En varias situacións estruturais, os enxeñeiros poden necesitar avaliar a resistencia das unións feitas por soldaduras e fixadores mecánicos.Hoxe, os fixadores mecánicos adoitan ser parafusos, pero os deseños máis antigos poden ter remaches.
Isto pode ocorrer durante as actualizacións, renovacións ou melloras dun proxecto.Un novo deseño pode esixir parafusar e soldar para traballar xuntos nunha unión onde o material que se vai unir primeiro se atornilla e despois se solda para proporcionar toda a resistencia á unión.
Non obstante, determinar a capacidade de carga total dunha unión non é tan sinxelo como sumar a suma dos compoñentes individuais (soldaduras, parafusos e remaches).Tal suposición pode levar a consecuencias desastrosas.
As conexións parafusadas descríbense na Especificación de unión estrutural do Instituto Americano de Estruturas de Aceiro (AISC), que usa parafusos ASTM A325 ou A490 como montaxe axustado, precarga ou chave deslizante.
Aperte as conexións ben apretadas cunha chave de impacto ou cerraxeiro utilizando unha chave de dúas caras convencional para garantir que as capas estean en contacto axustado.Nunha conexión pretensada, os parafusos instálanse de forma que estean sometidos a importantes cargas de tracción, e as placas están sometidas a cargas de compresión.
1. Xire a porca.O método de xirar a porca implica apertar o parafuso e despois xirar a porca unha cantidade adicional, que depende do diámetro e lonxitude do parafuso.
2. Calibra a chave.O método de chave calibrada mide o torque asociado á tensión do parafuso.
3. Parafuso de axuste de tensión tipo torsión.Os parafusos de tensión de torsión teñen pequenos cravos no extremo do parafuso oposto á cabeza.Cando se alcanza o par necesario, desaparafusa o perno.
4. Índice de tracción recta.Os indicadores de tensión directa son arandelas especiais con pestanas.A cantidade de compresión na lengüeta indica o nivel de tensión aplicada ao parafuso.
En termos simples, os parafusos actúan como alfinetes en xuntas axustadas e pretensadas, como un alfinete de latón que suxeita unha pila de papel perforado.As xuntas de deslizamento críticas funcionan por fricción: a precarga crea carga aerodinámica e a fricción entre as superficies de contacto traballa conxuntamente para resistir o deslizamento da unión.É como unha carpeta que mantén unha pila de papeis xuntos, non porque estean perforados buratos no papel, senón porque a carpeta presiona os papeis xuntos e a fricción mantén a pila unida.
Os parafusos ASTM A325 teñen unha resistencia á tracción mínima de 150 a 120 kg por polgada cadrada (KSI), dependendo do diámetro do parafuso, mentres que os parafusos A490 deben ter unha resistencia á tracción de 150 a 170-KSI.As xuntas de remaches compórtanse máis como xuntas axustadas, pero neste caso, os pasadores son remaches que normalmente son preto da metade de fortes que un parafuso A325.
Unha de dúas cousas pode ocorrer cando unha unión fixada mecánicamente está sometida a forzas cortantes (cando un elemento tende a deslizarse sobre outro debido a unha forza aplicada).Os parafusos ou remaches poden estar nos lados dos orificios, o que fai que os parafusos ou remaches se corten ao mesmo tempo.A segunda posibilidade é que a fricción causada pola forza de suxeición dos parafusos pretensados ​​poida soportar cargas de cizallamento.Non se espera ningún deslizamento para esta conexión, pero é posible.
Unha conexión estreita é aceptable para moitas aplicacións, xa que un deslizamento leve non pode afectar negativamente ás características da conexión.Por exemplo, considere un silo deseñado para almacenar material granular.Pode haber un lixeiro deslizamento ao cargar por primeira vez.Unha vez que se produza o deslizamento, non volverá ocorrer, porque todas as cargas posteriores son da mesma natureza.
A inversión de carga úsase nalgunhas aplicacións, como cando os elementos xiratorios están sometidos a cargas alternas de tracción e compresión.Outro exemplo é un elemento de flexión sometido a cargas totalmente inversas.Cando hai un cambio significativo na dirección da carga, pode ser necesaria unha conexión precargada para eliminar o deslizamento cíclico.Este escorregamento eventualmente leva a un maior deslizamento nos buratos alongados.
Algunhas articulacións experimentan moitos ciclos de carga que poden provocar fatiga.Estes inclúen prensas, soportes de guindastre e conexións en pontes.As conexións críticas deslizantes son necesarias cando a conexión está sometida a cargas de fatiga en sentido inverso.Para este tipo de condicións, é moi importante que a articulación non esvare, polo que son necesarias xuntas críticas para o deslizamento.
As conexións aparafusadas existentes poden deseñarse e fabricarse segundo calquera destes estándares.As conexións de remaches considéranse axustadas.
As unións soldadas son ríxidas.As xuntas de soldadura son complicadas.A diferenza das xuntas parafusadas axustadas, que poden esvarar baixo carga, as soldaduras non teñen que estirar e distribuír a carga aplicada en gran medida.Na maioría dos casos, os fixadores mecánicos soldados e de rodamentos non se deforman do mesmo xeito.
Cando se usan soldaduras con fixadores mecánicos, a carga transfírese pola parte máis dura, polo que a soldadura pode soportar case toda a carga, compartindo moi pouco co parafuso.É por iso que hai que ter coidado ao soldar, aparafusar e remachar.Especificacións.AWS D1 resolve o problema de mesturar fixadores mecánicos e soldaduras.Especificación 1:2000 para soldadura estrutural de aceiro.O parágrafo 2.6.3 establece que para os remaches ou parafusos utilizados en unións de tipo rodamento (é dicir, cando o parafuso ou remache actúa como un pasador), non se debe considerar que os fixadores mecánicos comparten a carga coa soldadura.Se se utiliza soldadura, débense proporcionar para soportar toda a carga na unión.Non obstante, permítense conexións soldadas a un elemento e remachados ou atornillados a outro elemento.
Cando se usan fixadores mecánicos de tipo rodamento e se engaden soldaduras, a capacidade de carga do parafuso é descoidada en gran medida.Segundo esta disposición, a soldadura debe deseñarse para transferir todas as cargas.
Isto é esencialmente o mesmo que AISC LRFD-1999, cláusula J1.9.Non obstante, a norma canadense CAN/CSA-S16.1-M94 tamén permite o seu uso autónomo cando a potencia do parafuso ou parafuso mecánico é superior á da soldadura.
Nesta materia son coherentes tres criterios: as posibilidades de suxeición mecánica do tipo de rodamentos e as posibilidades de soldadura non se suman.
A sección 2.6.3 de AWS D1.1 tamén analiza as situacións nas que se poden combinar parafusos e soldaduras nunha unión de dúas partes, como se mostra na Figura 1. Soldaduras á esquerda, parafusadas á dereita.Aquí pódese ter en conta a potencia total das soldaduras e parafusos.Cada parte de toda a conexión funciona de forma independente.Así, este código é unha excepción ao principio contido na primeira parte de 2.6.3.
As regras que acabamos de comentar aplícanse aos novos edificios.Para as estruturas existentes, a cláusula 8.3.7 D1.1 establece que cando os cálculos estruturais mostran que un remache ou parafuso será sobrecargado por unha nova carga total, só se lle debe asignar a carga estática existente.
As mesmas regras esixen que se un remache ou parafuso só se sobrecarga con cargas estáticas ou se somete a cargas cíclicas (fatiga), débese engadir suficiente metal base e soldaduras para soportar a carga total.
A distribución da carga entre fixadores mecánicos e soldaduras é aceptable se a estrutura está precargada, é dicir, se se produciu un deslizamento entre os elementos conectados.Pero só se poden colocar cargas estáticas nos fixadores mecánicos.As cargas vivas que poidan provocar un maior deslizamento deberán estar protexidas mediante o uso de soldaduras capaces de soportar toda a carga.
As soldaduras deben utilizarse para soportar todas as cargas aplicadas ou dinámicas.Cando os fixadores mecánicos xa están sobrecargados, non se permite compartir carga.Baixo carga cíclica, non se permite compartir carga, xa que a carga pode provocar un deslizamento permanente e unha sobrecarga da soldadura.
ilustración.Considere unha xunta de solapa que estaba orixinalmente atornillada (ver Figura 2).A estrutura engade potencia extra e hai que engadir conexións e conectores para proporcionar o dobre de forza.Sobre a fig.3 móstrase o plan básico de fortalecemento dos elementos.Como se debe facer a conexión?
Dado que o novo aceiro tiña que unirse ao antigo mediante soldaduras de filete, o enxeñeiro decidiu engadir algunhas soldaduras de filete na unión.Dado que os parafusos aínda estaban no seu lugar, a idea orixinal era engadir só as soldaduras necesarias para transferir a potencia extra ao novo aceiro, esperando que o 50% da carga pasase polos parafusos e o 50% da carga pasase polas novas soldaduras.É aceptable?
Supoñamos primeiro que non se aplican cargas estáticas actualmente á conexión.Neste caso, aplícase o parágrafo 2.6.3 de AWS D1.1.
Nesta unión de tipo de rodamento, non se pode considerar que a soldadura e o parafuso compartan a carga, polo que o tamaño da soldadura especificado debe ser o suficientemente grande como para soportar toda a carga estática e dinámica.Non se pode ter en conta a capacidade de carga dos parafusos deste exemplo, porque sen unha carga estática, a conexión estará folgada.A soldadura (deseñada para soportar a metade da carga) rompe inicialmente cando se aplica a carga completa.Entón o parafuso, tamén deseñado para transferir a metade da carga, tenta transferir a carga e rompe.
Supoña ademais que se aplica unha carga estática.Ademais, suponse que a conexión existente é suficiente para soportar a carga permanente existente.Neste caso, aplícase o parágrafo 8.3.7 D1.1.As novas soldaduras só precisan soportar o aumento das cargas estáticas e xerais.As cargas mortas existentes pódense asignar aos fixadores mecánicos existentes.
Baixo carga constante, a conexión non se cede.Pola contra, os parafusos xa soportan a súa carga.Houbo algún deslizamento na conexión.Polo tanto, pódense utilizar soldaduras e poden transmitir cargas dinámicas.
A resposta á pregunta "É isto aceptable?"depende das condicións de carga.No primeiro caso, en ausencia de carga estática, a resposta será negativa.Baixo as condicións específicas do segundo escenario, a resposta é si.
Só porque se aplica unha carga estática, non sempre é posible sacar unha conclusión.O nivel de cargas estáticas, a adecuación das conexións mecánicas existentes e a natureza das cargas finais, xa sexan estáticas ou cíclicas, poden cambiar a resposta.
Duane K. Miller, MD, PE, 22801 Saint Clair Ave., Cleveland, OH 44117-1199, Xerente do Centro de Tecnoloxía de Soldadura, Lincoln Electric Company, www.lincolnelectric.com.Lincoln Electric fabrica equipos de soldadura e consumibles de soldadura en todo o mundo.Os enxeñeiros e técnicos do Centro Tecnolóxico de Soldadura axudan aos clientes a resolver problemas de soldadura.
Sociedade Americana de Soldadura, 550 NW LeJeune Road, Miami, FL 33126-5671, teléfono 305-443-9353, fax 305-443-7559, sitio web www.aws.org.
ASTM Intl., 100 Barr Harbor Drive, West Conshohocken, PA 19428-2959, teléfono 610-832-9585, fax 610-832-9555, sitio web www.astm.org.
American Steel Structures Association, One E. Wacker Drive, Suite 3100, Chicago, IL 60601-2001, teléfono 312-670-2400, fax 312-670-5403, sitio web www.aisc.org.
FABRICATOR é a principal revista de fabricación e conformación de aceiro de América do Norte.A revista publica noticias, artigos técnicos e casos de éxito que permiten aos fabricantes facer o seu traballo de forma máis eficiente.FABRICATOR leva na industria dende 1970.
Agora con acceso total á edición dixital de The FABRICATOR e fácil acceso a valiosos recursos do sector.
A edición dixital de The Tube & Pipe Journal é agora totalmente accesible e ofrece un fácil acceso a valiosos recursos da industria.
Obtén acceso dixital completo ao STAMPING Journal, que inclúe as últimas tecnoloxías, as mellores prácticas e as noticias do sector para o mercado de estampación metálica.
Agora, con acceso dixital completo a The Fabricator en Español, tes fácil acceso a valiosos recursos do sector.