Dažādās strukturālās situācijās inženieriem var būt jānovērtē metinājumu un mehānisko stiprinājumu veidoto savienojumu izturība. Mūsdienās mehāniskie stiprinājumi parasti ir skrūves, bet vecākos dizainos var būt kniedes.
Tas var notikt projekta modernizācijas, renovācijas vai uzlabošanas laikā. Jaunam projektam var būt nepieciešama skrūvēšana un metināšana, lai nodrošinātu savstarpēju iedarbību savienojumā, kur savienojamais materiāls vispirms tiek saskrūvēts kopā un pēc tam sametināts, lai nodrošinātu savienojuma pilnīgu izturību.
Tomēr savienojuma kopējās slodzes nestspējas noteikšana nav tik vienkārša kā atsevišķu komponentu (metinājumu, skrūvju un kniežu) summas saskaitīšana. Šāds pieņēmums varētu novest pie katastrofālām sekām.
Skrūvju savienojumi ir aprakstīti Amerikas Tērauda konstrukciju institūta (AISC) konstrukciju savienojumu specifikācijā, kurā kā cieši piestiprinātas, iepriekš noslogotas vai bīdāmas atslēgas tiek izmantotas ASTM A325 vai A490 skrūves.
Cieši pievilktus savienojumus pievelciet ar triecienatslēgu vai atslēdznieku, izmantojot parasto divpusējo uzgriežņu atslēgu, lai nodrošinātu, ka slāņi ir cieši saskarē. Iepriekš saspriegotā savienojumā skrūves ir uzstādītas tā, lai tās būtu pakļautas ievērojamām stiepes slodzēm, un plāksnes tiek pakļautas spiedes slodzēm.
1. Pagrieziet uzgriezni. Uzgriežņa pagriešanas metode ietver skrūves pievilkšanu un pēc tam uzgriežņa pagriešanu papildu par daudz, kas ir atkarīgs no skrūves diametra un garuma.
2. Kalibrējiet atslēgu. Kalibrētās atslēgas metode mēra griezes momentu, kas saistīts ar skrūves spriegojumu.
3. Vērpes tipa spriegojuma regulēšanas skrūve. Nogriežamajām spriegošanas skrūvēm ir mazas kniedes skrūves galā pretī galvai. Kad sasniegts nepieciešamais griezes moments, kniede tiek atskrūvēta.
4. Taisnās vilkšanas indekss. Tiešās spriegojuma indikatori ir speciālas paplāksnes ar izcilņiem. Saspiešanas daudzums uz uzgaļa norāda uz skrūvei pieliktā sprieguma līmeni.
Vienkāršiem vārdiem sakot, skrūves darbojas kā tapas ciešos un iepriekš nospriegotos savienojumos, līdzīgi kā misiņa tapa, kas satur kopā perforēta papīra kaudzi. Kritiski slīdošie savienojumi darbojas ar berzes palīdzību: iepriekšēja slodze rada piespiedējspēku, un berze starp saskares virsmām darbojas kopā, lai novērstu savienojuma slīdēšanu. Tas ir kā saistviela, kas satur kopā papīru kaudzi nevis tāpēc, ka papīrā ir izdurti caurumi, bet gan tāpēc, ka saistviela saspiež papīrus kopā un berze satur kaudzīti kopā.
ASTM A325 skrūvēm ir minimālā stiepes izturība no 150 līdz 120 kg uz kvadrātcollu (KSI) atkarībā no skrūves diametra, savukārt A490 skrūvēm stiepes izturībai jābūt no 150 līdz 170 KSI. Kniedes savienojumi uzvedas vairāk kā cieši savienojumi, taču šajā gadījumā tapas ir kniedes, kas parasti ir aptuveni uz pusi tik stipras kā A325 skrūve.
Ja mehāniski nostiprināts savienojums tiek pakļauts bīdes spēkiem (kad viens elements pieliktā spēka ietekmē mēdz slīdēt pāri citam), var notikt viena no divām lietām. Skrūves vai kniedes var atrasties caurumu malās, izraisot skrūvju vai kniežu vienlaicīgu nobīdi. Otra iespēja ir tāda, ka iepriekš nospriegoto stiprinājumu iespīlēšanas spēka radītā berze var izturēt bīdes slodzes. Šim savienojumam slīdēšana nav paredzama, taču tā ir iespējama.
Ciešs savienojums ir pieņemams daudziem pielietojumiem, jo ​​neliela slīdēšana nevar negatīvi ietekmēt savienojuma raksturlielumus. Piemēram, iedomājieties silosu, kas paredzēts granulēta materiāla uzglabāšanai. Pirmās iekraušanas laikā var būt neliela slīdēšana. Kad slīdēšana notiek, tā vairs neatkārtosies, jo visas nākamās kravas ir viena un tā paša veida.
Slodzes maiņa tiek izmantota dažos pielietojumos, piemēram, ja rotējoši elementi tiek pakļauti mainīgām stiepes un spiedes slodzēm. Vēl viens piemērs ir liekts elements, kas pakļauts pilnībā pretējām slodzēm. Ja slodzes virziens būtiski mainās, var būt nepieciešams iepriekš noslogots savienojums, lai novērstu ciklisko slīdi. Šī slīde galu galā noved pie lielākas slīdes pagarinātajos caurumos.
Daži savienojumi piedzīvo daudz slodzes ciklu, kas var izraisīt nogurumu. Tie ietver preses, celtņu balstus un tiltu savienojumus. Bīdāmie kritiskie savienojumi ir nepieciešami, ja savienojums tiek pakļauts noguruma slodzēm pretējā virzienā. Šāda veida apstākļos ir ļoti svarīgi, lai savienojums neslīdētu, tāpēc ir nepieciešami slīdes kritiskie savienojumi.
Esošos skrūvju savienojumus var projektēt un izgatavot atbilstoši jebkuram no šiem standartiem. Kniedes savienojumi tiek uzskatīti par blīviem.
Metinātie savienojumi ir stingri. Lodēti savienojumi ir sarežģīti. Atšķirībā no cieši pieskrūvētiem savienojumiem, kas slodzes ietekmē var slīdēt, metinājumiem nav jāstiepjas un lielā mērā jāsadala pieliktā slodze. Vairumā gadījumu metinātie un gultņu tipa mehāniskie stiprinājumi nedeformējas vienādi.
Izmantojot metinājumus ar mehāniskiem stiprinājumiem, slodze tiek pārnesta caur cietāko daļu, tāpēc metinājuma šuve var nest gandrīz visu slodzi, ļoti maz daloties ar skrūvi. Tāpēc metināšanas, skrūvēšanas un kniedēšanas laikā jāievēro piesardzība. Specifikācijas. AWS D1 atrisina mehānisko stiprinājumu un metinājumu sajaukšanas problēmu. Specifikācija 1:2000 konstrukcijas metināšanai – tērauds. 2.6.3. punktā noteikts, ka kniedēm vai skrūvēm, ko izmanto gultņu tipa savienojumos (t.i., kur skrūve vai kniede darbojas kā tapa), mehāniskie stiprinājumi nav jāuzskata par tādiem, kas dala slodzi ar metinājumu. Ja tiek izmantota metināšana, tiem jānodrošina pilna slodze savienojumā. Tomēr ir atļauti savienojumi, kas ir metināti pie viena elementa un kniedēti vai pieskrūvēti pie cita elementa.
Izmantojot gultņu tipa mehāniskos stiprinājumus un pievienojot metinājuma šuves, skrūves nestspēja lielākoties tiek ignorēta. Saskaņā ar šo noteikumu metinājuma šuvei jābūt projektētai tā, lai tā pārnestu visas slodzes.
Tas būtībā ir tāds pats kā AISC LRFD-1999, J1.9. punkts. Tomēr Kanādas standarts CAN/CSA-S16.1-M94 atļauj arī atsevišķu lietošanu, ja mehāniskā stiprinājuma vai skrūves jauda ir lielāka nekā metināšanas jauda.
Šajā jautājumā ir trīs kritēriji: gultņu tipa mehānisko stiprinājumu iespējas un metinājumu iespējas nesummējas.
AWS D1.1 2.6.3. sadaļā ir aplūkotas arī situācijas, kad skrūves un metinājuma šuves var apvienot divdaļīgā savienojumā, kā parādīts 1. attēlā. Metinājuma šuves kreisajā pusē, skrūvējuma šuves labajā pusē. Šeit var ņemt vērā metinājuma šuvju un skrūvju kopējo jaudu. Katra savienojuma daļa darbojas neatkarīgi. Tādējādi šis kodekss ir izņēmums no principa, kas ietverts 2.6.3. punkta pirmajā daļā.
Tikko apspriestie noteikumi attiecas uz jaunām ēkām. Esošām konstrukcijām 8.3.7. punktā D1.1 ir noteikts, ka, ja konstrukcijas aprēķini liecina, ka kniede vai skrūve tiks pārslogota ar jaunu kopējo slodzi, tai jāpiešķir tikai esošā statiskā slodze.
Tie paši noteikumi nosaka, ka, ja kniede vai skrūve ir pārslogota tikai ar statiskām slodzēm vai pakļauta cikliskām (noguruma) slodzēm, jāpievieno pietiekams pamatmetāla daudzums un metinājumi, lai izturētu kopējo slodzi.
Slodzes sadalījums starp mehāniskajiem stiprinājumiem un metinājumiem ir pieņemams, ja konstrukcija ir iepriekš noslogota, citiem vārdiem sakot, ja starp savienotajiem elementiem ir notikusi slīdēšana. Taču mehāniskajiem stiprinājumiem var pielikt tikai statiskas slodzes. Dzīves slodzes, kas var izraisīt lielāku slīdēšanu, jāaizsargā, izmantojot metinājumus, kas spēj izturēt visu slodzi.
Metinājumiem jābūt tādiem, kas iztur visu pielikto vai dinamisko slodzi. Ja mehāniskie stiprinājumi jau ir pārslogoti, slodzes sadale nav atļauta. Cikliskās slodzes gadījumā slodzes sadale nav atļauta, jo slodze var izraisīt metinājuma pastāvīgu slīdēšanu un pārslodzi.
ilustrācija. Apsveriet pārlaiduma savienojumu, kas sākotnēji bija cieši pieskrūvēts (sk. 2. attēlu). Konstrukcija piešķir papildu spēku, un, lai nodrošinātu divkāršu izturību, ir jāpievieno savienojumi un savienotāji. 3. attēlā parādīts elementu stiprināšanas pamatplāns. Kā jāveic savienojums?
Tā kā jaunais tērauds bija jāsavieno ar veco tēraudu ar filejas metinājumiem, inženieris nolēma pievienot dažas filejas metinājuma šuves savienojumā. Tā kā skrūves joprojām bija savās vietās, sākotnējā ideja bija pievienot tikai tās metinājuma šuves, kas nepieciešamas, lai pārnestu papildu jaudu uz jauno tēraudu, paredzot, ka 50% slodzes ies caur skrūvēm un 50% slodzes ies caur jaunajām metinājuma šuvēm. Vai tas ir pieņemami?
Vispirms pieņemsim, ka savienojumam pašlaik netiek pieliktas statiskas slodzes. Šajā gadījumā ir spēkā AWS D1.1 2.6.3. punkts.
Šajā gultņa tipa savienojumā metinājumu un skrūvi nevar uzskatīt par tādiem, kas dala slodzi, tāpēc norādītajam metinājuma izmēram ir jābūt pietiekami lielam, lai izturētu visu statisko un dinamisko slodzi. Šajā piemērā skrūvju nestspēju nevar ņemt vērā, jo bez statiskās slodzes savienojums būs vaļīgā stāvoklī. Metinājuma šuve (paredzēta pusei no slodzes) sākotnēji plīst, kad tiek pielikta pilna slodze. Pēc tam skrūve, kas arī paredzēta puses slodzes pārnešanai, mēģina pārnest slodzi un salūzt.
Tālāk pieņem, ka tiek pielikta statiska slodze. Turklāt tiek pieņemts, ka esošais savienojums ir pietiekams, lai izturētu esošo pastāvīgo slodzi. Šajā gadījumā piemēro 8.3.7. punkta D1.1. apakšpunktu. Jaunām metinājuma šuvēm jāiztur tikai palielinātas statiskās un vispārējās mainīgās slodzes. Esošās nemainīgās slodzes var attiecināt uz esošajiem mehāniskajiem stiprinājumiem.
Pastāvīgas slodzes apstākļos savienojums nenoslīd. Tā vietā skrūves jau nes savu slodzi. Savienojumā ir notikusi zināma slīdēšana. Tāpēc var izmantot metinājumus, un tie var pārvadīt dinamiskās slodzes.
Atbilde uz jautājumu "Vai tas ir pieņemami?" ir atkarīga no slodzes apstākļiem. Pirmajā gadījumā, ja nav statiskas slodzes, atbilde būs negatīva. Otrā scenārija īpašajos apstākļos atbilde ir "jā".
Tikai tāpēc, ka tiek pielikta statiska slodze, ne vienmēr ir iespējams izdarīt secinājumu. Statisko slodžu līmenis, esošo mehānisko savienojumu atbilstība un gala slodžu raksturs — vai tās ir statiskas vai cikliskas — var mainīt atbildi.
Duane K. Miller, MD, PE, 22801 Saint Clair Ave., Cleveland, OH 44117-1199, metināšanas tehnoloģiju centra vadītājs, Lincoln Electric Company, www.lincolnelectric.com. Lincoln Electric ražo metināšanas iekārtas un metināšanas palīgmateriālus visā pasaulē. Metināšanas tehnoloģiju centra inženieri un tehniķi palīdz klientiem risināt metināšanas problēmas.
Amerikas Metināšanas biedrība, 550 NW LeJeune Road, Maiami, FL 33126-5671, tālrunis 305-443-9353, fakss 305-443-7559, tīmekļa vietne www.aws.org.
ASTM Intl., 100 Barr Harbor Drive, West Conshohocken, PA 19428-2959, tālrunis 610-832-9585, fakss 610-832-9555, tīmekļa vietne www.astm.org.
Amerikas Tērauda konstrukciju asociācija, One E. Wacker Drive, Suite 3100, Čikāga, IL 60601-2001, tālrunis 312-670-2400, fakss 312-670-5403, tīmekļa vietne www.aisc.org.
FABRICATOR ir Ziemeļamerikas vadošais tērauda ražošanas un formēšanas žurnāls. Žurnālā tiek publicētas ziņas, tehniski raksti un veiksmes stāsti, kas ļauj ražotājiem efektīvāk veikt savu darbu. FABRICATOR šajā nozarē darbojas kopš 1970. gada.
Tagad ar pilnu piekļuvi The FABRICATOR digitālajam izdevumam un ērtu piekļuvi vērtīgiem nozares resursiem.
Žurnāla “The Tube & Pipe Journal” digitālais izdevums tagad ir pilnībā pieejams, nodrošinot ērtu piekļuvi vērtīgiem nozares resursiem.
Iegūstiet pilnīgu digitālu piekļuvi žurnālam STAMPING Journal, kurā ir jaunākās tehnoloģijas, labākā prakse un nozares jaunumi metāla štancēšanas tirgū.
Tagad, pilnībā digitāli piekļūstot vietnei The Fabricator en Español, jums ir ērta piekļuve vērtīgiem nozares resursiem.