I ulike strukturelle situasjoner kan det hende at ingeniører må vurdere styrken til skjøter laget av sveiser og mekaniske festemidler.I dag er mekaniske festemidler vanligvis bolter, men eldre design kan ha nagler.
Dette kan skje under oppgraderinger, renoveringer eller forbedringer av et prosjekt.En ny design kan kreve bolting og sveising for å fungere sammen i en skjøt hvor materialet som skal skjøtes først boltes sammen og deretter sveises for å gi full styrke til skjøten.
Å bestemme den totale belastningskapasiteten til en skjøt er imidlertid ikke så enkelt som å legge sammen summen av de enkelte komponentene (sveiser, bolter og nagler).En slik antakelse kan føre til katastrofale konsekvenser.
Bolteforbindelser er beskrevet i American Institute of Steel Structures (AISC) Structural Joint Specification, som bruker ASTM A325 eller A490 bolter som tett montering, forhåndsspenning eller skyvenøkkel.
Stram tett strammede koblinger med en slagnøkkel eller låsesmed ved å bruke en konvensjonell tosidig fastnøkkel for å sikre at lagene er i tett kontakt.I en forspent forbindelse monteres boltene slik at de utsettes for betydelige strekkbelastninger, og platene utsettes for trykkbelastninger.
1. Vri mutteren.Metoden for å dreie mutteren innebærer å stramme bolten og deretter dreie mutteren en ekstra mengde, som avhenger av diameteren og lengden på bolten.
2. Kalibrer nøkkelen.Den kalibrerte skiftenøkkelmetoden måler dreiemomentet som er forbundet med boltspenning.
3. Spenningsjusteringsbolt av torsjonstype.Twist-off spennbolter har små bolter på enden av bolten motsatt hodet.Når det nødvendige dreiemomentet er nådd, skrus tappen ut.
4. Rett trekkindeks.Direkte spenningsindikatorer er spesielle skiver med tapper.Mengden kompresjon på tappen indikerer spenningsnivået på bolten.
I lekmannstermer fungerer bolter som stifter i tette og forspente skjøter, omtrent som en messingstift som holder en stabel med perforert papir sammen.Kritiske glideskjøter fungerer ved friksjon: Forspenning skaper nedkraft, og friksjon mellom kontaktflatene arbeider sammen for å motstå glidning av skjøten.Det er som en perm som holder en bunke papirer sammen, ikke fordi det er stanset hull i papiret, men fordi permen presser papirene sammen og friksjonen holder stabelen sammen.
ASTM A325-bolter har en minimumsstrekkfasthet på 150 til 120 kg per kvadrattomme (KSI), avhengig av boltdiameteren, mens A490-bolter må ha en strekkfasthet på 150 til 170-KSI.Nagleskjøter oppfører seg mer som tette skjøter, men i dette tilfellet er tappene nagler som typisk er omtrent halvparten så sterke som en A325-bolt.
En av to ting kan skje når en mekanisk festet skjøt utsettes for skjærkrefter (når ett element har en tendens til å gli over et annet på grunn av en påført kraft).Bolter eller nagler kan være på sidene av hullene, noe som får boltene eller naglerne til å skjære av samtidig.Den andre muligheten er at friksjonen forårsaket av klemkraften til de forspente festene tåler skjærbelastninger.Det forventes ingen utglidning for denne forbindelsen, men det er mulig.
En tett kobling er akseptabel for mange bruksområder, da en liten glidning ikke kan påvirke egenskapene til koblingen negativt.Tenk for eksempel på en silo designet for å lagre granulært materiale.Det kan være en liten glidning ved lasting for første gang.Når utglidning skjer, vil det ikke skje igjen, fordi alle påfølgende belastninger er av samme art.
Lastreversering brukes i noen applikasjoner, for eksempel når roterende elementer utsettes for vekslende strekk- og trykkbelastninger.Et annet eksempel er et bøyeelement som er utsatt for fullstendig omvendte belastninger.Når det er en betydelig endring i lastretningen, kan det være nødvendig med en forhåndsbelastet tilkobling for å eliminere syklisk slip.Denne utglidningen fører til slutt til mer utglidning i de langstrakte hullene.
Noen ledd opplever mange belastningssykluser som kan føre til tretthet.Disse inkluderer presser, kranstøtter og koblinger i broer.Glidende kritiske forbindelser er nødvendig når forbindelsen utsettes for utmattingsbelastninger i motsatt retning.For denne typen tilstander er det svært viktig at leddet ikke sklir, så sklikritiske ledd er nødvendig.
Eksisterende boltede forbindelser kan designes og produseres i henhold til alle disse standardene.Nagleforbindelser anses som tette.
Sveisede skjøter er stive.Loddefuger er vanskelige.I motsetning til tette boltede skjøter, som kan skli under belastning, trenger ikke sveiser å strekke seg og fordele den påførte belastningen i stor grad.I de fleste tilfeller deformeres ikke sveisede og bærende mekaniske festemidler på samme måte.
Når sveiser brukes med mekaniske festemidler, overføres belastningen gjennom den hardere delen, slik at sveisen kan bære nesten hele belastningen, med svært lite delt med bolten.Derfor må man være forsiktig ved sveising, bolting og nagling.Spesifikasjoner.AWS D1 løser problemet med å blande mekaniske festemidler og sveiser.Spesifikasjon 1:2000 for struktursveising – stål.Avsnitt 2.6.3 sier at for nagler eller bolter som brukes i skjøter av lagertype (dvs. der bolten eller naglen fungerer som en tapp), bør mekaniske festemidler ikke anses å dele belastningen med sveisen.Hvis sveising brukes, må de leveres for å bære hele belastningen i skjøten.Imidlertid er tilkoblinger sveiset til ett element og naglet eller boltet til et annet element tillatt.
Ved bruk av mekaniske festemidler av lagertype og sveising blir boltens bæreevne stort sett neglisjert.I henhold til denne bestemmelsen skal sveisen være utformet for å overføre alle belastninger.
Dette er i hovedsak det samme som AISC LRFD-1999, klausul J1.9.Imidlertid tillater den kanadiske standarden CAN/CSA-S16.1-M94 også frittstående bruk når kraften til den mekaniske festeanordningen eller bolten er høyere enn sveising.
I denne saken er tre kriterier konsistente: mulighetene for mekaniske fester av lagertypen og mulighetene for sveiser stemmer ikke.
Avsnitt 2.6.3 i AWS D1.1 omtaler også situasjoner der bolter og sveiser kan kombineres i en todelt skjøt, som vist i figur 1. Sveiser til venstre, boltet til høyre.Den totale kraften til sveiser og bolter kan tas i betraktning her.Hver del av hele forbindelsen fungerer uavhengig.Dermed er denne koden et unntak fra prinsippet i første del av 2.6.3.
Reglene som nettopp er omtalt gjelder for nybygg.For eksisterende konstruksjoner sier punkt 8.3.7 D1.1 at når konstruksjonsberegninger viser at en nagle eller bolt vil bli overbelastet av en ny totallast, skal kun den eksisterende statiske belastningen tilordnes den.
De samme reglene krever at dersom en nagle eller bolt kun overbelastes med statiske belastninger eller utsettes for sykliske (utmattings)belastninger, må det legges til tilstrekkelig basemetall og sveiser for å støtte den totale belastningen.
Fordelingen av lasten mellom mekaniske festemidler og sveiser er akseptabel dersom konstruksjonen er forhåndsbelastet, med andre ord hvis det har oppstått glidning mellom de sammenkoblede elementene.Men bare statiske belastninger kan plasseres på mekaniske festemidler.Spennende belastninger som kan føre til større utglidning må beskyttes ved bruk av sveiser som tåler hele belastningen.
Sveiser må brukes for å tåle all påført eller dynamisk belastning.Når mekaniske festemidler allerede er overbelastet, er lastdeling ikke tillatt.Ved syklisk belastning er belastningsdeling ikke tillatt, siden belastningen kan føre til permanent glidning og overbelastning av sveisen.
illustrasjon.Tenk på et overlappingsledd som opprinnelig ble boltet fast (se figur 2).Strukturen tilfører ekstra kraft, og tilkoblinger og koblinger må legges til for å gi dobbel styrke.På fig.3 viser grunnplan for forsterkning av elementene.Hvordan skal forbindelsen gjøres?
Siden det nye stålet måtte sammenføyes med det gamle stålet med kilsveis, bestemte ingeniøren seg for å legge til noen kilsveiser i skjøten.Siden boltene fortsatt var på plass, var den opprinnelige ideen å legge til bare sveisene som trengs for å overføre den ekstra kraften til det nye stålet, og forventet at 50 % av belastningen skulle gå gjennom boltene og 50 % av belastningen skulle gå gjennom de nye sveisene.Er det akseptabelt?
La oss først anta at det for øyeblikket ikke påføres statiske belastninger på forbindelsen.I dette tilfellet gjelder paragraf 2.6.3 i AWS D1.1.
I denne lagertypeskjøten kan ikke sveisen og bolten anses å dele belastningen, så den angitte sveisestørrelsen må være stor nok til å støtte hele den statiske og dynamiske belastningen.Bæreevnen til boltene i dette eksemplet kan ikke tas i betraktning, fordi uten statisk belastning vil forbindelsen være i slakk tilstand.Sveisen (designet for å bære halvparten av belastningen) brister først når full belastning påføres.Deretter prøver bolten, også designet for å overføre halvparten av lasten, å overføre lasten og bryter.
Anta videre at en statisk belastning påføres.I tillegg forutsettes det at eksisterende forbindelse er tilstrekkelig til å bære eksisterende permanent last.I dette tilfellet gjelder punkt 8.3.7 D1.1.Nye sveiser trenger kun å tåle økte statiske og generelle spenninger.Eksisterende egenlaster kan tilordnes eksisterende mekaniske festemidler.
Ved konstant belastning synker ikke forbindelsen.I stedet bærer boltene allerede sin belastning.Det har vært noe utglidning i forbindelsen.Derfor kan sveiser brukes og de kan overføre dynamiske belastninger.
Svaret på spørsmålet "Er dette akseptabelt?"avhenger av belastningsforholdene.I det første tilfellet, i fravær av statisk belastning, vil svaret være negativt.Under de spesifikke forholdene i det andre scenariet er svaret ja.
Bare fordi en statisk belastning påføres, er det ikke alltid mulig å trekke en konklusjon.Nivået av statiske belastninger, tilstrekkeligheten til eksisterende mekaniske koblinger og arten av endelastene – enten statiske eller sykliske – kan endre svaret.
Duane K. Miller, MD, PE, 22801 Saint Clair Ave., Cleveland, OH 44117-1199, Welding Technology Center Manager, Lincoln Electric Company, www.lincolnelectric.com.Lincoln Electric produserer sveiseutstyr og sveisetilbehør over hele verden.Sveiseteknologisenterets ingeniører og teknikere hjelper kundene med å løse sveiseproblemer.
American Welding Society, 550 NW LeJeune Road, Miami, FL 33126-5671, telefon 305-443-9353, faks 305-443-7559, nettside www.aws.org.
ASTM Intl., 100 Barr Harbor Drive, West Conshohocken, PA 19428-2959, telefon 610-832-9585, faks 610-832-9555, nettsted 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, nettside www.aisc.org.
FABRICATOR er Nord-Amerikas ledende magasin for stålproduksjon og forming.Magasinet publiserer nyheter, tekniske artikler og suksesshistorier som gjør det mulig for produsenter å gjøre jobben sin mer effektivt.FABRICATOR har vært i bransjen siden 1970.
Nå med full tilgang til FABRICATOR digital utgave, enkel tilgang til verdifulle industriressurser.
Den digitale utgaven av The Tube & Pipe Journal er nå fullt tilgjengelig, og gir enkel tilgang til verdifulle industriressurser.
Få full digital tilgang til STAMPING Journal, med den nyeste teknologien, beste praksis og bransjenyheter for metallstemplingsmarkedet.
Nå med full digital tilgang til The Fabricator en Español, har du enkel tilgang til verdifulle industriressurser.