Σε διάφορες δομικές καταστάσεις, οι μηχανικοί μπορεί να χρειαστεί να αξιολογήσουν την αντοχή των αρμών που δημιουργούνται από συγκολλήσεις και μηχανικούς συνδετήρες.Σήμερα, οι μηχανικοί συνδετήρες είναι συνήθως μπουλόνια, αλλά τα παλαιότερα σχέδια μπορεί να έχουν πριτσίνια.
Αυτό μπορεί να συμβεί κατά τη διάρκεια αναβαθμίσεων, ανακαινίσεων ή βελτιώσεων σε ένα έργο.Ένας νέος σχεδιασμός μπορεί να απαιτεί βίδες και συγκόλληση για να συνεργαστούν σε έναν σύνδεσμο όπου το υλικό που πρόκειται να συνδεθεί πρώτα βιδώνεται μεταξύ τους και στη συνέχεια συγκολλάται για να παρέχει πλήρη αντοχή στον σύνδεσμο.
Ωστόσο, ο προσδιορισμός της συνολικής χωρητικότητας φορτίου ενός συνδέσμου δεν είναι τόσο απλός όσο το άθροισμα του αθροίσματος των επιμέρους εξαρτημάτων (συγκολλήσεις, μπουλόνια και πριτσίνια).Μια τέτοια υπόθεση θα μπορούσε να οδηγήσει σε καταστροφικές συνέπειες.
Οι βιδωτές συνδέσεις περιγράφονται στην Προδιαγραφή Δομικών Αρμών του Αμερικανικού Ινστιτούτου Χαλύβδινων Κατασκευών (AISC), η οποία χρησιμοποιεί μπουλόνια ASTM A325 ή A490 ως σφιχτή στήριξη, προφόρτιση ή συρόμενο κλειδί.
Σφίξτε σφιχτά σφιγμένες συνδέσεις με κρουστικό κλειδί ή κλειδαρά χρησιμοποιώντας ένα συμβατικό κλειδί διπλής όψης για να διασφαλίσετε ότι τα στρώματα βρίσκονται σε στενή επαφή.Σε μια προεντεταμένη σύνδεση, τα μπουλόνια τοποθετούνται έτσι ώστε να υπόκεινται σε σημαντικά φορτία εφελκυσμού και οι πλάκες υπόκεινται σε συμπιεστικά φορτία.
1. Γυρίστε το παξιμάδι.Η μέθοδος περιστροφής του παξιμαδιού περιλαμβάνει το σφίξιμο του μπουλονιού και στη συνέχεια περιστροφή του παξιμαδιού μια επιπλέον ποσότητα, η οποία εξαρτάται από τη διάμετρο και το μήκος του μπουλονιού.
2. Βαθμονόμηση του κλειδιού.Η μέθοδος βαθμονομημένου κλειδιού μετρά τη ροπή που σχετίζεται με την τάση του μπουλονιού.
3. Μπουλόνι ρύθμισης τάσης τύπου στρέψης.Οι βίδες τάνυσης περιστροφής έχουν μικρά μπουλόνια στο άκρο του μπουλονιού απέναντι από την κεφαλή.Όταν επιτευχθεί η απαιτούμενη ροπή, το μπουλόνι ξεβιδώνεται.
4. Δείκτης ευθείας έλξης.Οι δείκτες άμεσης τάσης είναι ειδικές ροδέλες με γλωττίδες.Η ποσότητα συμπίεσης στο ωτίο υποδεικνύει το επίπεδο τάσης που εφαρμόζεται στο μπουλόνι.
Με απλούς όρους, τα μπουλόνια λειτουργούν σαν καρφίτσες σε σφιχτές και προεντεταμένες αρθρώσεις, όπως μια ορειχάλκινη περόνη που συγκρατεί μια στοίβα από διάτρητο χαρτί μαζί.Οι κρίσιμες ολισθαίνουσες αρθρώσεις λειτουργούν με τριβή: η προφόρτιση δημιουργεί κάθετη δύναμη και η τριβή μεταξύ των επιφανειών επαφής συνεργάζεται για να αντισταθεί στην ολίσθηση της άρθρωσης.Είναι σαν ένα συνδετικό που συγκρατεί μια στοίβα χαρτιών μαζί, όχι επειδή ανοίγουν τρύπες στο χαρτί, αλλά επειδή το βιβλιοδέτη πιέζει τα χαρτιά μεταξύ τους και η τριβή συγκρατεί τη στοίβα.
Τα μπουλόνια ASTM A325 έχουν ελάχιστη αντοχή εφελκυσμού 150 έως 120 kg ανά τετραγωνική ίντσα (KSI), ανάλογα με τη διάμετρο του μπουλονιού, ενώ τα μπουλόνια A490 πρέπει να έχουν αντοχή εφελκυσμού από 150 έως 170-KSI.Οι αρμοί με πριτσίνια συμπεριφέρονται περισσότερο σαν σφιχτές αρθρώσεις, αλλά σε αυτήν την περίπτωση, οι πείροι είναι πριτσίνια που είναι συνήθως περίπου το ήμισυ ισχυρά από ένα μπουλόνι A325.
Ένα από τα δύο πράγματα μπορεί να συμβεί όταν ένας μηχανικά στερεωμένος σύνδεσμος υπόκειται σε διατμητικές δυνάμεις (όταν ένα στοιχείο τείνει να γλιστρήσει πάνω από ένα άλλο λόγω ασκούμενης δύναμης).Τα μπουλόνια ή τα πριτσίνια μπορεί να βρίσκονται στα πλάγια των οπών, προκαλώντας την ταυτόχρονη κοπή των μπουλονιών ή των πριτσινιών.Η δεύτερη πιθανότητα είναι ότι η τριβή που προκαλείται από τη δύναμη σύσφιξης των προεντεταμένων συνδετήρων μπορεί να αντέξει διατμητικά φορτία.Δεν αναμένεται ολίσθηση για αυτή τη σύνδεση, αλλά είναι δυνατή.
Μια σφιχτή σύνδεση είναι αποδεκτή για πολλές εφαρμογές, καθώς η μικρή ολίσθηση δεν μπορεί να επηρεάσει αρνητικά τα χαρακτηριστικά της σύνδεσης.Για παράδειγμα, σκεφτείτε ένα σιλό σχεδιασμένο για αποθήκευση κοκκώδους υλικού.Ενδέχεται να υπάρχει ελαφρά ολίσθηση κατά την πρώτη φόρτωση.Μόλις συμβεί ολίσθηση, δεν θα συμβεί ξανά, επειδή όλα τα επόμενα φορτία είναι της ίδιας φύσης.
Η αντιστροφή φορτίου χρησιμοποιείται σε ορισμένες εφαρμογές, όπως όταν τα περιστρεφόμενα στοιχεία υπόκεινται σε εναλλασσόμενα εφελκυστικά και θλιπτικά φορτία.Ένα άλλο παράδειγμα είναι ένα στοιχείο κάμψης που υποβάλλεται σε πλήρως αντίστροφα φορτία.Όταν υπάρχει σημαντική αλλαγή στην κατεύθυνση του φορτίου, μπορεί να απαιτείται προφορτωμένη σύνδεση για την εξάλειψη της κυκλικής ολίσθησης.Αυτή η ολίσθηση οδηγεί τελικά σε μεγαλύτερη ολίσθηση στις επιμήκεις οπές.
Ορισμένες αρθρώσεις αντιμετωπίζουν πολλούς κύκλους φόρτισης που μπορεί να οδηγήσουν σε κόπωση.Αυτά περιλαμβάνουν πρέσες, στηρίγματα γερανών και συνδέσεις σε γέφυρες.Απαιτούνται ολισθαίνουσες κρίσιμες συνδέσεις όταν η σύνδεση υπόκειται σε φορτία κόπωσης προς την αντίστροφη κατεύθυνση.Για αυτούς τους τύπους καταστάσεων, είναι πολύ σημαντικό η άρθρωση να μην γλιστράει, επομένως χρειάζονται αρθρώσεις κρίσιμες για την ολίσθηση.
Οι υπάρχουσες βιδωτές συνδέσεις μπορούν να σχεδιαστούν και να κατασκευαστούν σύμφωνα με οποιοδήποτε από αυτά τα πρότυπα.Οι συνδέσεις με πριτσίνια θεωρούνται σφιχτές.
Οι συγκολλημένες αρμοί είναι άκαμπτοι.Οι συγκολλήσεις είναι δύσκολες.Σε αντίθεση με τους σφιχτούς κοχλιωτούς συνδέσμους, οι οποίοι μπορούν να γλιστρήσουν υπό φορτίο, οι συγκολλήσεις δεν χρειάζεται να τεντώνουν και να κατανέμουν το εφαρμοζόμενο φορτίο σε μεγάλο βαθμό.Στις περισσότερες περιπτώσεις, οι συγκολλημένοι μηχανικοί συνδετήρες τύπου ρουλεμάν δεν παραμορφώνονται με τον ίδιο τρόπο.
Όταν χρησιμοποιούνται συγκολλήσεις με μηχανικούς συνδετήρες, το φορτίο μεταφέρεται μέσω του σκληρότερου τμήματος, έτσι ώστε η συγκόλληση να μπορεί να μεταφέρει σχεδόν όλο το φορτίο, με πολύ λίγο κοινόχρηστο με το μπουλόνι.Γι' αυτό πρέπει να δίνεται προσοχή κατά τη συγκόλληση, το μπουλόνι και το πριτσίνωμα.Προδιαγραφές.Το AWS D1 λύνει το πρόβλημα της ανάμειξης μηχανικών συνδετήρων και συγκολλήσεων.Προδιαγραφή 1:2000 για δομική συγκόλληση – χάλυβα.Η παράγραφος 2.6.3 ορίζει ότι για πριτσίνια ή μπουλόνια που χρησιμοποιούνται σε συνδέσμους τύπου ρουλεμάν (δηλαδή όπου το μπουλόνι ή το πριτσίνι λειτουργεί ως πείρος), οι μηχανικοί συνδετήρες δεν πρέπει να θεωρούνται ότι μοιράζονται το φορτίο με τη συγκόλληση.Εάν χρησιμοποιείται συγκόλληση, πρέπει να παρέχονται για να φέρουν όλο το φορτίο στον σύνδεσμο.Ωστόσο, επιτρέπονται συνδέσεις συγκολλημένες σε ένα στοιχείο και με πριτσίνια ή βίδες σε άλλο στοιχείο.
Όταν χρησιμοποιείτε μηχανικούς συνδετήρες τύπου ρουλεμάν και προσθέτετε συγκολλήσεις, η φέρουσα ικανότητα του μπουλονιού παραμελείται σε μεγάλο βαθμό.Σύμφωνα με αυτή τη διάταξη, η συγκόλληση πρέπει να είναι σχεδιασμένη για να μεταφέρει όλα τα φορτία.
Αυτό είναι ουσιαστικά το ίδιο με το AISC LRFD-1999, ρήτρα J1.9.Ωστόσο, το καναδικό πρότυπο CAN/CSA-S16.1-M94 επιτρέπει επίσης αυτόνομη χρήση όταν η ισχύς του μηχανικού συνδετήρα ή του μπουλονιού είναι υψηλότερη από αυτή της συγκόλλησης.
Σε αυτό το θέμα, τρία κριτήρια είναι συνεπή: οι δυνατότητες μηχανικής στερέωσης του τύπου ρουλεμάν και οι δυνατότητες συγκολλήσεων δεν αθροίζονται.
Η ενότητα 2.6.3 του AWS D1.1 εξετάζει επίσης καταστάσεις όπου μπουλόνια και συγκολλήσεις μπορούν να συνδυαστούν σε μια άρθρωση δύο τμημάτων, όπως φαίνεται στο σχήμα 1. Συγκολλήσεις στα αριστερά, με βίδες στα δεξιά.Εδώ μπορεί να ληφθεί υπόψη η συνολική ισχύς των συγκολλήσεων και των μπουλονιών.Κάθε τμήμα ολόκληρης της σύνδεσης λειτουργεί ανεξάρτητα.Έτσι, αυτός ο κώδικας αποτελεί εξαίρεση από την αρχή που περιέχεται στο πρώτο μέρος του 2.6.3.
Οι κανόνες που μόλις συζητήθηκαν ισχύουν για νέα κτίρια.Για τις υπάρχουσες κατασκευές, η ενότητα 8.3.7 D1.1 ορίζει ότι όταν οι δομικοί υπολογισμοί δείχνουν ότι ένα πριτσίνι ή ένα μπουλόνι θα υπερφορτωθεί από ένα νέο συνολικό φορτίο, θα πρέπει να του εκχωρηθεί μόνο το υπάρχον στατικό φορτίο.
Οι ίδιοι κανόνες απαιτούν ότι εάν ένα πριτσίνι ή ένας κοχλίας υπερφορτωθεί μόνο με στατικά φορτία ή υπόκειται σε κυκλικά φορτία (κόπωσης), πρέπει να προστεθούν επαρκές βασικό μέταλλο και συγκολλήσεις για την υποστήριξη του συνολικού φορτίου.
Η κατανομή του φορτίου μεταξύ των μηχανικών συνδετήρων και των συγκολλήσεων είναι αποδεκτή εάν η κατασκευή είναι προφορτωμένη, με άλλα λόγια, εάν έχει σημειωθεί ολίσθηση μεταξύ των συνδεδεμένων στοιχείων.Αλλά μόνο στατικά φορτία μπορούν να τοποθετηθούν σε μηχανικούς συνδετήρες.Τα ζωντανά φορτία που μπορούν να οδηγήσουν σε μεγαλύτερη ολίσθηση πρέπει να προστατεύονται με τη χρήση συγκολλήσεων ικανών να αντέξουν ολόκληρο το φορτίο.
Οι συγκολλήσεις πρέπει να χρησιμοποιούνται για να αντέχουν όλες τις εφαρμοζόμενες ή δυναμικές φορτίσεις.Όταν οι μηχανικοί συνδετήρες είναι ήδη υπερφορτωμένοι, δεν επιτρέπεται η κατανομή φορτίου.Σε κυκλική φόρτιση, δεν επιτρέπεται η κατανομή φορτίου, καθώς το φορτίο μπορεί να οδηγήσει σε μόνιμη ολίσθηση και υπερφόρτωση της συγκόλλησης.
απεικόνιση.Σκεφτείτε μια άρθρωση στην αγκαλιά που ήταν αρχικά βιδωμένη σφιχτά (βλ. Εικόνα 2).Η δομή προσθέτει επιπλέον ισχύ και πρέπει να προστεθούν συνδέσεις και σύνδεσμοι για να παρέχουν διπλάσια αντοχή.Στο σχ.3 δείχνει το βασικό σχέδιο για την ενίσχυση των στοιχείων.Πώς πρέπει να γίνει η σύνδεση;
Δεδομένου ότι ο νέος χάλυβας έπρεπε να ενωθεί με τον παλιό χάλυβα με συγκολλήσεις φιλέτου, ο μηχανικός αποφάσισε να προσθέσει μερικές συγκολλήσεις φιλέτου στην ένωση.Δεδομένου ότι τα μπουλόνια ήταν ακόμα στη θέση τους, η αρχική ιδέα ήταν να προστεθούν μόνο οι συγκολλήσεις που απαιτούνται για τη μεταφορά της πρόσθετης ισχύος στο νέο χάλυβα, αναμένοντας το 50% του φορτίου να περάσει από τα μπουλόνια και το 50% του φορτίου να περάσει από τις νέες συγκολλήσεις.Είναι αποδεκτό;
Ας υποθέσουμε πρώτα ότι δεν εφαρμόζονται στατικά φορτία επί του παρόντος στη σύνδεση.Σε αυτήν την περίπτωση, ισχύει η παράγραφος 2.6.3 του AWS D1.1.
Σε αυτόν τον σύνδεσμο τύπου ρουλεμάν, η συγκόλληση και το μπουλόνι δεν μπορούν να θεωρηθούν ότι μοιράζονται το φορτίο, επομένως το καθορισμένο μέγεθος συγκόλλησης πρέπει να είναι αρκετά μεγάλο ώστε να υποστηρίζει όλο το στατικό και δυναμικό φορτίο.Η φέρουσα ικανότητα των μπουλονιών σε αυτό το παράδειγμα δεν μπορεί να ληφθεί υπόψη, επειδή χωρίς στατικό φορτίο, η σύνδεση θα είναι σε χαλαρή κατάσταση.Η συγκόλληση (σχεδιασμένη για να μεταφέρει το μισό φορτίο) αρχικά σπάει όταν εφαρμόζεται το πλήρες φορτίο.Στη συνέχεια, το μπουλόνι, επίσης σχεδιασμένο για να μεταφέρει το μισό φορτίο, προσπαθεί να μεταφέρει το φορτίο και σπάει.
Επιπλέον, υποθέστε ότι εφαρμόζεται ένα στατικό φορτίο.Επιπλέον, θεωρείται ότι η υπάρχουσα σύνδεση είναι επαρκής για τη μεταφορά του υπάρχοντος μόνιμου φορτίου.Στην περίπτωση αυτή, ισχύει η παράγραφος 8.3.7 Δ1.1.Οι νέες συγκολλήσεις χρειάζεται μόνο να αντέχουν αυξημένα στατικά και γενικά φορτία υπό τάση.Τα υπάρχοντα νεκρά φορτία μπορούν να αντιστοιχιστούν σε υπάρχοντες μηχανικούς συνδετήρες.
Υπό σταθερό φορτίο, η σύνδεση δεν χαλάει.Αντίθετα, τα μπουλόνια φέρουν ήδη το φορτίο τους.Υπήρξε κάποια ολίσθηση στη σύνδεση.Επομένως, μπορούν να χρησιμοποιηθούν συγκολλήσεις και μπορούν να μεταδώσουν δυναμικά φορτία.
Η απάντηση στην ερώτηση "Είναι αποδεκτό αυτό;"εξαρτάται από τις συνθήκες φορτίου.Στην πρώτη περίπτωση, ελλείψει στατικού φορτίου, η απάντηση θα είναι αρνητική.Υπό τις συγκεκριμένες συνθήκες του δεύτερου σεναρίου, η απάντηση είναι ναι.
Ακριβώς επειδή εφαρμόζεται ένα στατικό φορτίο, δεν είναι πάντα δυνατό να εξαχθεί ένα συμπέρασμα.Το επίπεδο των στατικών φορτίων, η επάρκεια των υφιστάμενων μηχανικών συνδέσεων και η φύση των τελικών φορτίων—στατικά ή κυκλικά—μπορεί να αλλάξουν την απάντηση.
Duane K. Miller, MD, PE, 22801 Saint Clair Ave., Cleveland, OH 44117-1199, Welding Technology Center Manager, Lincoln Electric Company, www.lincolnelectric.com.Η Lincoln Electric κατασκευάζει εξοπλισμό συγκόλλησης και αναλώσιμα συγκόλλησης σε όλο τον κόσμο.Οι μηχανικοί και οι τεχνικοί του Κέντρου Τεχνολογίας Συγκόλλησης βοηθούν τους πελάτες να λύσουν προβλήματα συγκόλλησης.
American Welding Society, 550 NW LeJeune Road, Miami, FL 33126-5671, τηλέφωνο 305-443-9353, φαξ 305-443-7559, ιστότοπος www.aws.org.
ASTM Intl., 100 Barr Harbor Drive, West Conshohocken, PA 19428-2959, τηλέφωνο 610-832-9585, φαξ 610-832-9555, ιστότοπος www.astm.org.
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.
Το FABRICATOR είναι το κορυφαίο περιοδικό κατασκευής και διαμόρφωσης χάλυβα στη Βόρεια Αμερική.Το περιοδικό δημοσιεύει ειδήσεις, τεχνικά άρθρα και ιστορίες επιτυχίας που επιτρέπουν στους κατασκευαστές να κάνουν τη δουλειά τους πιο αποτελεσματικά.Η FABRICATOR βρίσκεται στον κλάδο από το 1970.
Τώρα με πλήρη πρόσβαση στην ψηφιακή έκδοση The FABRICATOR, εύκολη πρόσβαση σε πολύτιμους πόρους της βιομηχανίας.
Η ψηφιακή έκδοση του The Tube & Pipe Journal είναι πλέον πλήρως προσβάσιμη, παρέχοντας εύκολη πρόσβαση σε πολύτιμους πόρους της βιομηχανίας.
Αποκτήστε πλήρη ψηφιακή πρόσβαση στο περιοδικό STAMPING Journal, το οποίο περιλαμβάνει την τελευταία λέξη της τεχνολογίας, τις βέλτιστες πρακτικές και τα νέα του κλάδου για την αγορά σφράγισης μετάλλων.
Τώρα με πλήρη ψηφιακή πρόσβαση στο The Fabricator en Español, έχετε εύκολη πρόσβαση σε πολύτιμους πόρους της βιομηχανίας.