במצבים מבניים שונים, ייתכן שמהנדסים יצטרכו להעריך את חוזק המפרקים שנעשו על ידי ריתוכים ומחברים מכניים.כיום, מחברים מכניים הם בדרך כלל ברגים, אך בעיצובים ישנים יותר עשויים להיות מסמרות.
זה יכול לקרות במהלך שדרוגים, שיפוצים או שיפורים בפרויקט.עיצוב חדש עשוי לדרוש הברגה וריתוך כדי לעבוד יחד במפרק שבו החומר המיועד לחיבור מוברג תחילה יחד ולאחר מכן מרותך כדי לספק חוזק מלא למפרק.
עם זאת, קביעת קיבולת העומס הכוללת של מפרק אינה פשוטה כמו חיבור של סכום הרכיבים הבודדים (ריתוכים, ברגים ומסמרות).הנחה כזו עלולה להוביל לתוצאות הרות אסון.
חיבורים מוברגים מתוארים במפרט המפרק המבני של המכון האמריקאי למבני פלדה (AISC), המשתמש בברגים ASTM A325 או A490 כמפתח הדוק, טעינה מוקדמת או הזזה.
יש להדק חיבורים מהודקים היטב בעזרת מפתח ברגים או מנעולן באמצעות מפתח ברגים דו צדדי קונבנציונלי כדי להבטיח שהשכבות נמצאות במגע חזק.בחיבור דרוך מותקנים את הברגים כך שהם נתונים לעומסי מתיחה משמעותיים והלוחות נתונים לעומסי לחיצה.
1. סובב את האום.שיטת סיבוב האום כוללת הידוק הבורג ולאחר מכן סיבוב האום בכמות נוספת, התלויה בקוטר ובאורך הבורג.
2. כייל את המפתח.שיטת מפתח הברגים המכויל מודדת את המומנט הקשור למתח הברגים.
3. בורג התאמת מתח מסוג פיתול.לבריחי מתח מתפתלים יש חתיכים קטנים בקצה הבורג שממול לראש.כאשר מגיעים למומנט הנדרש, הברגה מתנתקת.
4. מדד משיכה ישר.מחווני מתח ישיר הם דסקיות מיוחדות עם לשוניות.כמות הדחיסה על הזיז מעידה על רמת המתח המופעלת על הבורג.
במונחים של הדיוטות, ברגים פועלים כמו סיכות במפרקים הדוקים ומתוחים מראש, בדומה לסיכת פליז המחזיקה ערימה של נייר מחורר יחד.מפרקי הזזה קריטיים פועלים על ידי חיכוך: עומס מראש יוצר כוח כלפי מטה, וחיכוך בין משטחי המגע פועל יחדיו כדי למנוע החלקה של המפרק.זה כמו קלסר שמחזיק ערימה של ניירות יחד, לא בגלל שחוררים בנייר, אלא בגלל שהקלסר מצמיד את הניירות והחיכוך מחזיק את הערימה.
לבריחי ASTM A325 חוזק מתיחה מינימלי של 150 עד 120 ק"ג לאינץ' מרובע (KSI), תלוי בקוטר הבורג, בעוד שבריחי A490 חייבים להיות בעלי חוזק מתיחה של 150 עד 170-KSI.חיבורי מסמרת מתנהגים יותר כמו חיבורים הדוקים, אך במקרה זה, הפינים הם מסמרות שבדרך כלל חזקים כמחצית מבורג A325.
אחד משני דברים יכול לקרות כאשר מפרק מהודק מכני נתון לכוחות גזירה (כאשר אלמנט אחד נוטה להחליק מעל אחר עקב כוח מופעל).ברגים או מסמרות יכולים להיות בצידי החורים, מה שגורם לבריחים או למסמרות להתנתק בו-זמנית.האפשרות השנייה היא שהחיכוך הנגרם מכוח ההידוק של המחברים המתוחים יכול לעמוד בעומסי גזירה.לא צפויה החלקה עבור חיבור זה, אבל זה אפשרי.
חיבור הדוק מקובל עבור יישומים רבים, שכן החלקה קלה אינה יכולה להשפיע לרעה על מאפייני החיבור.לדוגמה, שקול ממגורה המיועדת לאחסון חומר גרגירי.תיתכן החלקה קלה בעת טעינה בפעם הראשונה.ברגע שמתרחשת החלקה, זה לא יקרה שוב, כי כל העומסים הבאים הם מאותו אופי.
היפוך עומס משמש ביישומים מסוימים, כגון כאשר אלמנטים מסתובבים נתונים לעומסי מתיחה ולחיצה מתחלפים.דוגמה נוספת היא אלמנט כיפוף הנתון לעומסים הפוכים לחלוטין.כאשר יש שינוי משמעותי בכיוון העומס, ייתכן שיידרש חיבור טעון מראש כדי למנוע החלקה מחזורית.החלקה זו מובילה בסופו של דבר ליותר החלקה בחורים המוארכים.
חלק מהמפרקים חווים מחזורי עומס רבים אשר יכולים להוביל לעייפות.אלה כוללים מכבשים, תמיכות מנוף וחיבורים בגשרים.נדרשת הזזה של חיבורים קריטיים כאשר החיבור נתון לעומסי עייפות בכיוון ההפוך.במצבים מסוג זה, חשוב מאוד שהמפרק לא יחליק, ולכן יש צורך במפרקים קריטיים להחלקה.
ניתן לתכנן ולייצר חיבורי הברגה קיימים לכל אחד מהסטנדרטים הללו.חיבורי מסמרת נחשבים הדוקים.
מפרקים מרותכים הם קשיחים.מפרקי הלחמה הם מסובכים.בניגוד למפרקים מוברגים הדוקים, שיכולים להחליק תחת עומס, ריתוכים אינם צריכים להימתח ולפזר את העומס המופעל במידה רבה.ברוב המקרים, מחברים מכניים מרותכים וסוגרים לא מתעוותים באותו אופן.
כאשר משתמשים בריתכות עם מחברים מכניים, העומס מועבר דרך החלק הקשה יותר, כך שהריתוך יכול לשאת כמעט את כל העומס, עם מעט מאוד שיתוף עם הבורג.לכן יש להקפיד על ריתוך, הברגה ומסמרות.מפרטים.AWS D1 פותר את הבעיה של ערבוב מחברים וריתוכים מכניים.מפרט 1:2000 לריתוך מבני – פלדה.סעיף 2.6.3 קובע כי עבור מסמרות או ברגים המשמשים במפרקים מסוג מיסבים (כלומר כאשר הבורג או המסמרת פועלים כסיכה), אין לשקול מחברים מכניים לחלוק את העומס עם הריתוך.אם נעשה שימוש בריתוך, יש לספק אותם כדי לשאת את מלוא העומס במפרק.עם זאת, מותרים חיבורים מרותכים לאלמנט אחד ומרוסקים או מוברגים לאלמנט אחר.
בעת שימוש במחברים מכניים מסוג מיסבים והוספת ריתוכים, יכולת הנשיאה של הבורג מוזנחת במידה רבה.על פי הוראה זו, הריתוך חייב להיות מתוכנן להעברת כל העומסים.
זה בעצם זהה ל-AISC LRFD-1999, סעיף J1.9.עם זאת, התקן הקנדי CAN/CSA-S16.1-M94 מאפשר גם שימוש עצמאי כאשר הכוח של המחבר או הבורג המכני גבוה מזה של ריתוך.
בעניין זה, שלושה קריטריונים עקביים: האפשרויות של הידוק מכאני מסוג הנושא ואפשרויות הריתוכים אינן מסתכמות.
סעיף 2.6.3 של AWS D1.1 דן גם במצבים שבהם ניתן לשלב ברגים וריתוכים במפרק דו-חלקי, כפי שמוצג באיור 1. ריתוכים משמאל, מוברגים מימין.ניתן לקחת בחשבון את הכוח הכולל של ריתוכים וברגים כאן.כל חלק בחיבור כולו פועל באופן עצמאי.לפיכך, קוד זה הוא חריג מהעיקרון הכלול בחלק הראשון של 2.6.3.
הכללים שנדונו זה עתה חלים על מבנים חדשים.לגבי מבנים קיימים, סעיף 8.3.7 ד1.1 קובע שכאשר חישובים מבניים מראים כי מסמרת או בורג יועמסו על ידי עומס כולל חדש, יש להקצות לו רק את העומס הסטטי הקיים.
אותם כללים דורשים שאם מסמרת או בורג מועמסים רק בעומסים סטטיים או נתונים לעומסים מחזוריים (עייפות), יש להוסיף מספיק מתכת בסיסית וריתוכים כדי לתמוך בעומס הכולל.
חלוקת העומס בין מחברים מכניים לריתוכים מקובלת אם המבנה טעון מראש, במילים אחרות, אם התרחשה החלקה בין האלמנטים המחוברים.אך ניתן להציב רק עומסים סטטיים על מחברים מכניים.עומסים חיים שעלולים להוביל להחלקה גדולה יותר חייבים להיות מוגנים באמצעות ריתוכים המסוגלים לעמוד בעומס כולו.
יש להשתמש בריתוכים כדי לעמוד בכל עומס מופעל או דינמי.כאשר מחברים מכניים כבר עמוסים יתר על המידה, חלוקת עומסים אינה מותרת.בטעינה מחזורית, חלוקת עומסים אינה מותרת, מכיוון שהעומס עלול להוביל להחלקה קבועה ועומס יתר של הריתוך.
אִיוּר.שקול את מפרק הירכיים שהוברג במקור חזק (ראה איור 2).המבנה מוסיף כוח נוסף, ויש להוסיף חיבורים ומחברים כדי לספק חוזק כפול.על איור.3 מציגה את התוכנית הבסיסית לחיזוק האלמנטים.איך צריך ליצור את החיבור?
מאחר והפלדה החדשה הייתה צריכה להיות מחוברת לפלדה הישנה על ידי ריתוך פילה, המהנדס החליט להוסיף כמה ריתוך פילה בחיבור.מכיוון שהברגים עדיין היו במקומם, הרעיון המקורי היה להוסיף רק את הריתוכים הדרושים להעברת הכוח הנוסף לפלדה החדשה, בציפייה ש-50% מהעומס יעברו דרך הברגים ו-50% מהעומס יעברו דרך הריתוכים החדשים.זה מקובל?
תחילה נניח שכרגע לא מופעלים עומסים סטטיים על החיבור.במקרה זה, סעיף 2.6.3 של AWS D1.1 חל.
במפרק מסוג זה, הריתוך והבורג אינם יכולים להיחשב כשותפים לעומס, ולכן גודל הריתוך שצוין חייב להיות גדול מספיק כדי לתמוך בכל העומס הסטטי והדינמי.לא ניתן לקחת בחשבון את כושר הנשיאה של הברגים בדוגמה זו, כי ללא עומס סטטי, החיבור יהיה במצב רפוי.הריתוך (שנועד לשאת חצי מהעומס) נקרע בתחילה כאשר העומס המלא מופעל.ואז הבורג, שנועד גם הוא להעביר חצי מהעומס, מנסה להעביר את העומס ונשבר.
עוד נניח שמופעל עומס סטטי.בנוסף, ההנחה היא שהחיבור הקיים מספיק לשאת את העומס הקבוע הקיים.במקרה זה, סעיף 8.3.7 ד1.1 חל.ריתוכים חדשים צריכים רק לעמוד בעומסים סטטיים וכלליים מוגברים.ניתן להקצות עומסים מתים קיימים למחברים מכניים קיימים.
בעומס קבוע, החיבור אינו צונח.במקום זאת, הברגים כבר נושאים את העומס שלהם.חלה החלקה מסוימת בקשר.לכן, ניתן להשתמש בריתוכים והם יכולים להעביר עומסים דינמיים.
התשובה לשאלה "האם זה מקובל?"תלוי בתנאי עומס.במקרה הראשון, בהיעדר עומס סטטי, התשובה תהיה שלילית.בתנאים הספציפיים של התרחיש השני, התשובה היא כן.
רק בגלל שמופעל עומס סטטי, לא תמיד ניתן להסיק מסקנה.רמת העומסים הסטטיים, הלימות החיבורים המכניים הקיימים ואופי עומסי הקצה - בין אם סטטיים או מחזוריים - עשויים לשנות את התשובה.
Duane K. Miller, MD, PE, 22801 Saint Clair Ave., Cleveland, OH 44117-1199, מנהל מרכז טכנולוגיות ריתוך, Lincoln Electric Company, www.lincolnelectric.com.לינקולן אלקטריק מייצרת ציוד ריתוך וחומרי ריתוך מתכלים ברחבי העולם.מהנדסים וטכנאים של מרכז טכנולוגיות ריתוך עוזרים ללקוחות לפתור בעיות ריתוך.
American Welding Society, 550 NW LeJeune Road, Miami, FL 33126-5671, טלפון 305-443-9353, פקס 305-443-7559, אתר אינטרנט www.aws.org.
ASTM Intl., 100 Barr Harbor Drive, West Conshohocken, PA 19428-2959, טלפון 610-832-9585, פקס 610-832-9555, אתר אינטרנט www.astm.org.
American Steel Structures Association, One E. Wacker Drive, Suite 3100, Chicago, IL 60601-2001, טלפון 312-670-2400, פקס 312-670-5403, אתר אינטרנט www.aisc.org.
FABRICATOR הוא המגזין המוביל לייצור וגיבוש פלדה בצפון אמריקה.המגזין מפרסם חדשות, מאמרים טכניים וסיפורי הצלחה המאפשרים ליצרנים לבצע את עבודתם בצורה יעילה יותר.FABRICATOR נמצא בתעשייה מאז 1970.
עכשיו עם גישה מלאה למהדורה הדיגיטלית של FABRICATOR, גישה קלה למשאבים יקרי ערך בתעשייה.
המהדורה הדיגיטלית של The Tube & Pipe Journal נגישה כעת במלואה, ומספקת גישה קלה למשאבים יקרי ערך בתעשייה.
קבל גישה דיגיטלית מלאה ל- STAMPING Journal, הכולל את הטכנולוגיה העדכנית ביותר, שיטות עבודה מומלצות וחדשות בתעשייה עבור שוק הטבעת המתכת.
עכשיו עם גישה דיגיטלית מלאה ל-The Fabricator en Español, יש לך גישה קלה למשאבים יקרי ערך בתעשייה.