در شرایط ساختاری مختلف، مهندسان ممکن است نیاز به ارزیابی استحکام اتصالات ساخته شده توسط جوش ها و بست های مکانیکی داشته باشند.امروزه بست های مکانیکی معمولاً پیچ و مهره هستند، اما طرح های قدیمی تر ممکن است پرچ داشته باشند.
این می تواند در حین ارتقاء، بازسازی یا بهبود پروژه اتفاق بیفتد.یک طرح جدید ممکن است نیاز به پیچ و مهره و جوش داشته باشد تا با هم در اتصالی کار کنند که در آن مواد مورد اتصال ابتدا به یکدیگر پیچ می شوند و سپس برای ایجاد استحکام کامل به اتصال جوش داده می شوند.
با این حال، تعیین ظرفیت بارگذاری کل یک اتصال به سادگی جمع کردن مجموع اجزای جداگانه (جوش، پیچ و مهره و پرچ) نیست.چنین فرضی می تواند منجر به عواقب فاجعه بار شود.
اتصالات پیچ و مهره‌ای در مشخصات اتصال سازه‌های سازه‌های فولادی آمریکا (AISC) توضیح داده شده‌اند که از پیچ‌های ASTM A325 یا A490 به‌عنوان کلید محکم، پیش‌بارگیری یا کشویی استفاده می‌کند.
اتصالات محکم شده را با آچار ضربه ای یا قفل ساز با استفاده از آچار دو طرفه معمولی محکم کنید تا مطمئن شوید که لایه ها در تماس محکم هستند.در اتصال پیش تنیده، پیچ ها به گونه ای نصب می شوند که تحت بارهای کششی قابل توجهی قرار می گیرند و صفحات تحت بار فشاری قرار می گیرند.
1. مهره را بچرخانید.روش چرخاندن مهره شامل سفت کردن پیچ و سپس چرخاندن مهره به مقدار اضافی است که بستگی به قطر و طول پیچ دارد.
2. کلید را کالیبره کنید.روش آچار کالیبره شده، گشتاور مرتبط با کشش پیچ را اندازه گیری می کند.
3. پیچ تنظیم تنش نوع پیچشی.پیچ های کششی پیچ و تاب دار دارای ناودانی های کوچک در انتهای پیچ روبروی سر هستند.هنگامی که گشتاور مورد نیاز به دست آمد، گل میخ باز می شود.
4. شاخص کشش مستقیم.نشانگرهای کشش مستقیم واشرهای مخصوص با زبانه هستند.میزان فشرده سازی روی لوگ نشان دهنده سطح کشش اعمال شده به پیچ است.
به زبان ساده، پیچ‌ها مانند پین‌هایی در اتصالات محکم و از پیش تنیده عمل می‌کنند، بسیار شبیه یک پین برنجی که پشته‌ای از کاغذ سوراخ‌دار را در کنار هم نگه می‌دارد.اتصالات لغزشی بحرانی با اصطکاک کار می کنند: پیش بارگذاری نیروی رو به پایین ایجاد می کند و اصطکاک بین سطوح تماس با هم کار می کند تا در برابر لغزش اتصال مقاومت کند.مانند صحافی است که دسته ای از کاغذها را کنار هم نگه می دارد، نه به خاطر سوراخ شدن کاغذ، بلکه به این دلیل که کلاسور کاغذها را به هم فشار می دهد و اصطکاک پشته را روی هم نگه می دارد.
پیچ و مهره های ASTM A325 بسته به قطر پیچ دارای حداقل استحکام کششی 150 تا 120 کیلوگرم بر اینچ مربع (KSI) هستند، در حالی که پیچ های A490 باید دارای استحکام کششی 150 تا 170-KSI باشند.اتصالات پرچ بیشتر شبیه اتصالات سفت عمل می کنند، اما در این مورد، پین ها پرچ هایی هستند که معمولاً تقریباً نصف یک پیچ A325 استحکام دارند.
یکی از دو مورد ممکن است زمانی اتفاق بیفتد که یک اتصال مکانیکی بسته شده در معرض نیروهای برشی قرار گیرد (زمانی که یک عنصر به دلیل نیروی اعمالی تمایل دارد روی دیگری بلغزد).پیچ‌ها یا پرچ‌ها می‌توانند در کناره‌های سوراخ‌ها باشند و باعث شوند که پیچ‌ها یا پرچ‌ها همزمان بریده شوند.احتمال دوم این است که اصطکاک ناشی از نیروی گیره بست های پیش تنیده می تواند بارهای برشی را تحمل کند.برای این اتصال لغزشی پیش بینی نمی شود اما امکان پذیر است.
اتصال محکم برای بسیاری از کاربردها قابل قبول است، زیرا لغزش جزئی نمی تواند بر ویژگی های اتصال تأثیر منفی بگذارد.به عنوان مثال، سیلویی را در نظر بگیرید که برای نگهداری مواد گرانول طراحی شده است.ممکن است هنگام بارگیری برای اولین بار لغزش جزئی وجود داشته باشد.هنگامی که لغزش اتفاق می افتد، دیگر تکرار نمی شود، زیرا همه بارهای بعدی از یک ماهیت هستند.
معکوس بار در برخی کاربردها استفاده می شود، مانند زمانی که عناصر دوار تحت بارهای کششی و فشاری متناوب قرار می گیرند.مثال دیگر یک عنصر خمشی است که تحت بارهای کاملا معکوس قرار می گیرد.هنگامی که تغییر قابل توجهی در جهت بار وجود دارد، ممکن است برای از بین بردن لغزش چرخه‌ای نیاز به اتصال از پیش بارگذاری شده باشد.این لغزش در نهایت منجر به لغزش بیشتر در سوراخ های کشیده می شود.
برخی از مفاصل چرخه های بار زیادی را تجربه می کنند که می تواند منجر به خستگی شود.از جمله پرس ها، تکیه گاه های جرثقیل و اتصالات در پل ها می باشد.هنگامی که اتصال در جهت معکوس تحت بارهای خستگی قرار می گیرد، اتصالات حیاتی کشویی مورد نیاز است.برای این نوع شرایط، لغزش نکردن مفصل بسیار مهم است، بنابراین به مفاصل بحرانی لغزش نیاز است.
اتصالات پیچی موجود را می توان با هر یک از این استانداردها طراحی و تولید کرد.اتصالات پرچ محکم در نظر گرفته می شود.
اتصالات جوش داده شده سفت و سخت هستند.اتصالات لحیم کاری مشکل هستند.برخلاف اتصالات پیچ و مهره ای محکم که می توانند تحت بار بلغزند، جوش ها مجبور نیستند بار اعمال شده را تا حد زیادی کشیده و توزیع کنند.در بیشتر موارد، بست های مکانیکی نوع جوشی و بلبرینگ به یک شکل تغییر شکل نمی دهند.
هنگامی که از جوش با اتصال دهنده های مکانیکی استفاده می شود، بار از طریق قسمت سخت تر منتقل می شود، بنابراین جوش می تواند تقریباً تمام بار را حمل کند، با مقدار بسیار کمی که با پیچ مشترک است.به همین دلیل است که هنگام جوشکاری، پیچ و مهره و پرچ کاری باید دقت شود.مشخصات فنی.AWS D1 مشکل اختلاط بست های مکانیکی و جوش ها را حل می کند.مشخصات 1:2000 برای جوش سازه – فولاد.پاراگراف 2.6.3 بیان می کند که برای پرچ ها یا پیچ های مورد استفاده در اتصالات نوع یاتاقان (یعنی جایی که پیچ یا پرچ به عنوان یک پین عمل می کند)، اتصال دهنده های مکانیکی نباید برای تقسیم بار با جوش در نظر گرفته شوند.در صورت استفاده از جوشکاری، باید برای حمل بار کامل در محل اتصال فراهم شود.با این حال، اتصالات جوش داده شده به یک عنصر و پرچ یا پیچ به عنصر دیگر مجاز است.
هنگام استفاده از بست های مکانیکی نوع بلبرینگ و افزودن جوش، ظرفیت باربری پیچ تا حد زیادی نادیده گرفته می شود.بر اساس این ماده، جوش باید طوری طراحی شود که تمام بارها را منتقل کند.
این اساساً مشابه AISC LRFD-1999، بند J1.9 است.با این حال، استاندارد کانادایی CAN/CSA-S16.1-M94 همچنین اجازه می دهد تا زمانی که قدرت بست مکانیکی یا پیچ و مهره مکانیکی بالاتر از جوشکاری است، از آن به تنهایی استفاده کنید.
در این مورد، سه معیار مطابقت دارند: امکان اتصالات مکانیکی از نوع بلبرینگ و احتمالات جوش با هم جمع نمی شوند.
بخش 2.6.3 AWS D1.1 همچنین شرایطی را مورد بحث قرار می دهد که پیچ و مهره و جوش را می توان در یک اتصال دو قسمتی ترکیب کرد، همانطور که در شکل 1 نشان داده شده است. جوش در سمت چپ، پیچ در سمت راست.در اینجا می توان قدرت کل جوش ها و پیچ ها را در نظر گرفت.هر قسمت از کل اتصال به طور مستقل عمل می کند.بنابراین، این کد یک استثنا از اصل مندرج در قسمت اول 2.6.3 است.
قوانینی که اخیراً مورد بحث قرار گرفت در مورد ساختمان های جدید اعمال می شود.برای سازه‌های موجود، بند 8.3.7 D1.1 بیان می‌کند که وقتی محاسبات سازه‌ای نشان می‌دهد که یک پرچ یا پیچ با بار کلی جدید اضافه بار می‌شود، فقط بار استاتیکی موجود باید به آن اختصاص داده شود.
همان قوانین مستلزم آن است که اگر یک پرچ یا پیچ فقط با بارهای استاتیک بیش از حد بارگذاری شود یا در معرض بارهای چرخه ای (خستگی) قرار گیرد، باید فلز پایه و جوش کافی برای تحمل بار کل اضافه شود.
توزیع بار بین بست های مکانیکی و جوش ها در صورتی قابل قبول است که سازه از قبل بارگذاری شده باشد، به عبارت دیگر، اگر لغزش بین عناصر متصل رخ داده باشد.اما فقط بارهای ساکن را می توان روی بست های مکانیکی قرار داد.بارهای زنده ای که می توانند منجر به لغزش بیشتر شوند باید با استفاده از جوش هایی که قادر به تحمل کل بار هستند محافظت شوند.
جوش ها باید برای تحمل تمام بارهای اعمالی یا دینامیکی استفاده شوند.هنگامی که بست های مکانیکی از قبل بیش از حد بارگذاری شده اند، اشتراک بار مجاز نیست.تحت بارگذاری چرخه ای، اشتراک بار مجاز نیست، زیرا بار می تواند منجر به لغزش دائمی و اضافه بار جوش شود.
تصویر.یک مفصل لبه ای را در نظر بگیرید که در ابتدا محکم پیچ شده بود (شکل 2 را ببینید).این سازه قدرت اضافی می‌افزاید و اتصالات و کانکتورها باید اضافه شوند تا استحکام دو برابری ایجاد شود.روی انجیر3 طرح اساسی برای تقویت عناصر را نشان می دهد.چگونه باید اتصال برقرار شود؟
از آنجایی که فولاد جدید باید توسط جوش فیله ای به فولاد قدیمی متصل می شد، مهندس تصمیم گرفت تا مقداری جوش فیله در محل اتصال اضافه کند.از آنجایی که پیچ‌ها هنوز سر جای خود بودند، ایده اولیه این بود که فقط جوش‌های مورد نیاز برای انتقال نیروی اضافی به فولاد جدید اضافه شود، انتظار می‌رفت که 50 درصد بار از طریق پیچ‌ها و 50 درصد از بار از طریق جوش‌های جدید عبور کند.قابل قبول است؟
اجازه دهید ابتدا فرض کنیم که در حال حاضر هیچ بار استاتیکی به اتصال اعمال نمی شود.در این مورد، بند 2.6.3 AWS D1.1 اعمال می شود.
در این نوع اتصال یاتاقان، نمی توان جوش و پیچ را به عنوان مشترک بار در نظر گرفت، بنابراین اندازه جوش مشخص شده باید به اندازه کافی بزرگ باشد تا بتواند تمام بار استاتیک و دینامیکی را تحمل کند.ظرفیت باربری پیچ ها در این مثال را نمی توان در نظر گرفت، زیرا بدون بار استاتیک، اتصال در حالت شل خواهد بود.جوش (طراحی شده برای حمل نیمی از بار) در ابتدا با اعمال بار کامل پاره می شود.سپس پیچ که برای انتقال نیمی از بار نیز طراحی شده است، سعی در انتقال بار می کند و می شکند.
علاوه بر این فرض کنید که یک بار استاتیک اعمال می شود.علاوه بر این، فرض بر این است که اتصال موجود برای حمل بار دائمی موجود کافی است.در این مورد، بند 8.3.7 D1.1 اعمال می شود.جوش های جدید فقط نیاز به تحمل بارهای زنده استاتیکی و عمومی دارند.بارهای مرده موجود را می توان به بست های مکانیکی موجود اختصاص داد.
تحت بار ثابت، اتصال افت نمی کند.در عوض، پیچ‌ها قبلاً بار خود را تحمل می‌کنند.لغزشی در اتصال رخ داده است.بنابراین می توان از جوش ها استفاده کرد و بارهای دینامیکی را انتقال داد.
پاسخ به سوال "آیا این قابل قبول است؟"بستگی به شرایط بار دارددر حالت اول، در صورت عدم وجود بار استاتیک، پاسخ منفی خواهد بود.در شرایط خاص سناریوی دوم، پاسخ مثبت است.
فقط به دلیل اعمال بار استاتیک، همیشه نمی توان نتیجه گرفت.سطح بارهای استاتیکی، کفایت اتصالات مکانیکی موجود، و ماهیت بارهای انتهایی - خواه استاتیک یا چرخه ای - ممکن است پاسخ را تغییر دهد.
Duane K. Miller, MD, PE, 22801 Saint Clair Ave., Cleveland, OH 44117-1199, Welding Technology Center, Lincoln Electric Company, www.lincolnelectric.com.لینکلن الکتریک تجهیزات جوش و مواد مصرفی جوشکاری را در سراسر جهان تولید می کند.مهندسان و تکنسین های مرکز فناوری جوش به مشتریان در حل مشکلات جوشکاری کمک می کنند.
American Welding Society، 550 NW LeJeune Road، Miami، FL 33126-5671، تلفن 305-443-9353، فکس 305-443-7559، وب سایت www.aws.org.
ASTM Intl., 100 Barr Harbor Drive, West Conshohocken, PA 19428-2959, phone 610-832-9585, fax 610-832-9555, وب سایت 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.
FABRICATOR پیشروترین مجله تولید و شکل دهی فولاد در آمریکای شمالی است.این مجله اخبار، مقالات فنی و داستان های موفقیت آمیز را منتشر می کند که تولید کنندگان را قادر می سازد تا کار خود را به نحو احسن انجام دهند.FABRICATOR از سال 1970 وارد صنعت شده است.
اکنون با دسترسی کامل به نسخه دیجیتال FABRICATOR، دسترسی آسان به منابع ارزشمند صنعت.
نسخه دیجیتال The Tube & Pipe Journal اکنون کاملاً در دسترس است و دسترسی آسان به منابع ارزشمند صنعت را فراهم می کند.
دسترسی دیجیتالی کامل به مجله STAMPING دریافت کنید که دارای آخرین فناوری، بهترین شیوه ها و اخبار صنعت برای بازار مهر زنی فلز است.
اکنون با دسترسی کامل دیجیتال به The Fabricator en Español، دسترسی آسانی به منابع ارزشمند صنعت دارید.