I forskellige strukturelle situationer kan ingeniører være nødt til at evaluere styrken af ​​samlinger lavet af svejsninger og mekaniske fastgørelseselementer.I dag er mekaniske fastgørelseselementer normalt bolte, men ældre designs kan have nitter.
Dette kan ske under opgraderinger, renoveringer eller forbedringer af et projekt.Et nyt design kan kræve boltning og svejsning for at arbejde sammen i en samling, hvor materialet, der skal samles, først boltes sammen og derefter svejses for at give fuld styrke til samlingen.
Men at bestemme den samlede belastningskapacitet af en samling er ikke så simpel som at lægge summen af ​​de enkelte komponenter (svejsninger, bolte og nitter) sammen.En sådan antagelse kan føre til katastrofale konsekvenser.
Bolteforbindelser er beskrevet i American Institute of Steel Structures (AISC) Structural Joint Specification, som bruger ASTM A325 eller A490 bolte som fast montering, forspænding eller glidende nøgle.
Spænd stramt tilspændte forbindelser med en slagnøgle eller låsesmed ved hjælp af en konventionel dobbeltsidet skruenøgle for at sikre, at lagene er i tæt kontakt.I en forspændt forbindelse monteres boltene, så de udsættes for betydelige trækbelastninger, og pladerne udsættes for trykbelastninger.
1. Drej møtrikken.Metoden til at dreje møtrikken involverer at stramme bolten og derefter dreje møtrikken en ekstra mængde, hvilket afhænger af boltens diameter og længde.
2. Kalibrer nøglen.Den kalibrerede skruenøglemetode måler det drejningsmoment, der er forbundet med boltspændingen.
3. Spændingsjusteringsbolt af torsionstype.Twist-off spændingsbolte har små tappe på enden af ​​bolten modsat hovedet.Når det nødvendige drejningsmoment er nået, skrues tappen af.
4. Lige trækindeks.Direkte spændingsindikatorer er specielle skiver med faner.Mængden af ​​kompression på tappen angiver spændingsniveauet på bolten.
I lægmandssprog fungerer bolte som stifter i tætte og forspændte samlinger, meget som en messingstift, der holder en stak perforeret papir sammen.Kritiske glideforbindelser fungerer ved friktion: Forspænding skaber downforce, og friktion mellem kontaktfladerne arbejder sammen for at modstå glidning af leddet.Det er ligesom et bindemiddel, der holder en stak papirer sammen, ikke fordi der er huller i papiret, men fordi bindemidlet presser papirerne sammen og friktionen holder stakken sammen.
ASTM A325-bolte har en minimumstrækstyrke på 150 til 120 kg pr. kvadrattomme (KSI), afhængig af boltdiameteren, mens A490-bolte skal have en trækstyrke på 150 til 170-KSI.Nittesamlinger opfører sig mere som tætte samlinger, men i dette tilfælde er stifterne nitter, der typisk er cirka halvt så stærke som en A325 bolt.
En af to ting kan ske, når en mekanisk fastgjort samling udsættes for forskydningskræfter (når et element har tendens til at glide over et andet på grund af en påført kraft).Bolte eller nitter kan være i siderne af hullerne, hvilket får boltene eller nitterne til at klippe af på samme tid.Den anden mulighed er, at friktionen forårsaget af de forspændte fastgørelseselementers klemkraft kan modstå forskydningsbelastninger.Der forventes ingen glidning for denne forbindelse, men det er muligt.
En tæt forbindelse er acceptabel til mange applikationer, da let glidning ikke kan påvirke forbindelsens egenskaber negativt.Overvej for eksempel en silo designet til at opbevare granulært materiale.Der kan være en lille glidning ved første indlæsning.Når først glidning sker, sker det ikke igen, fordi alle efterfølgende belastninger er af samme karakter.
Belastningsvending bruges i nogle applikationer, såsom når roterende elementer udsættes for skiftende træk- og trykbelastninger.Et andet eksempel er et bøjningselement, der udsættes for fuldstændig omvendte belastninger.Når der er en væsentlig ændring i belastningsretningen, kan det være nødvendigt med en forspændt forbindelse for at eliminere cyklisk slip.Denne glidning fører til sidst til mere glid i de aflange huller.
Nogle led oplever mange belastningscyklusser, som kan føre til træthed.Disse omfatter presser, kranstøtter og forbindelser i broer.Glidende kritiske forbindelser er påkrævet, når forbindelsen udsættes for udmattelsesbelastninger i modsat retning.Ved denne type tilstande er det meget vigtigt, at fugen ikke glider, så der er behov for skridkritiske fuger.
Eksisterende bolteforbindelser kan designes og fremstilles efter enhver af disse standarder.Nitteforbindelser anses for tætte.
Svejste samlinger er stive.Loddeforbindelser er vanskelige.I modsætning til tætte boltesamlinger, som kan glide under belastning, behøver svejsninger ikke at strække og fordele den påførte belastning i stort omfang.I de fleste tilfælde deformeres svejsede og lejede mekaniske fastgørelseselementer ikke på samme måde.
Når svejsninger bruges med mekaniske fastgørelseselementer, overføres belastningen gennem den hårdere del, så svejsningen kan bære næsten hele belastningen, med meget lidt delt med bolten.Derfor skal man være forsigtig ved svejsning, boltning og nitning.Specifikationer.AWS D1 løser problemet med at blande mekaniske fastgørelseselementer og svejsninger.Specifikation 1:2000 for struktursvejsning – stål.Afsnit 2.6.3 angiver, at for nitter eller bolte, der anvendes i leje-type samlinger (dvs. hvor bolten eller nitten fungerer som en stift), bør mekaniske fastgørelsesmidler ikke anses for at dele belastningen med svejsningen.Hvis der anvendes svejsning, skal de leveres til at bære den fulde belastning i samlingen.Dog er forbindelser svejset til et element og nittet eller boltet til et andet element tilladt.
Ved brug af mekaniske fastgørelseselementer af lejet og tilføjelse af svejsninger forsømmes boltens bæreevne stort set.Ifølge denne bestemmelse skal svejsningen være designet til at overføre alle belastninger.
Dette er i det væsentlige det samme som AISC LRFD-1999, klausul J1.9.Den canadiske standard CAN/CSA-S16.1-M94 tillader dog også selvstændig brug, når kraften af ​​det mekaniske fastgørelseselement eller bolten er højere end ved svejsning.
I denne sag er tre kriterier konsekvente: Mulighederne for mekaniske fastgørelser af lejetypen og mulighederne for svejsninger stemmer ikke overens.
Afsnit 2.6.3 i AWS D1.1 diskuterer også situationer, hvor bolte og svejsninger kan kombineres i en todelt samling, som vist i figur 1. Svejsninger til venstre, boltet til højre.Den samlede effekt af svejsninger og bolte kan tages i betragtning her.Hver del af hele forbindelsen fungerer uafhængigt.Denne kodeks er således en undtagelse fra princippet i første del af 2.6.3.
De netop omtalte regler gælder for nybyggeri.For eksisterende konstruktioner angiver punkt 8.3.7 D1.1, at når konstruktionsberegninger viser, at en nitte eller bolt vil blive overbelastet af en ny totalbelastning, skal kun den eksisterende statiske belastning tildeles den.
De samme regler kræver, at hvis en nitte eller bolt kun er overbelastet med statiske belastninger eller udsat for cykliske (udmattelses)belastninger, skal der tilføjes tilstrækkeligt basismetal og svejsninger til at understøtte den samlede belastning.
Fordelingen af ​​belastningen mellem mekaniske fastgørelseselementer og svejsninger er acceptabel, hvis strukturen er forspændt, med andre ord, hvis der er sket glidning mellem de forbundne elementer.Men kun statiske belastninger kan placeres på mekaniske fastgørelseselementer.Spændende belastninger, der kan føre til større glidning, skal beskyttes ved brug af svejsninger, der er i stand til at modstå hele belastningen.
Svejsninger skal bruges til at modstå al ​​påført eller dynamisk belastning.Når mekaniske fastgørelseselementer allerede er overbelastet, er belastningsdeling ikke tilladt.Ved cyklisk belastning er belastningsdeling ikke tilladt, da belastningen kan føre til permanent glidning og overbelastning af svejsningen.
illustration.Overvej et overlapningsled, der oprindeligt var boltet fast (se figur 2).Strukturen tilføjer ekstra strøm, og forbindelser og stik skal tilføjes for at give dobbelt styrke.På fig.3 viser grundplanen for forstærkning af elementerne.Hvordan skal forbindelsen laves?
Da det nye stål skulle sammenføjes med det gamle stål ved filetsvejsninger, besluttede ingeniøren at tilføje nogle filetsvejsninger ved samlingen.Da boltene stadig var på plads, var den oprindelige idé kun at tilføje de svejsninger, der var nødvendige for at overføre den ekstra kraft til det nye stål, idet man forventede, at 50 % af belastningen skulle gå gennem boltene og 50 % af belastningen gennem de nye svejsninger.er det acceptabelt?
Lad os først antage, at der i øjeblikket ikke påføres statiske belastninger på forbindelsen.I dette tilfælde gælder punkt 2.6.3 i AWS D1.1.
I denne lejetypesamling kan svejsningen og bolten ikke anses for at dele belastningen, så den angivne svejsestørrelse skal være stor nok til at understøtte hele den statiske og dynamiske belastning.Boltenes bæreevne i dette eksempel kan ikke tages i betragtning, for uden en statisk belastning vil forbindelsen være i en slap tilstand.Svejsningen (designet til at bære halvdelen af ​​belastningen) brister i begyndelsen, når den fulde belastning påføres.Derefter forsøger bolten, der også er designet til at overføre halvdelen af ​​belastningen, at overføre belastningen og går i stykker.
Antag endvidere, at der påføres en statisk belastning.Derudover forudsættes det, at den eksisterende forbindelse er tilstrækkelig til at bære den eksisterende permanente belastning.I dette tilfælde gælder afsnit 8.3.7 D1.1.Nye svejsninger skal kun modstå øgede statiske og generelle spændingsbelastninger.Eksisterende egenbelastninger kan tildeles eksisterende mekaniske fastgørelseselementer.
Ved konstant belastning falder forbindelsen ikke.I stedet bærer boltene allerede deres belastning.Der er sket en del glidning i forbindelsen.Derfor kan svejsninger bruges, og de kan overføre dynamiske belastninger.
Svaret på spørgsmålet "Er dette acceptabelt?"afhænger af belastningsforholdene.I det første tilfælde, i fravær af en statisk belastning, vil svaret være negativt.Under de specifikke forhold i det andet scenario er svaret ja.
Bare fordi der påføres en statisk belastning, er det ikke altid muligt at drage en konklusion.Niveauet af statiske belastninger, tilstrækkeligheden af ​​eksisterende mekaniske forbindelser og arten af ​​endebelastningerne – hvad enten de er statiske eller cykliske – kan ændre svaret.
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 fremstiller svejseudstyr og svejsetilbehør over hele verden.Svejseteknologicentrets ingeniører og teknikere hjælper kunder med at løse svejseproblemer.
American Welding Society, 550 NW LeJeune Road, Miami, FL 33126-5671, telefon 305-443-9353, fax 305-443-7559, hjemmeside www.aws.org.
ASTM Intl., 100 Barr Harbor Drive, West Conshohocken, PA 19428-2959, telefon 610-832-9585, fax 610-832-9555, websted www.astm.org.
American Steel Structures Association, One E. Wacker Drive, Suite 3100, Chicago, IL 60601-2001, telefon 312-670-2400, fax 312-670-5403, hjemmeside www.aisc.org.
FABRICATOR er Nordamerikas førende magasin til fremstilling og formgivning af stål.Magasinet udgiver nyheder, tekniske artikler og succeshistorier, der gør det muligt for producenterne at udføre deres arbejde mere effektivt.FABRICATOR har været i branchen siden 1970.
Nu med fuld adgang til FABRICATOR digitale udgave, nem adgang til værdifulde industriressourcer.
Den digitale udgave af The Tube & Pipe Journal er nu fuldt tilgængelig og giver nem adgang til værdifulde industriressourcer.
Få fuld digital adgang til STAMPING Journal, der byder på den nyeste teknologi, bedste praksis og industrinyheder til metalstemplingsmarkedet.
Nu med fuld digital adgang til The Fabricator en Español, har du nem adgang til værdifulde industriressourcer.