Dalam pelbagai situasi struktur, jurutera mungkin perlu menilai kekuatan sambungan yang dibuat oleh kimpalan dan pengikat mekanikal. Hari ini, pengikat mekanikal biasanya bolt, tetapi reka bentuk lama mungkin mempunyai rivet.
Ini boleh berlaku semasa naik taraf, pengubahsuaian atau penambahbaikan pada sesuatu projek. Reka bentuk baharu mungkin memerlukan penguncian dan kimpalan untuk berfungsi bersama dalam sambungan di mana bahan yang hendak dicantumkan terlebih dahulu dibolt bersama dan kemudian dikimpal untuk memberikan kekuatan penuh pada sambungan.
Walau bagaimanapun, menentukan jumlah kapasiti beban sesuatu sambungan tidak semudah menambahkan jumlah komponen individu (kimpalan, bolt dan rivet). Andaian sedemikian boleh membawa kepada akibat yang buruk.
Sambungan berbolt diterangkan dalam Spesifikasi Sambungan Struktur Institut Struktur Keluli Amerika (AISC), yang menggunakan bolt ASTM A325 atau A490 sebagai pelekap ketat, pramuat atau kunci gelongsor.
Ketatkan sambungan yang diketatkan dengan ketat menggunakan sepana impak atau tukang kunci menggunakan sepana dua sisi konvensional untuk memastikan lapisan bersentuhan rapat. Dalam sambungan prategasan, bolt dipasang supaya ia dikenakan beban tegangan yang ketara, dan plat dikenakan beban mampatan.
1. Putar nat. Kaedah memusing nat melibatkan mengetatkan bolt dan kemudian memusing nat dengan jumlah tambahan, yang bergantung pada diameter dan panjang bolt.
2. Tentukur kunci. Kaedah sepana yang dikalibrasi mengukur tork yang berkaitan dengan ketegangan bolt.
3. Bolt pelaras tegangan jenis kilasan. Bolt tegangan putar-tanggal mempunyai stad kecil di hujung bolt yang bertentangan dengan kepala. Apabila tork yang diperlukan dicapai, stad akan dibuka skrunya.
4. Indeks tarikan lurus. Penunjuk tegangan langsung ialah pencuci khas dengan tab. Jumlah mampatan pada lug menunjukkan tahap tegangan yang dikenakan pada bolt.
Dalam istilah awam, bolt bertindak seperti pin pada sambungan yang ketat dan pra-tegangan, sama seperti pin tembaga yang memegang timbunan kertas berlubang bersama-sama. Sambungan gelongsor kritikal berfungsi melalui geseran: prabeban menghasilkan daya ke bawah, dan geseran antara permukaan sentuhan berfungsi bersama untuk menahan gelinciran sambungan. Ia seperti pengikat yang memegang timbunan kertas bersama-sama, bukan kerana lubang ditebuk pada kertas, tetapi kerana pengikat menekan kertas bersama-sama dan geseran memegang timbunan bersama-sama.
Bolt ASTM A325 mempunyai kekuatan tegangan minimum 150 hingga 120 kg setiap inci persegi (KSI), bergantung pada diameter bolt, manakala bolt A490 mesti mempunyai kekuatan tegangan 150 hingga 170-KSI. Sambungan rivet bertindak lebih seperti sambungan ketat, tetapi dalam kes ini, pinnya ialah rivet yang biasanya kira-kira separuh sekuat bolt A325.
Salah satu daripada dua perkara boleh berlaku apabila sambungan yang diikat secara mekanikal tertakluk kepada daya ricih (apabila satu elemen cenderung meluncur ke atas elemen yang lain disebabkan oleh daya yang dikenakan). Bolt atau rivet boleh berada di sisi lubang, menyebabkan bolt atau rivet terputus pada masa yang sama. Kemungkinan kedua ialah geseran yang disebabkan oleh daya pengapit pengikat prategangan boleh menahan beban ricih. Tiada gelinciran dijangka untuk sambungan ini, tetapi ia mungkin berlaku.
Sambungan yang ketat boleh diterima untuk banyak aplikasi, kerana sedikit gelinciran tidak boleh menjejaskan ciri-ciri sambungan secara negatif. Contohnya, pertimbangkan silo yang direka untuk menyimpan bahan berbutir. Mungkin terdapat sedikit gelinciran semasa pemuatan buat kali pertama. Sebaik sahaja gelinciran berlaku, ia tidak akan berlaku lagi, kerana semua beban berikutnya adalah sama sifatnya.
Pembalikan beban digunakan dalam beberapa aplikasi, seperti apabila elemen berputar dikenakan beban tegangan dan mampatan berselang-seli. Satu lagi contoh ialah elemen lenturan yang dikenakan beban terbalik sepenuhnya. Apabila terdapat perubahan ketara dalam arah beban, sambungan prabeban mungkin diperlukan untuk menghapuskan gelinciran kitaran. Gelinciran ini akhirnya membawa kepada lebih banyak gelinciran dalam lubang memanjang.
Sesetengah sambungan mengalami banyak kitaran beban yang boleh menyebabkan keletihan. Ini termasuk penekan, sokongan kren dan sambungan dalam jambatan. Sambungan gelongsor kritikal diperlukan apabila sambungan dikenakan beban keletihan dalam arah sebaliknya. Untuk keadaan seperti ini, adalah sangat penting bahawa sambungan tidak tergelincir, jadi sambungan kritikal gelincir diperlukan.
Sambungan berbolt sedia ada boleh direka bentuk dan dikeluarkan mengikut mana-mana piawaian ini. Sambungan rivet dianggap ketat.
Sambungan kimpalan adalah tegar. Sambungan pateri adalah rumit. Tidak seperti sambungan bolt ketat, yang boleh tergelincir di bawah beban, kimpalan tidak perlu meregangkan dan mengagihkan beban yang dikenakan secara besar-besaran. Dalam kebanyakan kes, pengikat mekanikal jenis kimpalan dan galas tidak berubah bentuk dengan cara yang sama.
Apabila kimpalan digunakan dengan pengikat mekanikal, beban dipindahkan melalui bahagian yang lebih keras, jadi kimpalan boleh membawa hampir semua beban, dengan sangat sedikit beban yang dikongsi dengan bolt. Itulah sebabnya penjagaan mesti diambil semasa mengimpal, membaut dan merivet. Spesifikasi. AWS D1 menyelesaikan masalah pencampuran pengikat mekanikal dan kimpalan. Spesifikasi 1:2000 untuk kimpalan struktur – keluli. Perenggan 2.6.3 menyatakan bahawa untuk rivet atau bolt yang digunakan dalam sambungan jenis galas (iaitu di mana bolt atau rivet bertindak sebagai pin), pengikat mekanikal tidak boleh dianggap berkongsi beban dengan kimpalan. Jika kimpalan digunakan, ia mesti disediakan untuk membawa beban penuh dalam sambungan. Walau bagaimanapun, sambungan yang dikimpal pada satu elemen dan dirivet atau dibaut pada elemen lain dibenarkan.
Apabila menggunakan pengikat mekanikal jenis galas dan menambah kimpalan, kapasiti galas beban bolt sebahagian besarnya diabaikan. Mengikut peruntukan ini, kimpalan mesti direka bentuk untuk memindahkan semua beban.
Ini pada asasnya sama dengan AISC LRFD-1999, klausa J1.9. Walau bagaimanapun, piawaian Kanada CAN/CSA-S16.1-M94 juga membenarkan penggunaan kendiri apabila kuasa pengikat atau bolt mekanikal lebih tinggi daripada kimpalan.
Dalam hal ini, tiga kriteria adalah konsisten: kemungkinan pengikat mekanikal jenis galas dan kemungkinan kimpalan tidak sepadan.
Seksyen 2.6.3 AWS D1.1 juga membincangkan situasi di mana bolt dan kimpalan boleh digabungkan dalam sambungan dua bahagian, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 1. Kimpalan di sebelah kiri, dibaut di sebelah kanan. Jumlah kuasa kimpalan dan bolt boleh diambil kira di sini. Setiap bahagian keseluruhan sambungan beroperasi secara bebas. Oleh itu, kod ini merupakan pengecualian kepada prinsip yang terkandung dalam bahagian pertama 2.6.3.
Peraturan yang baru dibincangkan terpakai kepada bangunan baharu. Bagi struktur sedia ada, klausa 8.3.7 D1.1 menyatakan bahawa apabila pengiraan struktur menunjukkan bahawa rivet atau bolt akan dibebani beban yang lebih besar oleh jumlah beban baharu, hanya beban statik sedia ada sahaja yang perlu diberikan kepadanya.
Peraturan yang sama menghendaki jika rivet atau bolt hanya dibebani beban statik atau dikenakan beban kitaran (keletihan), logam asas dan kimpalan yang mencukupi mesti ditambah untuk menyokong jumlah beban.
Pengagihan beban antara pengikat mekanikal dan kimpalan boleh diterima jika struktur telah dibebankan terlebih dahulu, dalam erti kata lain, jika gelinciran telah berlaku antara elemen yang disambungkan. Tetapi hanya beban statik yang boleh diletakkan pada pengikat mekanikal. Beban hidup yang boleh menyebabkan gelinciran yang lebih besar mesti dilindungi dengan penggunaan kimpalan yang mampu menahan keseluruhan beban.
Kimpalan mesti digunakan untuk menahan semua beban yang dikenakan atau dinamik. Apabila pengikat mekanikal sudah terlebih beban, perkongsian beban tidak dibenarkan. Di bawah beban kitaran, perkongsian beban tidak dibenarkan, kerana beban boleh menyebabkan gelinciran kekal dan beban kimpalan.
ilustrasi. Pertimbangkan sambungan riba yang pada asalnya dibolt ketat (lihat Rajah 2). Struktur tersebut menambah kuasa tambahan, dan sambungan serta penyambung mesti ditambah untuk memberikan kekuatan berganda. Pada rajah 3 menunjukkan pelan asas untuk mengukuhkan elemen. Bagaimanakah sambungan itu perlu dibuat?
Oleh kerana keluli baharu perlu dicantumkan pada keluli lama melalui kimpalan fillet, jurutera memutuskan untuk menambah beberapa kimpalan fillet pada sambungan tersebut. Memandangkan bolt masih di tempatnya, idea asalnya adalah untuk menambah hanya kimpalan yang diperlukan untuk memindahkan kuasa tambahan kepada keluli baharu, dengan menjangkakan 50% daripada beban akan melalui bolt dan 50% daripada beban akan melalui kimpalan baharu. Adakah ia boleh diterima?
Pertama sekali, mari kita andaikan bahawa tiada beban statik yang dikenakan pada sambungan pada masa ini. Dalam kes ini, perenggan 2.6.3 AWS D1.1 terpakai.
Dalam sambungan jenis galas ini, kimpalan dan bolt tidak boleh dianggap berkongsi beban, jadi saiz kimpalan yang ditentukan mestilah cukup besar untuk menampung semua beban statik dan dinamik. Kapasiti galas bolt dalam contoh ini tidak boleh diambil kira, kerana tanpa beban statik, sambungan akan berada dalam keadaan kendur. Kimpalan (direka bentuk untuk membawa separuh beban) pada mulanya pecah apabila beban penuh dikenakan. Kemudian bolt, yang juga direka bentuk untuk memindahkan separuh beban, cuba memindahkan beban dan pecah.
Selanjutnya, andaikan bahawa beban statik dikenakan. Di samping itu, diandaikan bahawa sambungan sedia ada mencukupi untuk membawa beban kekal sedia ada. Dalam kes ini, perenggan 8.3.7 D1.1 terpakai. Kimpalan baharu hanya perlu menahan peningkatan beban statik dan beban hidup umum. Beban mati sedia ada boleh diberikan kepada pengikat mekanikal sedia ada.
Di bawah beban malar, sambungan tidak kendur. Sebaliknya, bolt sudah menanggung bebannya. Terdapat sedikit gelinciran pada sambungan. Oleh itu, kimpalan boleh digunakan dan ia boleh menghantar beban dinamik.
Jawapan kepada soalan “Adakah ini boleh diterima?” bergantung pada keadaan beban. Dalam kes pertama, jika tiada beban statik, jawapannya akan negatif. Di bawah keadaan khusus senario kedua, jawapannya ialah ya.
Hanya kerana beban statik dikenakan, tidak selalunya kesimpulan dapat dibuat. Tahap beban statik, kecukupan sambungan mekanikal sedia ada dan sifat beban akhir—sama ada statik atau kitaran—mungkin mengubah jawapannya.
Duane K. Miller, MD, PE, 22801 Saint Clair Ave., Cleveland, OH 44117-1199, Pengurus Pusat Teknologi Kimpalan, Lincoln Electric Company, www.lincolnelectric.com. Lincoln Electric mengeluarkan peralatan kimpalan dan bahan habis pakai kimpalan di seluruh dunia. Jurutera dan juruteknik Pusat Teknologi Kimpalan membantu pelanggan menyelesaikan masalah kimpalan.
Persatuan Kimpalan Amerika, 550 NW LeJeune Road, Miami, FL 33126-5671, telefon 305-443-9353, faks 305-443-7559, laman web www.aws.org.
Antarabangsa ASTM, 100 Barr Harbor Drive, West Conshohocken, PA 19428-2959, telefon 610-832-9585, faks 610-832-9555, laman web www.astm.org.
Persatuan Struktur Keluli Amerika, One E. Wacker Drive, Suite 3100, Chicago, IL 60601-2001, telefon 312-670-2400, faks 312-670-5403, laman web www.aisc.org.
FABRICATOR ialah majalah fabrikasi dan pembentukan keluli yang terkemuka di Amerika Utara. Majalah ini menerbitkan berita, artikel teknikal dan kisah kejayaan yang membolehkan pengeluar menjalankan tugas mereka dengan lebih cekap. FABRICATOR telah berada dalam industri ini sejak tahun 1970.
Kini dengan akses penuh kepada edisi digital FABRICATOR, akses mudah kepada sumber industri yang berharga.
Edisi digital The Tube & Pipe Journal kini boleh diakses sepenuhnya, menyediakan akses mudah kepada sumber industri yang berharga.
Dapatkan akses digital penuh ke Jurnal STAMPING, yang menampilkan teknologi terkini, amalan terbaik dan berita industri untuk pasaran setem logam.
Kini dengan akses digital penuh kepada The Fabricator en Español, anda mempunyai akses mudah kepada sumber industri yang berharga.