În diferite situații structurale, inginerii ar putea avea nevoie să evalueze rezistența îmbinărilor realizate prin suduri și elemente de fixare mecanice.Astăzi, elementele de fixare mecanice sunt de obicei șuruburi, dar modelele mai vechi pot avea nituri.
Acest lucru se poate întâmpla în timpul upgrade-urilor, renovărilor sau îmbunătățirilor unui proiect.Un nou design poate necesita șuruburi și sudură pentru a lucra împreună într-o îmbinare în care materialul care trebuie îmbinat este mai întâi înșurubat împreună și apoi sudat pentru a oferi rezistență deplină îmbinării.
Totuși, determinarea capacității totale de încărcare a unei îmbinări nu este la fel de simplă precum adunarea sumei componentelor individuale (suduri, șuruburi și nituri).O astfel de presupunere ar putea duce la consecințe dezastruoase.
Conexiunile cu șuruburi sunt descrise în Specificația de îmbinare structurală a Institutului American de Structuri din Oțel (AISC), care utilizează șuruburi ASTM A325 sau A490 ca montare strânsă, preîncărcare sau cheie glisantă.
Strângeți conexiunile strânse cu o cheie de impact sau un lăcătuș folosind o cheie convențională cu două fețe pentru a vă asigura că straturile sunt în contact strâns.Într-o conexiune precomprimată, șuruburile sunt instalate astfel încât să fie supuse unor sarcini de tracțiune semnificative, iar plăcile să fie supuse unor sarcini de compresiune.
1. Rotiți piulița.Metoda de întoarcere a piuliței implică strângerea șurubului și apoi rotirea piuliței o cantitate suplimentară, care depinde de diametrul și lungimea șurubului.
2. Calibrați cheia.Metoda cheii calibrate măsoară cuplul care este asociat cu tensiunea șuruburilor.
3. Șurub de reglare a tensiunii de tip torsiune.Șuruburile de tensionare cu răsucire au știfturi mici la capătul șurubului opus capului.Când se atinge cuplul necesar, știftul este deșurubat.
4. Index de tragere drept.Indicatorii de tensiune directă sunt șaibe speciale cu urechi.Cantitatea de compresie pe ureche indică nivelul de tensiune aplicat șurubului.
În termeni profani, șuruburile acționează ca știfturi în îmbinări strânse și pretensionate, la fel ca un știft de alamă care ține împreună un teanc de hârtie perforată.Îmbinările de alunecare critice funcționează prin frecare: preîncărcarea creează forță de apăsare, iar frecarea dintre suprafețele de contact lucrează împreună pentru a rezista la alunecarea îmbinării.Este ca o liantă care ține un teanc de hârtie împreună, nu pentru că sunt perforate găuri în hârtie, ci pentru că liantul presează hârtiile împreună, iar frecarea ține teancul împreună.
Șuruburile ASTM A325 au o rezistență minimă la tracțiune de 150 până la 120 kg pe inch pătrat (KSI), în funcție de diametrul șurubului, în timp ce șuruburile A490 trebuie să aibă o rezistență la tracțiune de 150 până la 170-KSI.Îmbinările cu nituri se comportă mai mult ca niște îmbinări strânse, dar în acest caz, știfturile sunt nituri care sunt de obicei aproximativ jumătate mai puternice decât un șurub A325.
Unul din două lucruri se poate întâmpla atunci când o îmbinare fixată mecanic este supusă unor forțe de forfecare (când un element tinde să alunece peste altul datorită unei forțe aplicate).Șuruburile sau niturile pot fi pe părțile laterale ale găurilor, provocând forfecarea șuruburilor sau niturilor în același timp.A doua posibilitate este ca frecarea cauzată de forța de strângere a elementelor de fixare pretensionate să poată rezista la sarcini de forfecare.Nu se așteaptă nicio alunecare pentru această conexiune, dar este posibil.
O conexiune strânsă este acceptabilă pentru multe aplicații, deoarece alunecarea ușoară nu poate afecta negativ caracteristicile conexiunii.De exemplu, luați în considerare un siloz conceput pentru a stoca material granular.Este posibil să existe o ușoară alunecare la încărcarea pentru prima dată.Odată ce se produce alunecarea, nu se va mai repeta, deoarece toate încărcările ulterioare sunt de aceeași natură.
Inversarea sarcinii este utilizată în unele aplicații, cum ar fi atunci când elementele rotative sunt supuse unor sarcini alternative de tracțiune și compresiune.Un alt exemplu este un element de îndoire supus sarcinilor complet inverse.Când există o schimbare semnificativă a direcției sarcinii, poate fi necesară o conexiune preîncărcată pentru a elimina alunecarea ciclică.Această alunecare duce în cele din urmă la mai multă alunecare în găurile alungite.
Unele articulații suferă multe cicluri de încărcare care pot duce la oboseală.Acestea includ prese, suporturi de macara și conexiuni în poduri.Conexiunile critice glisante sunt necesare atunci când conexiunea este supusă sarcinilor de oboseală în sens invers.Pentru aceste tipuri de condiții, este foarte important ca îmbinarea să nu alunece, deci sunt necesare îmbinări critice pentru alunecare.
Conexiunile cu șuruburi existente pot fi proiectate și fabricate în conformitate cu oricare dintre aceste standarde.Conexiunile cu nituri sunt considerate strânse.
Îmbinările sudate sunt rigide.Îmbinările de lipit sunt dificile.Spre deosebire de îmbinările strânse cu șuruburi, care pot aluneca sub sarcină, sudurile nu trebuie să se întindă și să distribuie în mare măsură sarcina aplicată.În cele mai multe cazuri, elementele de fixare mecanice sudate și tip rulment nu se deformează în același mod.
Când sudurile sunt utilizate cu elemente de fixare mecanice, sarcina este transferată prin partea mai dură, astfel încât sudarea poate suporta aproape toată sarcina, cu foarte puțină împărțire cu șurubul.De aceea trebuie avut grijă la sudare, șuruburi și nituire.Specificații.AWS D1 rezolvă problema amestecării elementelor de fixare mecanice și sudurilor.Specificație 1:2000 pentru sudarea structurală – oțel.Punctul 2.6.3 prevede că pentru niturile sau șuruburile utilizate în îmbinările de tip rulment (adică unde șurubul sau nitul acționează ca un știft), elementele de fixare mecanice nu ar trebui să fie considerate că împart sarcina cu sudura.Dacă se utilizează sudare, acestea trebuie să fie prevăzute pentru a transporta întreaga sarcină în îmbinare.Cu toate acestea, sunt permise conexiuni sudate la un element și nituite sau prinse cu șuruburi pe alt element.
Când se utilizează elemente de fixare mecanice de tip rulment și se adaugă suduri, capacitatea portantă a șurubului este în mare măsură neglijată.Conform acestei prevederi, sudura trebuie proiectată pentru a transfera toate sarcinile.
Acesta este în esență același cu AISC LRFD-1999, clauza J1.9.Cu toate acestea, standardul canadian CAN/CSA-S16.1-M94 permite și utilizarea de sine stătătoare atunci când puterea dispozitivului de fixare sau șurubului mecanic este mai mare decât cea a sudării.
În această chestiune, trei criterii sunt consistente: posibilitățile de fixare mecanică de tip rulment și posibilitățile de sudare nu se adună.
Secțiunea 2.6.3 din AWS D1.1 discută, de asemenea, situații în care șuruburile și sudurile pot fi combinate într-o îmbinare din două părți, așa cum se arată în Figura 1. Suduri în stânga, șuruburi în dreapta.Puterea totală a sudurilor și șuruburilor poate fi luată în considerare aici.Fiecare parte a întregii conexiuni funcționează independent.Astfel, acest cod este o excepție de la principiul cuprins în prima parte a 2.6.3.
Regulile tocmai discutate se aplică clădirilor noi.Pentru structurile existente, clauza 8.3.7 D1.1 prevede că atunci când calculele structurale arată că un nit sau un șurub va fi supraîncărcat de o nouă sarcină totală, numai sarcina statică existentă ar trebui să i se atribuie acestuia.
Aceleași reguli impun ca, dacă un nit sau un șurub este supraîncărcat doar cu sarcini statice sau supus sarcinilor ciclice (de oboseală), trebuie adăugat suficient metal de bază și suduri pentru a suporta sarcina totală.
Distribuția sarcinii între elementele de fixare mecanice și suduri este acceptabilă dacă structura este preîncărcată, cu alte cuvinte, dacă s-a produs alunecare între elementele conectate.Dar numai sarcini statice pot fi plasate pe elementele de fixare mecanice.Sarcinile sub tensiune care pot duce la o alunecare mai mare trebuie protejate prin utilizarea de suduri capabile să reziste la întreaga sarcină.
Sudurile trebuie folosite pentru a rezista la toate sarcinile aplicate sau dinamice.Când elementele de fixare mecanice sunt deja supraîncărcate, partajarea sarcinii nu este permisă.În condiții de încărcare ciclică, partajarea sarcinii nu este permisă, deoarece sarcina poate duce la alunecarea permanentă și supraîncărcarea sudurii.
ilustrare.Luați în considerare o îmbinare care a fost inițial strâns cu șuruburi (vezi Figura 2).Structura adaugă putere suplimentară, iar conexiunile și conectorii trebuie adăugate pentru a oferi rezistență dublă.Pe fig.3 prezintă planul de bază pentru întărirea elementelor.Cum trebuie făcută legătura?
Deoarece noul oțel a trebuit să fie îmbinat cu oțelul vechi prin suduri de contur, inginerul a decis să adauge niște suduri de contur la îmbinare.Deoarece șuruburile erau încă la locul lor, ideea inițială a fost să adăugați doar sudurile necesare pentru a transfera puterea suplimentară noului oțel, așteptând ca 50% din sarcină să treacă prin șuruburi și 50% din sarcină să treacă prin noile suduri.Este acceptabil?
Să presupunem mai întâi că nu sunt aplicate încărcări statice conexiunii.În acest caz, se aplică punctul 2.6.3 din AWS D1.1.
În această îmbinare de tip rulment, sudura și șurubul nu pot fi considerate că împărtășesc sarcina, astfel încât dimensiunea de sudare specificată trebuie să fie suficient de mare pentru a suporta toată sarcina statică și dinamică.Capacitatea portantă a șuruburilor din acest exemplu nu poate fi luată în considerare, deoarece fără o sarcină statică, conexiunea va fi într-o stare slăbită.Sudura (proiectată să suporte jumătate din sarcină) se rupe inițial când se aplică întreaga sarcină.Apoi șurubul, conceput și pentru a transfera jumătate din sarcină, încearcă să transfere sarcina și se rupe.
În plus, presupuneți că se aplică o sarcină statică.În plus, se presupune că conexiunea existentă este suficientă pentru a suporta sarcina permanentă existentă.În acest caz, se aplică punctul 8.3.7 D1.1.Noile suduri trebuie să reziste doar la sarcini statice și generale sub tensiune crescute.Sarcinile moarte existente pot fi atribuite elementelor de fixare mecanice existente.
Sub sarcină constantă, conexiunea nu se lasă.În schimb, șuruburile își suportă deja sarcina.Au existat unele derapaje în legătură.Prin urmare, se pot folosi suduri și pot transmite sarcini dinamice.
Răspunsul la întrebarea „Este acceptabil?”depinde de condițiile de încărcare.În primul caz, în absența unei sarcini statice, răspunsul va fi negativ.În condițiile specifice celui de-al doilea scenariu, răspunsul este da.
Doar pentru că se aplică o sarcină statică, nu este întotdeauna posibil să tragem o concluzie.Nivelul sarcinilor statice, adecvarea conexiunilor mecanice existente și natura sarcinilor finale - fie că sunt statice sau ciclice - pot schimba răspunsul.
Duane K. Miller, MD, PE, 22801 Saint Clair Ave., Cleveland, OH 44117-1199, Manager Centru de Tehnologie de Sudare, Lincoln Electric Company, www.lincolnelectric.com.Lincoln Electric produce echipamente de sudare și consumabile de sudare în întreaga lume.Inginerii și tehnicienii Centrului de Tehnologie de Sudare ajută clienții să rezolve problemele de sudare.
American Welding Society, 550 NW LeJeune Road, Miami, FL 33126-5671, telefon 305-443-9353, fax 305-443-7559, site-ul web www.aws.org.
ASTM Intl., 100 Barr Harbor Drive, West Conshohocken, PA 19428-2959, telefon 610-832-9585, fax 610-832-9555, site-ul web www.astm.org.
American Steel Structures Association, One E. Wacker Drive, Suite 3100, Chicago, IL 60601-2001, telefon 312-670-2400, fax 312-670-5403, site-ul web www.aisc.org.
FABRICATOR este cea mai importantă revistă de fabricare și formare a oțelului din America de Nord.Revista publică știri, articole tehnice și povești de succes care permit producătorilor să-și facă treaba mai eficient.FABRICATOR este în industrie din 1970.
Acum, cu acces complet la ediția digitală The FABRICATOR, acces ușor la resurse valoroase din industrie.
Ediția digitală a The Tube & Pipe Journal este acum complet accesibilă, oferind acces ușor la resurse valoroase din industrie.
Obțineți acces digital complet la Jurnalul STAMPING, care oferă cea mai recentă tehnologie, cele mai bune practici și știri din industrie pentru piața de ștanțare a metalelor.
Acum, cu acces digital complet la The Fabricator en Español, aveți acces ușor la resurse valoroase din industrie.