विभिन्न संरचनात्मक स्थितियों में, इंजीनियरों को वेल्ड और यांत्रिक फास्टनरों द्वारा बनाए गए जोड़ों की मजबूती का मूल्यांकन करने की आवश्यकता हो सकती है। आजकल, यांत्रिक फास्टनरों के रूप में आमतौर पर बोल्ट का उपयोग किया जाता है, लेकिन पुराने डिज़ाइनों में रिवेट का उपयोग हो सकता है।
किसी परियोजना के उन्नयन, नवीनीकरण या सुधार के दौरान ऐसा हो सकता है। नए डिज़ाइन में बोल्टिंग और वेल्डिंग को एक साथ काम करने की आवश्यकता हो सकती है, जहां जोड़े जाने वाले पदार्थ को पहले बोल्ट से जोड़ा जाता है और फिर जोड़ को पूरी मजबूती प्रदान करने के लिए वेल्डिंग की जाती है।
हालांकि, किसी जोड़ की कुल भार वहन क्षमता का निर्धारण करना उसके अलग-अलग घटकों (वेल्ड, बोल्ट और रिवेट) के योग को जोड़ने जितना आसान नहीं है। ऐसा अनुमान लगाना विनाशकारी परिणामों को जन्म दे सकता है।
बोल्टेड कनेक्शनों का वर्णन अमेरिकन इंस्टीट्यूट ऑफ स्टील स्ट्रक्चर्स (एआईएससी) स्ट्रक्चरल जॉइंट स्पेसिफिकेशन में किया गया है, जो टाइट माउंट, प्रीलोड या स्लाइडिंग की के रूप में एएसटीएम ए325 या ए490 बोल्ट का उपयोग करता है।
मजबूत कनेक्शनों को इम्पैक्ट रिंच या किसी पारंपरिक दो-तरफ़ा रिंच का उपयोग करके कसें ताकि यह सुनिश्चित हो सके कि परतें आपस में अच्छी तरह से जुड़ी हुई हैं। प्रीस्ट्रेस्ड कनेक्शन में, बोल्ट इस प्रकार लगाए जाते हैं कि उन पर काफी तनाव भार पड़ता है और प्लेटों पर संपीडन भार पड़ता है।
1. नट को घुमाएँ। नट को घुमाने की विधि में बोल्ट को कसना और फिर नट को अतिरिक्त मात्रा में घुमाना शामिल है, जो बोल्ट के व्यास और लंबाई पर निर्भर करता है।
2. कुंजी को कैलिब्रेट करें। कैलिब्रेटेड रिंच विधि बोल्ट तनाव से जुड़े टॉर्क को मापती है।
3. टॉर्शन प्रकार का तनाव समायोजन बोल्ट। ट्विस्ट-ऑफ तनाव बोल्ट के शीर्ष के विपरीत सिरे पर छोटे स्टड लगे होते हैं। जब आवश्यक टॉर्क पहुँच जाता है, तो स्टड को खोल दिया जाता है।
4. स्ट्रेट पुल इंडेक्स। डायरेक्ट टेंशन इंडिकेटर टैब वाले विशेष वॉशर होते हैं। लग पर संपीड़न की मात्रा बोल्ट पर लगाए गए तनाव के स्तर को दर्शाती है।
सरल शब्दों में कहें तो, बोल्ट कसकर लगे और पहले से तनावग्रस्त जोड़ों में पिन की तरह काम करते हैं, ठीक वैसे ही जैसे पीतल की पिन छिद्रित कागजों के ढेर को एक साथ पकड़े रखती है। महत्वपूर्ण स्लाइडिंग जोड़ घर्षण के सिद्धांत पर काम करते हैं: प्रीलोड से डाउनफोर्स उत्पन्न होता है, और संपर्क सतहों के बीच घर्षण मिलकर जोड़ को फिसलने से रोकता है। यह उस बाइंडर की तरह है जो कागजों के ढेर को एक साथ बांधे रखता है, इसलिए नहीं कि कागजों में छेद किए गए हैं, बल्कि इसलिए कि बाइंडर कागजों को एक साथ दबाता है और घर्षण के कारण ढेर एक साथ बंधा रहता है।
ASTM A325 बोल्ट की न्यूनतम तन्यता शक्ति बोल्ट के व्यास के आधार पर 150 से 120 किलोग्राम प्रति वर्ग इंच (KSI) होती है, जबकि A490 बोल्ट की तन्यता शक्ति 150 से 170 KSI होनी चाहिए। रिवेट जोड़ अधिक मजबूत जोड़ों की तरह व्यवहार करते हैं, लेकिन इस मामले में, पिन रिवेट होते हैं जो आमतौर पर A325 बोल्ट की तुलना में लगभग आधे मजबूत होते हैं।
जब किसी यांत्रिक रूप से जुड़े जोड़ पर अपरूपण बल (जब एक तत्व लगाए गए बल के कारण दूसरे पर फिसलने लगता है) लगता है, तो दो स्थितियाँ उत्पन्न हो सकती हैं। बोल्ट या रिवेट छेदों के किनारों पर लगे हो सकते हैं, जिससे वे एक ही समय में टूट सकते हैं। दूसरी संभावना यह है कि प्रीटेंशन किए गए फास्टनरों के क्लैम्पिंग बल से उत्पन्न घर्षण अपरूपण भार को सहन कर सकता है। इस जोड़ में फिसलन की कोई संभावना नहीं है, लेकिन ऐसा हो सकता है।
कई अनुप्रयोगों के लिए एक मजबूत जुड़ाव स्वीकार्य है, क्योंकि मामूली फिसलन से जुड़ाव की विशेषताओं पर प्रतिकूल प्रभाव नहीं पड़ता है। उदाहरण के लिए, दानेदार सामग्री को संग्रहित करने के लिए डिज़ाइन किए गए एक साइलो पर विचार करें। पहली बार लोड करते समय थोड़ी फिसलन हो सकती है। एक बार फिसलन होने के बाद, यह दोबारा नहीं होगी, क्योंकि बाद के सभी लोड एक ही प्रकार के होते हैं।
कुछ अनुप्रयोगों में भार उत्क्रमण का उपयोग किया जाता है, जैसे कि जब घूर्णनशील तत्वों पर प्रत्यावर्ती तन्यता और संपीडन भार लगते हैं। एक अन्य उदाहरण एक झुकने वाला तत्व है जिस पर पूरी तरह से विपरीत भार लगते हैं। जब भार की दिशा में महत्वपूर्ण परिवर्तन होता है, तो चक्रीय फिसलन को समाप्त करने के लिए एक पूर्व-भारित कनेक्शन की आवश्यकता हो सकती है। यह फिसलन अंततः विस्तारित छिद्रों में अधिक फिसलन का कारण बनती है।
कुछ जोड़ों पर कई भार चक्र पड़ते हैं, जिससे थकान उत्पन्न हो सकती है। इनमें प्रेस, क्रेन सपोर्ट और पुलों के कनेक्शन शामिल हैं। स्लाइडिंग क्रिटिकल कनेक्शन तब आवश्यक होते हैं जब कनेक्शन पर विपरीत दिशा में थकान भार पड़ता है। इस प्रकार की स्थितियों में, यह अत्यंत महत्वपूर्ण है कि जोड़ फिसले नहीं, इसलिए स्लिप-क्रिटिकल जोड़ों की आवश्यकता होती है।
मौजूदा बोल्टेड कनेक्शनों को इनमें से किसी भी मानक के अनुसार डिजाइन और निर्मित किया जा सकता है। रिवेट कनेक्शनों को मजबूत माना जाता है।
वेल्ड किए गए जोड़ कठोर होते हैं। सोल्डर किए गए जोड़ थोड़े जटिल होते हैं। बोल्ट से कसे हुए जोड़ों के विपरीत, जो भार पड़ने पर ढीले पड़ सकते हैं, वेल्ड किए गए जोड़ों को खिंचाव की आवश्यकता नहीं होती और वे लगाए गए भार को अधिक हद तक वितरित नहीं करते। अधिकांश मामलों में, वेल्डेड और बेयरिंग प्रकार के यांत्रिक फास्टनर एक समान रूप से विकृत नहीं होते हैं।
जब वेल्डिंग के साथ यांत्रिक फास्टनरों का उपयोग किया जाता है, तो भार कठोर भाग के माध्यम से स्थानांतरित होता है, इसलिए वेल्डिंग लगभग सारा भार वहन कर सकती है, बोल्ट पर बहुत कम भार पड़ता है। यही कारण है कि वेल्डिंग, बोल्टिंग और रिवेटिंग करते समय सावधानी बरतनी चाहिए। विनिर्देश। AWS D1 यांत्रिक फास्टनरों और वेल्डिंग के मिश्रण की समस्या का समाधान करता है। संरचनात्मक वेल्डिंग - इस्पात के लिए विनिर्देश 1:2000। अनुच्छेद 2.6.3 में कहा गया है कि बेयरिंग-प्रकार के जोड़ों (अर्थात् जहां बोल्ट या रिवेट पिन की तरह कार्य करता है) में उपयोग किए जाने वाले रिवेट या बोल्ट के लिए, यांत्रिक फास्टनरों को वेल्डिंग के साथ भार साझा करने वाला नहीं माना जाना चाहिए। यदि वेल्डिंग का उपयोग किया जाता है, तो उन्हें जोड़ में पूरा भार वहन करने के लिए प्रदान किया जाना चाहिए। हालांकि, एक तत्व से वेल्डेड और दूसरे तत्व से रिवेट या बोल्ट द्वारा जुड़े कनेक्शनों की अनुमति है।
बेयरिंग-प्रकार के यांत्रिक फास्टनरों का उपयोग करते समय और वेल्डिंग करते समय, बोल्ट की भार वहन क्षमता को काफी हद तक अनदेखा किया जाता है। इस प्रावधान के अनुसार, वेल्डिंग को सभी भारों को स्थानांतरित करने के लिए डिज़ाइन किया जाना चाहिए।
यह मूलतः AISC LRFD-1999 के खंड J1.9 के समान है। हालाँकि, कनाडाई मानक CAN/CSA-S16.1-M94 भी स्टैंड-अलोन उपयोग की अनुमति देता है जब यांत्रिक फास्टनर या बोल्ट की शक्ति वेल्डिंग की शक्ति से अधिक होती है।
इस मामले में, तीन मानदंड सुसंगत हैं: बेयरिंग प्रकार के यांत्रिक फास्टनिंग की संभावनाएँ और वेल्ड की संभावनाएँ आपस में मेल नहीं खातीं।
AWS D1.1 के खंड 2.6.3 में उन स्थितियों पर भी चर्चा की गई है जहाँ बोल्ट और वेल्ड को दो-भाग वाले जोड़ में संयोजित किया जा सकता है, जैसा कि चित्र 1 में दिखाया गया है। बाईं ओर वेल्ड और दाईं ओर बोल्ट हैं। यहाँ वेल्ड और बोल्ट की कुल शक्ति को ध्यान में रखा जा सकता है। संपूर्ण कनेक्शन का प्रत्येक भाग स्वतंत्र रूप से कार्य करता है। इस प्रकार, यह कोड खंड 2.6.3 के पहले भाग में निहित सिद्धांत का अपवाद है।
ऊपर बताए गए नियम नए भवनों पर लागू होते हैं। मौजूदा संरचनाओं के लिए, खंड 8.3.7 डी1.1 में कहा गया है कि जब संरचनात्मक गणनाओं से पता चलता है कि किसी रिवेट या बोल्ट पर नए कुल भार का अतिरिक्त भार पड़ेगा, तो उस पर केवल मौजूदा स्थिर भार ही लागू किया जाना चाहिए।
इन्हीं नियमों के अनुसार, यदि किसी रिवेट या बोल्ट पर केवल स्थिर भार डाला जाता है या उस पर चक्रीय (थकान) भार डाला जाता है, तो कुल भार को सहन करने के लिए पर्याप्त आधार धातु और वेल्ड जोड़े जाने चाहिए।
यदि संरचना पूर्व-भारित है, यानी जुड़े हुए तत्वों के बीच फिसलन हुई है, तो यांत्रिक फास्टनरों और वेल्ड के बीच भार का वितरण स्वीकार्य है। लेकिन यांत्रिक फास्टनरों पर केवल स्थिर भार ही लगाया जा सकता है। अधिक फिसलन पैदा करने वाले जीवित भारों को ऐसे वेल्ड का उपयोग करके सुरक्षित किया जाना चाहिए जो पूरे भार को सहन करने में सक्षम हों।
वेल्ड को सभी प्रकार के बाहरी या गतिशील भार को सहन करने में सक्षम होना चाहिए। जब ​​यांत्रिक फास्टनर पहले से ही ओवरलोड हों, तो भार साझा करना अनुमत नहीं है। चक्रीय भार के तहत भी भार साझा करना अनुमत नहीं है, क्योंकि भार के कारण वेल्ड में स्थायी फिसलन और ओवरलोड हो सकता है।
उदाहरण के लिए, एक लैप जॉइंट पर विचार करें जिसे मूल रूप से बोल्ट से कसकर जोड़ा गया था (चित्र 2 देखें)। संरचना में अतिरिक्त शक्ति जोड़ी जाती है, और दोगुनी मजबूती प्रदान करने के लिए कनेक्शन और कनेक्टर जोड़ने होंगे। चित्र 3 में तत्वों को मजबूत करने की मूल योजना दिखाई गई है। कनेक्शन कैसे बनाया जाना चाहिए?
चूंकि नए स्टील को पुराने स्टील से फिललेट वेल्डिंग द्वारा जोड़ना था, इसलिए इंजीनियर ने जोड़ पर कुछ फिललेट वेल्डिंग करने का निर्णय लिया। बोल्ट अभी भी लगे हुए थे, इसलिए मूल विचार केवल अतिरिक्त भार को नए स्टील में स्थानांतरित करने के लिए आवश्यक वेल्डिंग करने का था, जिसमें यह माना गया था कि भार का 50% बोल्ट के माध्यम से और 50% नए वेल्डिंग के माध्यम से प्रवाहित होगा। क्या यह स्वीकार्य है?
सबसे पहले मान लेते हैं कि कनेक्शन पर वर्तमान में कोई स्थिर भार लागू नहीं है। इस स्थिति में, AWS D1.1 का अनुच्छेद 2.6.3 लागू होता है।
इस प्रकार के भार वहन करने वाले जोड़ में, वेल्ड और बोल्ट को भार साझा करने वाला नहीं माना जा सकता है, इसलिए निर्दिष्ट वेल्ड का आकार इतना बड़ा होना चाहिए कि वह सभी स्थिर और गतिशील भार को सहन कर सके। इस उदाहरण में बोल्ट की भार वहन क्षमता को ध्यान में नहीं रखा जा सकता है, क्योंकि स्थिर भार के बिना, कनेक्शन ढीली अवस्था में होगा। वेल्ड (जो आधा भार वहन करने के लिए डिज़ाइन किया गया है) पूर्ण भार लागू होने पर पहले टूट जाता है। फिर बोल्ट, जो आधा भार स्थानांतरित करने के लिए डिज़ाइन किया गया है, भार स्थानांतरित करने का प्रयास करता है और टूट जाता है।
मान लीजिए कि एक स्थिर भार लगाया गया है। इसके अतिरिक्त, यह माना जाता है कि मौजूदा कनेक्शन मौजूदा स्थायी भार को वहन करने के लिए पर्याप्त है। इस स्थिति में, अनुच्छेद 8.3.7 D1.1 लागू होता है। नए वेल्ड को केवल बढ़े हुए स्थिर और सामान्य जीवित भार को सहन करने की आवश्यकता होती है। मौजूदा निष्क्रिय भार को मौजूदा यांत्रिक फास्टनरों को सौंपा जा सकता है।
लगातार भार पड़ने पर भी, कनेक्शन झुकता नहीं है। इसके बजाय, बोल्ट पहले से ही अपना भार वहन कर रहे होते हैं। कनेक्शन में कुछ फिसलन हुई है। इसलिए, वेल्डिंग का उपयोग किया जा सकता है और वे गतिशील भार को संचारित कर सकते हैं।
“क्या यह स्वीकार्य है?” इस प्रश्न का उत्तर भार की स्थितियों पर निर्भर करता है। पहले मामले में, स्थिर भार की अनुपस्थिति में, उत्तर नकारात्मक होगा। दूसरे परिदृश्य की विशिष्ट परिस्थितियों में, उत्तर हाँ है।
केवल स्थिर भार लगने मात्र से ही निष्कर्ष निकालना संभव नहीं है। स्थिर भार का स्तर, मौजूदा यांत्रिक संबंधों की पर्याप्तता और अंतिम भार की प्रकृति—चाहे वह स्थिर हो या चक्रीय—परिणाम को बदल सकती है।
डॉ. डुआने के. मिलर, एमडी, पीई, 22801 सेंट क्लेयर एवेन्यू, क्लीवलैंड, ओहायो 44117-1199, वेल्डिंग टेक्नोलॉजी सेंटर मैनेजर, लिंकन इलेक्ट्रिक कंपनी, www.lincolnelectric.com। लिंकन इलेक्ट्रिक विश्व स्तर पर वेल्डिंग उपकरण और वेल्डिंग उपभोग्य सामग्रियों का निर्माण करती है। वेल्डिंग टेक्नोलॉजी सेंटर के इंजीनियर और तकनीशियन ग्राहकों को वेल्डिंग संबंधी समस्याओं को हल करने में सहायता करते हैं।
अमेरिकन वेल्डिंग सोसाइटी, 550 एनडब्ल्यू लेजेउन रोड, मियामी, एफएल 33126-5671, फोन 305-443-9353, फैक्स 305-443-7559, वेबसाइट www.aws.org.
एएसटीएम इंटरनेशनल, 100 बैर हार्बर ड्राइव, वेस्ट कॉनशोहॉकन, पीए 19428-2959, फोन 610-832-9585, फैक्स 610-832-9555, वेबसाइट www.astm.org.
अमेरिकन स्टील स्ट्रक्चर्स एसोसिएशन, वन ई. वैकर ड्राइव, सुइट 3100, शिकागो, आईएल 60601-2001, फोन 312-670-2400, फैक्स 312-670-5403, वेबसाइट www.aisc.org.
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