià a putenza extra à u novu azzaru, aspittendu chì u 50% di a carica passa per i bulloni è u 50% di a carica per passà per e novi saldature.Hè accettatu?
Assumimu prima chì nisuna carica statica hè attualmente applicata à a cunnessione.In questu casu, u paràgrafu 2.6.3 di AWS D1.1 si applica.
In questa unione di u tipu di cuscinettu, a saldatura è u bullone ùn ponu esse cunsiderate cum'è sparte a carica, cusì a dimensione di saldatura specificata deve esse abbastanza grande per sustene tutte e carica statica è dinamica.A capacità portante di i bulloni in questu esempiu ùn pò esse cunsideratu, perchè senza una carica statica, a cunnessione serà in un statu slack.A saldatura (cuncepitu per purtà a mità di a carica) inizialmente si rompe quandu a carica piena hè appiicata.Allora u bolt, ancu cuncepitu per trasfirià a mità di a carica, prova di trasfiriri a carica è si rompe.
Inoltre assume chì una carica statica hè applicata.Inoltre, si assume chì a cunnessione esistente hè abbastanza per portà a carica permanente esistente.In questu casu, u paràgrafu 8.3.7 D1.1 si applica.I novi saldature sò solu per sustene e carichi statici è generali in tensione aumentati.I carichi morti esistenti ponu esse attribuiti à i fasteners meccanichi esistenti.
Sottu a carica constante, a cunnessione ùn sag.Invece, i bulloni portanu digià a so carica.Ci hè statu qualchì slippage in a cunnessione.Dunque, i saldature ponu esse aduprate è ponu trasmette carichi dinamichi.
A risposta à a quistione "Hè questu accettabile?"dipende di e cundizioni di carica.In u primu casu, in l'absenza di una carica statica, a risposta serà negativa.In e cundizioni specifichi di u sicondu scenariu, a risposta hè sì.
Solu perchè una carica statica hè appiicata, ùn hè micca sempre pussibule di piglià una cunclusione.U livellu di carichi statici, l'adegwatezza di e cunnessione meccanica esistenti, è a natura di e carichi finali - sia statici sia ciclichi - ponu cambià a risposta.
Duane K. Miller, MD, PE, 22801 Saint Clair Ave., Cleveland, OH 44117-1199, Welding Technology Center Manager, Lincoln Electric Company, www.lincolnelectric.com.Lincoln Electric fabrica l'equipaggiu di saldatura è i 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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American Steel Structures Association, One E. Wacker Drive, Suite 3100, Chicago, IL 60601-2001, phone 312-670-2400, fax 312-670-5403, website www.aisc.org.
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