U različitim konstrukcijskim situacijama inženjeri će možda trebati procijeniti čvrstoću spojeva napravljenih zavarenim spojevima i mehaničkim pričvršćivačima.Danas su mehanički pričvršćivači obično vijci, ali starije izvedbe mogu imati zakovice.
To se može dogoditi tijekom nadogradnji, renoviranja ili poboljšanja projekta.Novi dizajn može zahtijevati spajanje vijcima i zavarivanje kako bi zajedno radili u spoju gdje se materijal koji se spaja najprije spoji vijcima, a zatim zavari kako bi se osigurala puna čvrstoća spoja.
Međutim, određivanje ukupne nosivosti spoja nije tako jednostavno kao zbrajanje zbroja pojedinačnih komponenti (zavari, vijci i zakovice).Takva pretpostavka mogla bi dovesti do katastrofalnih posljedica.
Vijčani spojevi opisani su u Specifikaciji konstrukcijskih spojeva Američkog instituta za čelične konstrukcije (AISC), koja koristi ASTM A325 ili A490 vijke kao čvrstu montažu, predopterećenje ili klizni ključ.
Čvrsto zategnute spojeve zategnite udarnim ključem ili bravarom pomoću konvencionalnog dvostranog ključa kako biste osigurali čvrsti kontakt slojeva.U prednapetom spoju vijci su ugrađeni tako da su opterećeni značajnim vlačnim, a ploče tlačnim opterećenjima.
1. Okrenite maticu.Metoda okretanja matice uključuje zatezanje vijka i zatim dodatno okretanje matice, što ovisi o promjeru i duljini vijka.
2. Kalibrirajte ključ.Metoda kalibriranog ključa mjeri zakretni moment koji je povezan s napetosti vijka.
3. Vijak za podešavanje napetosti torzijskog tipa.Twist-off zatezni vijci imaju male klinove na kraju vijka nasuprot glavi.Kada se postigne potrebni zakretni moment, klin se odvija.
4. Ravni indeks povlačenja.Indikatori izravne napetosti su posebne podloške s jezičcima.Količina kompresije na ušici pokazuje razinu napetosti primijenjene na vijak.
Laički rečeno, vijci se ponašaju kao igle u čvrstim i prethodno zategnutim spojevima, slično kao mjedena igla koja drži zajedno hrpu perforiranog papira.Kritični klizni zglobovi rade trenjem: predopterećenje stvara potisnu silu, a trenje između kontaktnih površina djeluje zajedno kako bi se oduprlo klizanju zgloba.To je poput registratora koji drži hrpu papira na okupu, ne zato što su u papiru probušene rupe, već zato što vezivo pritišće papire zajedno, a trenje drži hrpu zajedno.
ASTM A325 vijci imaju minimalnu vlačnu čvrstoću od 150 do 120 kg po kvadratnom inču (KSI), ovisno o promjeru vijka, dok A490 vijci moraju imati vlačnu čvrstoću od 150 do 170-KSI.Zakovni spojevi više se ponašaju kao tijesni spojevi, ali u ovom slučaju, klinovi su zakovice koje su obično otprilike upola jače od A325 vijka.
Jedna od dvije stvari može se dogoditi kada je mehanički pričvršćeni spoj izložen posmičnoj sili (kada jedan element nastoji kliziti preko drugoga zbog primijenjene sile).Vijci ili zakovice mogu biti sa strane rupa, uzrokujući da se vijci ili zakovice istovremeno otkinu.Druga je mogućnost da trenje uzrokovano silom stezanja prednapetih spojnih elemenata može izdržati posmična opterećenja.Za ovu vezu se ne očekuje klizanje, ali je moguće.
Čvrsta veza je prihvatljiva za mnoge primjene, jer malo klizanje ne može negativno utjecati na karakteristike veze.Na primjer, razmislite o silosu dizajniranom za skladištenje granuliranog materijala.Prilikom prvog punjenja može doći do laganog klizanja.Jednom kada do klizanja dođe, više se neće dogoditi jer su sva naredna opterećenja iste prirode.
Preokret opterećenja koristi se u nekim primjenama, primjerice kada su rotirajući elementi podvrgnuti izmjeničnim vlačnim i tlačnim opterećenjima.Drugi primjer je element za savijanje podvrgnut potpuno obrnutim opterećenjima.Kada postoji značajna promjena u smjeru opterećenja, može biti potrebna prednapregnuta veza kako bi se eliminiralo cikličko proklizavanje.Ovo klizanje na kraju dovodi do većeg klizanja u izduženim rupama.
Neki zglobovi doživljavaju mnoge cikluse opterećenja što može dovesti do umora.To uključuje preše, nosače dizalica i spojeve u mostovima.Klizni kritični spojevi su potrebni kada je spoj izložen zamornim opterećenjima u obrnutom smjeru.Za ovakve uvjete vrlo je važno da spoj ne klizi, pa su potrebni spojevi kritični na klizanje.
Postojeći vijčani spojevi mogu se dizajnirati i proizvesti prema bilo kojem od ovih standarda.Spojevi zakovicama smatraju se nepropusnim.
Zavareni spojevi su kruti.Lemljeni spojevi su nezgodni.Za razliku od tijesnih vijčanih spojeva, koji mogu skliznuti pod opterećenjem, zavari se ne moraju istezati i raspodijeliti primijenjeno opterećenje u velikoj mjeri.U većini slučajeva, zavareni i ležajni mehanički spojni elementi ne deformiraju se na isti način.
Kada se zavareni spojevi koriste s mehaničkim spojnicama, opterećenje se prenosi kroz tvrđi dio, tako da zavareni spoj može podnijeti gotovo sav teret, a vrlo malo ga dijeli s vijkom.Zato treba biti oprezan kod zavarivanja, spajanja i zakivanja.Tehnički podaci.AWS D1 rješava problem miješanja mehaničkih spojnica i zavara.Specifikacija 1:2000 za zavarivanje konstrukcija – čelik.Paragraf 2.6.3 navodi da za zakovice ili vijke koji se koriste u spojevima tipa ležaja (tj. gdje vijak ili zakovica djeluju kao klin), ne bi se trebalo smatrati da mehanički pričvršćivači dijele opterećenje sa zavarenim spojem.Ako se koristi zavarivanje, moraju biti predviđeni za podnošenje punog opterećenja u spoju.Međutim, dopušteni su spojevi zavareni na jedan element i pričvršćeni zakovicama ili vijcima na drugi element.
Kod upotrebe ležajnih mehaničkih spojnica i dodavanja zavara, nosivost vijka je uvelike zanemarena.Prema ovoj odredbi, zavar mora biti projektiran za prijenos svih opterećenja.
Ovo je u biti isto kao AISC LRFD-1999, klauzula J1.9.Međutim, kanadski standard CAN/CSA-S16.1-M94 također dopušta samostalnu upotrebu kada je snaga mehaničkog zatvarača ili vijka veća od snage zavarivanja.
Pri tome su tri kriterija konzistentna: mogućnosti mehaničkih učvršćenja ležajnog tipa i mogućnosti zavara se ne zbrajaju.
Odjeljak 2.6.3 AWS D1.1 također govori o situacijama u kojima se vijci i zavari mogu kombinirati u dvodijelnom spoju, kao što je prikazano na slici 1. Zavari na lijevoj strani, pričvršćeni vijcima na desnoj strani.Ovdje se može uzeti u obzir ukupna snaga zavara i vijaka.Svaki dio cjelokupne veze radi samostalno.Stoga je ovaj kodeks iznimka od načela sadržanog u prvom dijelu 2.6.3.
Pravila o kojima smo upravo govorili odnose se na nove zgrade.Za postojeće konstrukcije, klauzula 8.3.7 D1.1 navodi da kada konstrukcijski proračuni pokažu da će zakovica ili vijak biti preopterećen novim ukupnim opterećenjem, treba im se dodijeliti samo postojeće statičko opterećenje.
Ista pravila zahtijevaju da ako su zakovica ili vijak samo preopterećeni statičkim opterećenjima ili podvrgnuti cikličkim (zamornim) opterećenjima, mora se dodati dovoljno osnovnog metala i zavara da podrže ukupno opterećenje.
Raspodjela opterećenja između mehaničkih spojnih elemenata i zavara je prihvatljiva ako je konstrukcija predopterećena, drugim riječima, ako je došlo do klizanja između spojenih elemenata.Ali samo statička opterećenja mogu se postaviti na mehaničke pričvrsne elemente.Živa opterećenja koja mogu dovesti do većeg klizanja moraju se zaštititi upotrebom zavara sposobnih izdržati cjelokupno opterećenje.
Varovi se moraju koristiti kako bi izdržali sva primijenjena ili dinamička opterećenja.Kada su mehanički spojni elementi već preopterećeni, raspodjela opterećenja nije dopuštena.Kod cikličkog opterećenja nije dopuštena raspodjela opterećenja, jer opterećenje može dovesti do trajnog klizanja i preopterećenja zavara.
ilustracija.Razmotrite preklopni spoj koji je izvorno bio čvrsto pričvršćen vijcima (vidi sliku 2).Struktura dodaje dodatnu snagu, a spojevi i priključci moraju se dodati kako bi se osigurala dvostruka snaga.Na sl.3 prikazan je osnovni plan ojačanja elemenata.Kako treba napraviti vezu?
Budući da je novi čelik morao biti spojen sa starim čelikom kutnim zavarima, inženjer je odlučio dodati nekoliko kutnih zavara na spoju.Budući da su vijci još uvijek bili na mjestu, izvorna je ideja bila dodati samo zavare potrebne za prijenos dodatne snage na novi čelik, očekujući da 50% opterećenja prođe kroz vijke, a 50% opterećenja kroz nove zavare.Je li prihvatljivo?
Pretpostavimo prvo da na vezu trenutno nema statičkih opterećenja.U ovom slučaju primjenjuje se stavak 2.6.3 AWS D1.1.
U ovom ležajnom spoju ne može se smatrati da zavar i vijak dijele opterećenje, tako da specificirana veličina zavara mora biti dovoljno velika da podnese sva statička i dinamička opterećenja.Nosivost vijaka u ovom primjeru ne može se uzeti u obzir, jer bez statičkog opterećenja spoj će biti u opuštenom stanju.Zavar (dizajniran da nosi pola opterećenja) u početku pukne kada se primijeni puno opterećenje.Zatim vijak, također dizajniran za prijenos pola opterećenja, pokušava prenijeti opterećenje i pukne.
Nadalje pretpostavimo da je primijenjeno statičko opterećenje.Osim toga, pretpostavlja se da je postojeći priključak dovoljan za podnošenje postojećeg trajnog opterećenja.U ovom slučaju se primjenjuje paragraf 8.3.7 D1.1.Novi zavari moraju izdržati samo povećana statička i opća opterećenja.Postojeća mrtva opterećenja mogu se dodijeliti postojećim mehaničkim spojnicama.
Pod stalnim opterećenjem, veza ne popušta.Umjesto toga, vijci već nose svoje opterećenje.Došlo je do iskliznuća u vezi.Stoga se mogu koristiti zavari i mogu prenositi dinamička opterećenja.
Odgovor na pitanje "Je li to prihvatljivo?"ovisi o uvjetima opterećenja.U prvom slučaju, u nedostatku statičkog opterećenja, odgovor će biti negativan.Pod posebnim uvjetima drugog scenarija, odgovor je da.
Samo zato što se primjenjuje statičko opterećenje, nije uvijek moguće izvući zaključak.Razina statičkih opterećenja, primjerenost postojećih mehaničkih veza i priroda krajnjih opterećenja – bilo statičkih ili cikličkih – mogu promijeniti odgovor.
Duane K. Miller, MD, PE, 22801 Saint Clair Ave., Cleveland, OH 44117-1199, upravitelj centra za tehnologiju zavarivanja, Lincoln Electric Company, www.lincolnelectric.com.Lincoln Electric proizvodi opremu za zavarivanje i potrošni materijal za zavarivanje diljem svijeta.Inženjeri i tehničari Centra za tehnologiju zavarivanja pomažu klijentima u rješavanju problema zavarivanja.
American Welding Society, 550 NW LeJeune Road, Miami, FL 33126-5671, telefon 305-443-9353, faks 305-443-7559, web stranica www.aws.org.
ASTM Intl., 100 Barr Harbor Drive, West Conshohocken, PA 19428-2959, telefon 610-832-9585, faks 610-832-9555, web stranica www.astm.org.
American Steel Structures Association, One E. Wacker Drive, Suite 3100, Chicago, IL 60601-2001, telefon 312-670-2400, faks 312-670-5403, web stranica www.aisc.org.
FABRICATOR je vodeći časopis za proizvodnju i oblikovanje čelika u Sjevernoj Americi.Časopis objavljuje vijesti, tehničke članke i priče o uspjehu koji proizvođačima omogućuju učinkovitije obavljanje posla.FABRICATOR je u industriji od 1970. godine.
Sada uz potpuni pristup digitalnom izdanju The FABRICATOR, jednostavan pristup vrijednim industrijskim resursima.
Digitalno izdanje The Tube & Pipe Journal sada je u potpunosti dostupno, pružajući jednostavan pristup vrijednim industrijskim resursima.
Ostvarite potpuni digitalni pristup časopisu STAMPING Journal koji sadrži najnoviju tehnologiju, najbolju praksu i vijesti iz industrije za tržište metalnog žigosanja.
Sada s potpunim digitalnim pristupom The Fabricator en Español, imate jednostavan pristup vrijednim industrijskim resursima.