V različnih strukturnih situacijah bodo inženirji morda morali oceniti trdnost spojev, narejenih z zvari in mehanskimi pritrdilnimi elementi.Danes so mehanski pritrdilni elementi običajno sorniki, starejši modeli pa imajo lahko zakovice.
To se lahko zgodi med nadgradnjami, prenovami ali izboljšavami projekta.Nova zasnova lahko zahteva vijačenje in varjenje, da delujeta skupaj v spoju, kjer je material, ki ga je treba spojiti, najprej spojen skupaj in nato zvarjen, da se zagotovi popolna trdnost spoja.
Vendar pa določitev skupne nosilnosti spoja ni tako preprosta kot seštevanje vsote posameznih komponent (zvarov, vijakov in zakovic).Takšna predpostavka bi lahko povzročila katastrofalne posledice.
Vijačne povezave so opisane v specifikaciji konstrukcijskega spoja Ameriškega inštituta za jeklene konstrukcije (AISC), ki uporablja vijake ASTM A325 ali A490 kot tesno pritrditev, prednapetost ali drsni ključ.
Zategnite tesno zategnjene povezave z udarnim ključem ali ključavničarjem z uporabo običajnega dvostranskega ključa, da zagotovite tesni stik plasti.V prednapeti povezavi so sorniki nameščeni tako, da so izpostavljeni znatnim nateznim obremenitvam, plošče pa so izpostavljene tlačnim obremenitvam.
1. Obrnite matico.Metoda vrtenja matice vključuje zategovanje vijaka in nato vrtenje matice za dodatno količino, ki je odvisna od premera in dolžine vijaka.
2. Umerite ključ.Metoda kalibriranega ključa meri navor, ki je povezan z napetostjo vijaka.
3. Torzijski vijak za nastavitev napetosti.Zasučni natezni vijaki imajo majhne zatiče na koncu vijaka nasproti glave.Ko je dosežen zahtevani navor, se čep odvije.
4. Indeks ravnega vleka.Indikatorji neposredne napetosti so posebne podložke z jezički.Količina stiskanja na ušesu kaže stopnjo napetosti, ki se uporablja za zapah.
Laično povedano, vijaki delujejo kot zatiči v tesnih in predhodno napetih spojih, podobno kot medeninasti zatič, ki drži skupaj sveženj perforiranega papirja.Kritični drsni sklepi delujejo s trenjem: prednapetost ustvarja tlačno silo, trenje med kontaktnimi površinami pa deluje skupaj, da prepreči zdrs sklepa.Je kot vezivo, ki drži sveženj papirjev skupaj, ne zato, ker so v papirju preluknjane luknje, ampak zato, ker vezivo stisne papirje skupaj in trenje drži sveženj skupaj.
Vijaki ASTM A325 imajo najmanjšo natezno trdnost od 150 do 120 kg na kvadratni palec (KSI), odvisno od premera vijaka, medtem ko morajo imeti vijaki A490 natezno trdnost od 150 do 170-KSI.Zakovicni spoji se obnašajo bolj kot tesni spoji, vendar so v tem primeru zatiči zakovice, ki so običajno približno polovico močnejše od vijaka A325.
Ena od dveh stvari se lahko zgodi, ko je mehansko pritrjen spoj izpostavljen strižnim silam (ko en element želi zdrsniti čez drugega zaradi uporabljene sile).Vijaki ali zakovice so lahko ob straneh lukenj, kar povzroči, da se vijaki ali zakovice hkrati odtrgajo.Druga možnost je, da lahko trenje, ki ga povzroča vpenjalna sila prednapetih pritrdilnih elementov, prenese strižne obremenitve.Za to povezavo ni pričakovati zdrsa, je pa možno.
Tesna povezava je sprejemljiva za številne aplikacije, saj rahel zdrs ne more negativno vplivati ​​na značilnosti povezave.Na primer, razmislite o silosu, namenjenem shranjevanju zrnatega materiala.Pri prvem nalaganju lahko pride do rahlega zdrsa.Ko enkrat pride do zdrsa, se to ne bo ponovilo, saj so vse naslednje obremenitve enake narave.
Obračanje obremenitve se uporablja v nekaterih aplikacijah, na primer, ko so rotirajoči elementi izpostavljeni izmeničnim nateznim in tlačnim obremenitvam.Drug primer je upogibni element, ki je izpostavljen popolnoma povratnim obremenitvam.Ko pride do znatne spremembe v smeri obremenitve, bo morda potrebna prednapeta povezava, da se odpravi ciklično drsenje.Ta zdrs sčasoma povzroči več zdrsa v podolgovatih luknjah.
Nekateri sklepi doživljajo številne cikle obremenitev, kar lahko povzroči utrujenost.Sem spadajo stiskalnice, nosilci žerjavov in povezave v mostovih.Drsne kritične povezave so potrebne, kadar je povezava izpostavljena utrujenostnim obremenitvam v obratni smeri.Pri tovrstnih pogojih je zelo pomembno, da spoj ne drsi, zato so potrebni zdrsno kritični spoji.
Obstoječe vijačne povezave je mogoče oblikovati in izdelati po katerem koli od teh standardov.Zakovične povezave veljajo za tesne.
Varjeni spoji so togi.Spajkalni spoji so zapleteni.Za razliko od tesnih vijačnih spojev, ki lahko zdrsnejo pod obremenitvijo, zvarom ni treba raztezati in v veliki meri porazdeliti uporabljene obremenitve.V večini primerov se varjeni in ležajni mehanski pritrdilni elementi ne deformirajo na enak način.
Ko se zvari uporabljajo z mehanskimi pritrdilnimi elementi, se obremenitev prenese skozi trši del, tako da lahko zvar prenese skoraj vso obremenitev, ki jo zelo malo deli s sornikom.Zato je pri varjenju, vijačenju in kovičenju potrebna previdnost.Specifikacije.AWS D1 rešuje problem mešanja mehanskih pritrdilnih elementov in zvarov.Specifikacija 1:2000 za konstrukcijsko varjenje – jeklo.Odstavek 2.6.3 navaja, da se za zakovice ali sornike, ki se uporabljajo v ležajnih spojih (tj. kjer sornik ali zakovica deluje kot zatič), ne sme šteti, da mehanski pritrdilni elementi delijo obremenitev z zvarom.Če se uporablja varjenje, morajo biti predvideni za prenašanje celotne obremenitve v spoju.Dovoljene pa so povezave, privarjene na en element in zakovičene ali privijačene na drug element.
Pri uporabi ležajnih mehanskih pritrdilnih elementov in dodajanju zvarov je nosilnost sornika v veliki meri zanemarjena.Po tej določbi mora biti zvar zasnovan tako, da prenaša vse obremenitve.
To je v bistvu enako kot AISC LRFD-1999, klavzula J1.9.Vendar pa kanadski standard CAN/CSA-S16.1-M94 dovoljuje tudi samostojno uporabo, kadar je moč mehanskega pritrdila ali sornika višja od moči varjenja.
Pri tem so skladni trije kriteriji: možnosti mehanskih pritrdil ležajnega tipa in možnosti zvarov se ne seštevajo.
Razdelek 2.6.3 AWS D1.1 obravnava tudi situacije, ko je mogoče sornike in zvare kombinirati v dvodelnem spoju, kot je prikazano na sliki 1. Zvari na levi, vijačeni na desni.Tu se lahko upošteva skupna moč zvarov in vijakov.Vsak del celotne povezave deluje neodvisno.Tako je ta kodeks izjema od načela iz prvega dela 2.6.3.
Pravkar obravnavana pravila veljajo za novogradnje.Za obstoječe konstrukcije klavzula 8.3.7 D1.1 navaja, da ko konstrukcijski izračuni pokažejo, da bo zakovica ali vijak preobremenjen z novo skupno obremenitvijo, mu je treba dodeliti samo obstoječo statično obremenitev.
Ista pravila zahtevajo, da je treba, če je zakovica ali vijak preobremenjen samo s statičnimi obremenitvami ali izpostavljen cikličnim (utrujenim) obremenitvam, dodati dovolj navadne kovine in zvarov, da prenese celotno obremenitev.
Porazdelitev obremenitev med mehanskimi pritrdilnimi elementi in zvari je sprejemljiva, če je konstrukcija prednapeta, z drugimi besedami, če je med povezanimi elementi prišlo do zdrsa.Toda na mehanske pritrdilne elemente je mogoče postaviti samo statične obremenitve.Močne obremenitve, ki lahko povzročijo večji zdrs, je treba zaščititi z uporabo zvarov, ki lahko prenesejo celotno obremenitev.
Zvari morajo biti uporabljeni tako, da prenesejo vse uporabljene ali dinamične obremenitve.Ko so mehanski pritrdilni elementi že preobremenjeni, porazdelitev obremenitve ni dovoljena.Pri ciklični obremenitvi delitev obremenitve ni dovoljena, saj lahko obremenitev povzroči trajni zdrs in preobremenitev zvara.
ilustracija.Razmislite o prekrivnem spoju, ki je bil prvotno trdno privit (glejte sliko 2).Struktura dodaja dodatno moč, za dvojno moč pa je treba dodati povezave in konektorje.Na sl.3 prikazuje osnovni načrt ojačitve elementov.Kako naj se vzpostavi povezava?
Ker je bilo treba novo jeklo spojiti s starim jeklom s kotnimi zvari, se je inženir odločil dodati nekaj kotnih zvarov na spoju.Ker so bili vijaki še vedno nameščeni, je bila prvotna zamisel dodati samo zvare, potrebne za prenos dodatne moči na novo jeklo, pri čemer se je pričakovalo, da bo šlo 50 % obremenitve skozi vijake in 50 % obremenitve skozi nove zvare.Je sprejemljivo?
Najprej predpostavimo, da povezava trenutno ni statična.V tem primeru velja odstavek 2.6.3 AWS D1.1.
V tem nosilnem spoju ni mogoče šteti, da si zvar in vijak delita obremenitev, zato mora biti določena velikost zvara dovolj velika, da prenese vso statično in dinamično obremenitev.Nosilnosti sornikov v tem primeru ni mogoče upoštevati, ker bo brez statične obremenitve povezava v ohlapnem stanju.Zvar (zasnovan za prenašanje polovične obremenitve) sprva poči, ko je uporabljena polna obremenitev.Nato sornik, ki je tudi zasnovan za prenos polovice obremenitve, poskuša prenesti obremenitev in se zlomi.
Nadalje predpostavimo, da je uporabljena statična obremenitev.Poleg tega se predpostavlja, da obstoječa povezava zadostuje za obstoječo trajno obremenitev.V tem primeru velja odstavek 8.3.7 D1.1.Novi zvari morajo prenesti le povečane statične in splošne žive obremenitve.Obstoječe lastne obremenitve se lahko dodelijo obstoječim mehanskim pritrdilnim elementom.
Pri stalni obremenitvi povezava ne popusti.Namesto tega vijaki že nosijo svojo obremenitev.V zvezi je prišlo do zdrsa.Zato se lahko uporabljajo zvari, ki lahko prenašajo dinamične obremenitve.
Odgovor na vprašanje "Ali je to sprejemljivo?"odvisno od pogojev obremenitve.V prvem primeru, če ni statične obremenitve, bo odgovor negativen.V posebnih pogojih drugega scenarija je odgovor pritrdilen.
Samo zaradi statične obremenitve ni vedno mogoče sklepati.Stopnja statičnih obremenitev, ustreznost obstoječih mehanskih povezav in narava končnih obremenitev – statičnih ali cikličnih – lahko spremenijo odgovor.
Duane K. Miller, MD, PE, 22801 Saint Clair Ave., Cleveland, OH 44117-1199, vodja centra za varilno tehnologijo, Lincoln Electric Company, www.lincolnelectric.com.Lincoln Electric proizvaja varilno opremo in potrošni material za varjenje po vsem svetu.Inženirji in tehniki Welding Technology Center pomagajo strankam pri reševanju težav pri varjenju.
American Welding Society, 550 NW LeJeune Road, Miami, FL 33126-5671, telefon 305-443-9353, faks 305-443-7559, spletna stran www.aws.org.
ASTM Intl., 100 Barr Harbor Drive, West Conshohocken, PA 19428-2959, telefon 610-832-9585, faks 610-832-9555, spletna stran 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, spletna stran www.aisc.org.
FABRICATOR je vodilna revija za proizvodnjo in oblikovanje jekla v Severni Ameriki.Revija objavlja novice, tehnične članke in zgodbe o uspehu, ki proizvajalcem omogočajo učinkovitejše delo.FABRICATOR je v industriji že od leta 1970.
Zdaj s polnim dostopom do digitalne izdaje The FABRICATOR, enostaven dostop do dragocenih industrijskih virov.
Digitalna izdaja revije The Tube & Pipe Journal je zdaj v celoti dostopna in omogoča enostaven dostop do dragocenih industrijskih virov.
Zagotovite si popoln digitalni dostop do časopisa STAMPING Journal, ki vsebuje najnovejšo tehnologijo, najboljše prakse in novice v panogi za trg kovinskega žigosanja.
Zdaj s popolnim digitalnim dostopom do The Fabricator en Español imate preprost dostop do dragocenih industrijskih virov.