Em várias situações estruturais, os engenheiros podem precisar avaliar a resistência das juntas feitas por soldas e fixadores mecânicos.Hoje, os fixadores mecânicos são geralmente parafusos, mas projetos mais antigos podem ter rebites.
Isso pode acontecer durante atualizações, reformas ou melhorias em um projeto.Um novo projeto pode exigir que o aparafusamento e a soldagem funcionem juntos em uma junta onde o material a ser unido é primeiro aparafusado e depois soldado para fornecer resistência total à junta.
No entanto, determinar a capacidade de carga total de uma junta não é tão simples quanto somar os componentes individuais (soldas, parafusos e rebites).Tal suposição pode levar a consequências desastrosas.
As conexões aparafusadas são descritas na Especificação de Junta Estrutural do Instituto Americano de Estruturas de Aço (AISC), que usa parafusos ASTM A325 ou A490 como montagem apertada, pré-carga ou chaveta deslizante.
Aperte as conexões bem apertadas com uma chave de impacto ou serralheiro usando uma chave convencional de dupla face para garantir que as camadas estejam em contato firme.Em uma ligação protendida, os parafusos são instalados de modo que sejam submetidos a cargas de tração significativas e as placas sejam submetidas a cargas de compressão.
1. Gire a porca.O método de girar a porca envolve apertar o parafuso e, em seguida, girar a porca um pouco mais, o que depende do diâmetro e comprimento do parafuso.
2. Calibre a chave.O método da chave calibrada mede o torque associado à tensão do parafuso.
3. Parafuso de ajuste de tensão tipo torção.Os parafusos de tensão de torção têm pequenos pinos na extremidade do parafuso oposta à cabeça.Quando o torque necessário é alcançado, o pino é desparafusado.
4. Índice de tração reta.Indicadores de tensão direta são arruelas especiais com abas.A quantidade de compressão no terminal indica o nível de tensão aplicada ao parafuso.
Em termos leigos, os parafusos agem como pinos em juntas apertadas e pré-tensionadas, muito parecido com um pino de latão segurando uma pilha de papel perfurado.As juntas deslizantes críticas funcionam por fricção: a pré-carga cria força descendente e a fricção entre as superfícies de contato trabalha em conjunto para resistir ao deslizamento da junta.É como um fichário que mantém uma pilha de papéis juntos, não porque os furos são feitos no papel, mas porque o fichário pressiona os papéis juntos e a fricção mantém a pilha unida.
Os parafusos ASTM A325 têm uma resistência à tração mínima de 150 a 120 kg por polegada quadrada (KSI), dependendo do diâmetro do parafuso, enquanto os parafusos A490 devem ter uma resistência à tração de 150 a 170-KSI.As juntas de rebite se comportam mais como juntas apertadas, mas, neste caso, os pinos são rebites que normalmente têm cerca de metade da resistência de um parafuso A325.
Uma de duas coisas pode acontecer quando uma junta fixada mecanicamente é submetida a forças de cisalhamento (quando um elemento tende a deslizar sobre outro devido a uma força aplicada).Parafusos ou rebites podem estar nas laterais dos orifícios, fazendo com que os parafusos ou rebites se partam ao mesmo tempo.A segunda possibilidade é que o atrito causado pela força de aperto dos fixadores pré-tensionados pode suportar cargas de cisalhamento.Nenhuma derrapagem é esperada para esta conexão, mas é possível.
Uma conexão apertada é aceitável para muitas aplicações, pois um leve deslizamento não pode afetar adversamente as características da conexão.Por exemplo, considere um silo projetado para armazenar material granulado.Pode haver um ligeiro deslizamento ao carregar pela primeira vez.Uma vez ocorrido o escorregamento, ele não acontecerá novamente, porque todas as cargas subseqüentes são da mesma natureza.
A reversão de carga é usada em algumas aplicações, como quando elementos rotativos são submetidos a cargas de tração e compressão alternadas.Outro exemplo é um elemento de flexão submetido a cargas totalmente inversas.Quando há uma mudança significativa na direção da carga, uma conexão pré-carregada pode ser necessária para eliminar o escorregamento cíclico.Este deslizamento eventualmente leva a mais deslizamento nos orifícios alongados.
Algumas articulações experimentam muitos ciclos de carga que podem levar à fadiga.Isso inclui prensas, suportes de guindastes e conexões em pontes.Conexões críticas deslizantes são necessárias quando a conexão é submetida a cargas de fadiga na direção reversa.Para este tipo de condições, é muito importante que a junta não escorregue, pelo que são necessárias juntas de deslizamento crítico.
As conexões aparafusadas existentes podem ser projetadas e fabricadas de acordo com qualquer um desses padrões.Conexões de rebite são consideradas apertadas.
As juntas soldadas são rígidas.Juntas de solda são complicadas.Ao contrário das juntas aparafusadas apertadas, que podem escorregar sob carga, as soldas não precisam se esticar e distribuir a carga aplicada em grande extensão.Na maioria dos casos, os fixadores mecânicos soldados e do tipo rolamento não se deformam da mesma maneira.
Quando são usadas soldas com fixadores mecânicos, a carga é transferida através da parte mais dura, de modo que a solda pode suportar quase toda a carga, com muito pouco compartilhado com o parafuso.É por isso que se deve ter cuidado ao soldar, aparafusar e rebitar.Especificações.AWS D1 resolve o problema de misturar fixadores mecânicos e soldas.Especificação 1:2000 para soldagem estrutural – aço.O parágrafo 2.6.3 estabelece que, para rebites ou parafusos usados ​​em juntas do tipo rolamento (ou seja, onde o parafuso ou rebite atua como um pino), os fixadores mecânicos não devem ser considerados para compartilhar a carga com a solda.Se a soldagem for usada, eles devem ser fornecidos para suportar a carga total na junta.No entanto, são permitidas ligações soldadas a um elemento e rebitadas ou aparafusadas a outro elemento.
Ao usar fixadores mecânicos do tipo rolamento e adicionar soldas, a capacidade de carga do parafuso é amplamente negligenciada.De acordo com esta disposição, a solda deve ser projetada para transferir todas as cargas.
Isso é essencialmente o mesmo que AISC LRFD-1999, cláusula J1.9.No entanto, o padrão canadense CAN/CSA-S16.1-M94 também permite o uso autônomo quando a potência do fixador mecânico ou do parafuso é maior que a da soldagem.
Nessa questão, três critérios são consistentes: as possibilidades de fixações mecânicas do tipo mancal e as possibilidades de soldas não batem.
A seção 2.6.3 da AWS D1.1 também discute situações em que parafusos e soldas podem ser combinados em uma junta de duas partes, conforme mostrado na Figura 1. Soldas à esquerda, aparafusadas à direita.A potência total de soldas e parafusos pode ser considerada aqui.Cada parte de toda a conexão opera de forma independente.Assim, este código é uma exceção ao princípio contido na primeira parte de 2.6.3.
As regras que acabamos de discutir se aplicam a novos edifícios.Para estruturas existentes, a cláusula 8.3.7 D1.1 estabelece que quando os cálculos estruturais mostram que um rebite ou parafuso será sobrecarregado por uma nova carga total, somente a carga estática existente deve ser atribuída a ele.
As mesmas regras exigem que, se um rebite ou parafuso for apenas sobrecarregado com cargas estáticas ou submetido a cargas cíclicas (fadiga), metal de base e soldas suficientes devem ser adicionados para suportar a carga total.
A distribuição de carga entre fixadores mecânicos e soldas é aceitável se a estrutura for pré-carregada, ou seja, se tiver ocorrido deslizamento entre os elementos conectados.Mas apenas cargas estáticas podem ser colocadas em fixadores mecânicos.Cargas vivas que podem levar a maior deslizamento devem ser protegidas pelo uso de soldas capazes de suportar toda a carga.
As soldas devem ser usadas para suportar todas as cargas aplicadas ou dinâmicas.Quando os fixadores mecânicos já estão sobrecarregados, o compartilhamento de carga não é permitido.Sob carga cíclica, o compartilhamento de carga não é permitido, pois a carga pode levar ao deslizamento permanente e à sobrecarga da solda.
ilustração.Considere uma junta sobreposta que foi originalmente aparafusada (consulte a Figura 2).A estrutura adiciona energia extra e conexões e conectores devem ser adicionados para fornecer o dobro da força.Na fig.3 mostra o plano básico para fortalecer os elementos.Como deve ser feita a ligação?
Como o novo aço tinha que ser unido ao aço antigo por meio de soldas de ângulo, o engenheiro decidiu adicionar algumas soldas de ângulo na junta.Como os parafusos ainda estavam no lugar, a ideia original era adicionar apenas as soldas necessárias para transferir a potência extra para o novo aço, esperando que 50% da carga passasse pelos parafusos e 50% da carga passasse pelas novas soldas.É aceitável?
Vamos primeiro assumir que nenhuma carga estática está atualmente aplicada à conexão.Neste caso, aplica-se o parágrafo 2.6.3 da AWS D1.1.
Nesta junta do tipo rolamento, a solda e o parafuso não podem ser considerados como compartilhando a carga, então o tamanho da solda especificada deve ser grande o suficiente para suportar toda a carga estática e dinâmica.A capacidade de carga dos parafusos neste exemplo não pode ser levada em consideração, pois sem uma carga estática, a conexão ficará frouxa.A solda (projetada para suportar metade da carga) inicialmente se rompe quando a carga total é aplicada.Então o parafuso, também projetado para transferir metade da carga, tenta transferir a carga e quebra.
Além disso, suponha que uma carga estática seja aplicada.Além disso, assume-se que a conexão existente é suficiente para suportar a carga permanente existente.Neste caso, aplica-se o parágrafo 8.3.7 D1.1.Novas soldas só precisam suportar cargas estáticas e cargas vivas gerais aumentadas.Cargas permanentes existentes podem ser atribuídas a fixadores mecânicos existentes.
Sob carga constante, a conexão não cede.Em vez disso, os parafusos já suportam sua carga.Houve algum deslize na conexão.Portanto, soldas podem ser usadas e podem transmitir cargas dinâmicas.
A resposta para a pergunta "Isso é aceitável?"depende das condições de carga.No primeiro caso, na ausência de carga estática, a resposta será negativa.Nas condições específicas do segundo cenário, a resposta é sim.
Só porque uma carga estática é aplicada, nem sempre é possível tirar uma conclusão.O nível de cargas estáticas, a adequação das conexões mecânicas existentes e a natureza das cargas finais – sejam estáticas ou cíclicas – podem mudar a resposta.
Duane K. Miller, MD, PE, 22801 Saint Clair Ave., Cleveland, OH 44117-1199, Gerente do Centro de Tecnologia de Soldagem, Lincoln Electric Company, www.lincolnelectric.com.A Lincoln Electric fabrica equipamentos de soldagem e consumíveis de soldagem em todo o mundo.Os engenheiros e técnicos do Welding Technology Center ajudam os clientes a resolver problemas de soldagem.
American Welding Society, 550 NW LeJeune Road, Miami, FL 33126-5671, telefone 305-443-9353, fax 305-443-7559, site www.aws.org.
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