Különféle szerkezeti helyzetekben előfordulhat, hogy a mérnököknek értékelniük kell a hegesztési varratok és mechanikus kötőelemek által készített kötések szilárdságát.Manapság a mechanikus rögzítőelemek általában csavarok, de a régebbi kiviteleknél előfordulhatnak szegecsek.
Ez történhet egy projekt frissítése, felújítása vagy fejlesztése során.Egy új kialakításhoz szükség lehet csavarozásra és hegesztésre, hogy együtt működjenek egy olyan kötésben, ahol az összeillesztendő anyagot először összecsavarozzák, majd hegesztik, hogy teljes szilárdságot biztosítsanak a kötésnek.
A kötés teljes terhelhetőségének meghatározása azonban nem olyan egyszerű, mint az egyes alkatrészek (hegesztések, csavarok és szegecsek) összegének összeadása.Egy ilyen feltételezés katasztrofális következményekkel járhat.
A csavarkötéseket az American Institute of Steel Structures (AISC) szerkezeti illesztési specifikációja írja le, amely ASTM A325 vagy A490 csavarokat használ szoros rögzítés, előfeszítés vagy csúszókulcsként.
A szorosan meghúzott csatlakozásokat ütvekulccsal vagy lakatossal húzza meg hagyományos kétoldalas villáskulccsal, hogy biztosítsa a rétegek szoros érintkezését.Előfeszített csatlakozásnál a csavarokat úgy szerelik be, hogy jelentős húzóterhelésnek, a lemezek nyomóterhelésnek vannak kitéve.
1. Forgassa el az anyát.Az anya elfordításának módja a csavar meghúzása, majd az anya további elfordítása, amely a csavar átmérőjétől és hosszától függ.
2. Kalibrálja a kulcsot.A kalibrált csavarkulcs módszer a csavarfeszességgel kapcsolatos nyomatékot méri.
3. Torziós típusú feszültség beállító csavar.A lecsavarható feszítőcsavarokon kis csapok vannak a csavar fejjel ellentétes végén.A szükséges nyomaték elérésekor a csap lecsavarodik.
4. Egyenes húzási index.A közvetlen feszültségjelzők speciális, fülekkel ellátott alátétek.A fülön lévő összenyomás mértéke jelzi a csavarra alkalmazott feszültség mértékét.
Laikus kifejezéssel élve a csavarok csapként működnek a szoros és előfeszített kötésekben, hasonlóan egy sárgaréz csaphoz, amely egy köteg perforált papírt tart össze.A kritikus csúszócsuklók súrlódással működnek: az előfeszítés leszorítóerőt hoz létre, az érintkezési felületek közötti súrlódás pedig együtt működik, hogy ellenálljon a kötés elcsúszásának.Olyan ez, mint egy iratgyűjtő, amely egy köteg papírt tart össze, de nem azért, mert lyukak vannak a papíron, hanem azért, mert az iratgyűjtő összenyomja a papírokat, és a súrlódás tartja össze a köteget.
Az ASTM A325 csavarok minimális szakítószilárdsága 150-120 kg/négyzethüvelyk (KSI) a csavar átmérőjétől függően, míg az A490 csavarok szakítószilárdsága 150-170-KSI.A szegecskötések inkább szoros kötésekként viselkednek, de ebben az esetben a csapok olyan szegecsek, amelyek általában körülbelül fele olyan erősek, mint egy A325-ös csavar.
A két dolog egyike történhet, ha egy mechanikusan rögzített kötést nyíróerők érnek (amikor az egyik elem hajlamos átcsúszni a másikra az alkalmazott erő hatására).Csavarok vagy szegecsek lehetnek a lyukak oldalán, ami a csavarok vagy szegecsek egyidejű elnyírását okozhatja.A második lehetőség, hogy az előfeszített kötőelemek szorítóereje által okozott súrlódás elviseli a nyíróterhelést.Ennél a csatlakozásnál csúszás nem várható, de lehetséges.
A szoros csatlakozás sok alkalmazásnál elfogadható, mivel az enyhe csúszás nem befolyásolhatja hátrányosan a csatlakozás jellemzőit.Vegyünk például egy szemcsés anyag tárolására tervezett silót.Az első betöltéskor enyhe csúszás előfordulhat.Ha egyszer csúszás történik, az nem fog megismétlődni, mert minden további terhelés azonos jellegű.
A terhelés megfordítását bizonyos alkalmazásokban alkalmazzák, például amikor a forgó elemeket váltakozó húzó és nyomó terhelések érik.Egy másik példa egy hajlítóelem, amely teljesen fordított terhelésnek van kitéve.Ha a terhelés irányában jelentős változás következik be, a ciklikus csúszás kiküszöbölése érdekében előfeszített csatlakozásra lehet szükség.Ez a csúszás végül nagyobb csúszáshoz vezet a hosszúkás lyukakban.
Egyes ízületek sok terhelési ciklust tapasztalnak, ami fáradtsághoz vezethet.Ide tartoznak a prések, a darutámaszok és a hidak csatlakozásai.Csúszó kritikus csatlakozásokra van szükség, ha a csatlakozás fordított irányú kifáradási terhelésnek van kitéve.Az ilyen típusú állapotok esetén nagyon fontos, hogy az ízület ne csússzon, ezért csúszáskritikus illesztésekre van szükség.
A meglévő csavaros csatlakozások ezen szabványok bármelyike ​​szerint tervezhetők és gyárthatók.A szegecskötések szorosnak minősülnek.
A hegesztett kötések merevek.A forrasztási kötések bonyolultak.Ellentétben a szoros csavarkötésekkel, amelyek terhelés hatására megcsúszhatnak, a hegesztési varratoknak nem kell nagy mértékben megnyúlniuk és elosztani az alkalmazott terhelést.A legtöbb esetben a hegesztett és csapágyas típusú mechanikus rögzítők nem deformálódnak egyformán.
Ha a hegesztést mechanikus kötőelemekkel használják, a terhelés a keményebb részen keresztül kerül átadásra, így a hegesztési varrat szinte az egész terhelést elbírja, a csavarral nagyon kis mértékben megosztva.Ezért ügyelni kell a hegesztésre, csavarozásra és szegecselésre.Műszaki adatok.Az AWS D1 megoldja a mechanikus kötőelemek és hegesztési varratok keverésének problémáját.1:2000 specifikáció szerkezeti hegesztéshez – acél.A 2.6.3. szakasz kimondja, hogy a csapágyas kötésekben használt szegecsek vagy csavarok esetében (azaz ahol a csavar vagy szegecs csapként működik), a mechanikus rögzítőket nem szabad úgy tekinteni, hogy megosztják a terhelést a hegesztéssel.Ha hegesztést alkalmaznak, akkor azokat biztosítani kell, hogy elbírják a kötésben a teljes terhelést.Az egyik elemhez hegesztett és egy másik elemhez szegecselt vagy csavarozott csatlakozás azonban megengedett.
Csapágyas típusú mechanikus kötőelemek alkalmazása és hegesztési varratok alkalmazásakor a csavar teherbíró képességét nagymértékben elhanyagolják.E rendelkezés szerint a hegesztést úgy kell kialakítani, hogy az összes terhelést átvigye.
Ez lényegében megegyezik az AISC LRFD-1999 J1.9. pontjával.A kanadai CAN/CSA-S16.1-M94 szabvány azonban lehetővé teszi az önálló használatot is, ha a mechanikus rögzítő vagy csavar ereje nagyobb, mint a hegesztésé.
Ebben a kérdésben három kritérium konzisztens: a csapágyas típusú mechanikus rögzítési lehetőségek és a hegesztési varratok lehetőségei nem egyeznek meg.
Az AWS D1.1 2.6.3. szakasza azokat a helyzeteket is tárgyalja, amikor a csavarok és a hegesztési varratok kombinálhatók egy kétrészes kötésben, amint az 1. ábrán látható. Hegesztések a bal oldalon, csavarok a jobb oldalon.Itt a hegesztési varratok és csavarok összteljesítménye vehető figyelembe.A teljes kapcsolat minden része egymástól függetlenül működik.Így ez a kód kivételt képez a 2.6.3 első részében foglalt elv alól.
Az imént tárgyalt szabályok az új épületekre vonatkoznak.Meglévő szerkezetek esetében a 8.3.7 D1.1 pont kimondja, hogy ha a szerkezeti számítások azt mutatják, hogy egy szegecs vagy csavar túlterhelődik egy új teljes terhelés miatt, akkor csak a meglévő statikus terhelést kell hozzárendelni.
Ugyanezek a szabályok megkövetelik, hogy ha egy szegecs vagy csavar csak statikus terhelésekkel van túlterhelve, vagy ciklikus (fáradási) terhelésnek van kitéve, akkor elegendő alapfémet és hegesztést kell hozzáadni a teljes terhelés elviseléséhez.
A mechanikai kötőelemek és hegesztési varratok közötti terheléseloszlás akkor elfogadható, ha a szerkezet előfeszített, vagyis ha a csatlakoztatott elemek között csúszás történt.A mechanikus rögzítőelemekre azonban csak statikus terhelés helyezhető.A nagyobb csúszáshoz vezethető feszültség alatti terheléseket a teljes terhelést elviselni képes hegesztéssel kell védeni.
A hegesztési varratokat úgy kell használni, hogy minden alkalmazott vagy dinamikus terhelésnek ellenálljanak.Ha a mechanikus rögzítők már túlterheltek, a terhelés megosztása nem megengedett.Ciklikus terhelés esetén a terhelés megosztása nem megengedett, mivel a terhelés tartós csúszáshoz és a hegesztési varrat túlterheléséhez vezethet.
ábra.Vegyünk egy átlapolt csuklót, amelyet eredetileg szorosan csavaroztak (lásd a 2. ábrát).A szerkezet extra teljesítményt ad, a dupla szilárdság érdekében csatlakozókat és csatlakozókat kell hozzáadni.ábrán.A 3. ábra az elemek megerősítésének alaptervét mutatja be.Hogyan kell a kapcsolatot létrehozni?
Mivel az új acélt sarokvarratokkal kellett összekötni a régi acéllal, a mérnök úgy döntött, hogy néhány sarokvarratot ad hozzá a csatlakozáshoz.Mivel a csavarok még a helyükön voltak, az eredeti ötlet az volt, hogy csak azokat a hegesztési varratokat adják hozzá, amelyek az extra teljesítmény átviteléhez szükségesek az új acélhoz, és arra számítottak, hogy a terhelés 50%-a átmegy a csavarokon, és a terhelés 50%-a az új hegesztéseken.Elfogadható?
Először tegyük fel, hogy jelenleg nincs statikus terhelés a kapcsolatra.Ebben az esetben az AWS D1.1 2.6.3. szakasza érvényes.
Ebben a csapágyas kötésben a hegesztési varrat és a csavar nem osztozik a terhelésen, ezért a megadott hegesztési méretnek elég nagynak kell lennie ahhoz, hogy elbírja az összes statikus és dinamikus terhelést.Ebben a példában a csavarok teherbírását nem lehet figyelembe venni, mert statikus terhelés nélkül a csatlakozás laza lesz.A hegesztési varrat (amely a terhelés felét elbírja) kezdetben a teljes terhelés hatására elszakad.Ekkor a szintén a fél teher átvitelére tervezett csavar megpróbálja átvinni a terhelést és eltörik.
Tegyük fel továbbá, hogy statikus terhelést alkalmazunk.Ezenkívül feltételezzük, hogy a meglévő kapcsolat elegendő a meglévő állandó terhelés elviselésére.Ebben az esetben a 8.3.7 D1.1 bekezdés alkalmazandó.Az új hegesztéseknek csak a megnövekedett statikus és általános feszültségnek kell ellenállniuk.A meglévő holtterhelések hozzárendelhetők a meglévő mechanikus rögzítőelemekhez.
Állandó terhelés mellett a kapcsolat nem lóg meg.Ehelyett a csavarok már viselik a terhelésüket.Volt némi csúszás a kapcsolatban.Ezért a hegesztési varratok használhatók, és képesek dinamikus terhelések átvitelére.
A válasz arra a kérdésre, hogy "ez elfogadható?"terhelési viszonyoktól függ.Az első esetben statikus terhelés hiányában a válasz negatív lesz.A második forgatókönyv sajátos feltételei mellett a válasz igen.
Csak azért, mert statikus terhelést alkalmazunk, nem mindig lehet következtetést levonni.A statikus terhelés mértéke, a meglévő mechanikai kapcsolatok megfelelősége és a végterhelések jellege – legyen az statikus vagy ciklikus – megváltoztathatja a választ.
Duane K. Miller, MD, PE, 22801 Saint Clair Ave., Cleveland, OH 44117-1199, Welding Technology Center Manager, Lincoln Electric Company, www.lincolnelectric.com.A Lincoln Electric hegesztőberendezéseket és hegesztőanyagokat gyárt világszerte.A Hegesztéstechnikai Központ mérnökei és technikusai segítenek az ügyfeleknek a hegesztési problémák megoldásában.
American Welding Society, 550 NW LeJeune Road, Miami, FL 33126-5671, telefon 305-443-9353, fax 305-443-7559, weboldal www.aws.org.
ASTM Intl., 100 Barr Harbour Drive, West Conshohocken, PA 19428-2959, telefon 610-832-9585, fax 610-832-9555, weboldal www.astm.org.
American Steel Structures Association, One E. Wacker Drive, Suite 3100, Chicago, IL 60601-2001, telefon 312-670-2400, fax 312-670-5403, weboldal www.aisc.org.
A FABRICATOR Észak-Amerika vezető acélgyártó és -formázó magazinja.A magazin olyan híreket, műszaki cikkeket és sikertörténeteket közöl, amelyek segítségével a gyártók hatékonyabban végezhetik munkájukat.A FABRICATOR 1970 óta van jelen az iparágban.
Most teljes hozzáféréssel a The FABRICATOR digitális kiadásához, egyszerű hozzáféréssel az értékes iparági erőforrásokhoz.
A The Tube & Pipe Journal digitális kiadása már teljes mértékben hozzáférhető, egyszerű hozzáférést biztosítva az értékes iparági forrásokhoz.
Teljes digitális hozzáférést kap a STAMPING Journalhoz, amely a legújabb technológiát, legjobb gyakorlatokat és iparági híreket tartalmazza a fémbélyegzési piac számára.
Mostantól a The Fabricator en Español teljes digitális hozzáférésével könnyedén hozzáférhet az értékes iparági erőforrásokhoz.