У различитим структурним ситуацијама, инжењерима је можда потребно да процене чврстоћу спојева направљених заваривањем и механичким причвршћивачима. Данас су механички причвршћивачи обично вијци, али старији дизајни могу имати заковице.
Ово се може десити током надоградњи, реновирања или побољшања пројекта. Нови дизајн може захтевати заједничко спајање вијцима и заваривање у споју где се материјал који се спаја прво спаја вијцима, а затим заварује како би се обезбедила пуна чврстоћа споја.
Међутим, одређивање укупне носивости споја није тако једноставно као сабирање збира појединачних компоненти (заварених спојева, вијака и закивака). Таква претпоставка би могла довести до катастрофалних последица.
Вијчани спојеви су описани у Спецификацији структурних спојева Америчког института за челичне конструкције (AISC), која користи вијке ASTM A325 или A490 као кључ за чврсто монтирање, претходно напрезање или клизне спојеве.
Чврсто затегнуте спојеве затегните ударним кључем или браваром користећи конвенционални двострани кључ како бисте осигурали да су слојеви у чврстом контакту. Код претходно напрегнуте везе, вијци су постављени тако да су изложени значајним затезним оптерећењима, а плоче су изложене компресивним оптерећењима.
1. Окрените навртку. Метод окретања навртке подразумева затезање вијка, а затим додатно окретање навртке, што зависи од пречника и дужине вијка.
2. Калибришите кључ. Метода калибрисаног кључа мери обртни момент који је повезан са затезањем вијка.
3. Вијак за подешавање затезања торзионог типа. Вијци за затезање са одвртањем имају мале клинове на крају вијка насупрот главе. Када се достигне потребан обртни момент, клин се одврће.
4. Индекс равног повлачења. Директни индикатори затезања су посебне подлошке са језичцима. Количина компресије на ушици показује ниво затезања примењеног на вијак.
Једноставно речено, вијци се понашају као клинови у чврстим и претходно затегнутим спојевима, слично као месингана игла која држи гомилу перфорираног папира заједно. Критични клизни спојеви раде на основу трења: претходно напрезање ствара силу потиска, а трење између контактних површина делује заједно како би се спречило клизање споја. То је као регистратор који држи гомилу папира заједно, не зато што су рупе пробушене у папиру, већ зато што регистратор притиска папире заједно, а трење држи гомилу заједно.
Вијци ASTM A325 имају минималну затезну чврстоћу од 150 до 120 кг по квадратном инчу (KSI), у зависности од пречника вијка, док вијци A490 морају имати затезну чврстоћу од 150 до 170 KSI. Заковични спојеви се понашају више као чврсти спојеви, али у овом случају, клинови су заковице које су обично отприлике упола јаче од вијка A325.
Једна од две ствари може се десити када је механички причвршћен спој изложен силама смицања (када један елемент тежи да клизи преко другог услед примењене силе). Вијци или заковице могу бити са стране рупа, што узрокује да се вијци или заковице истовремено смицају. Друга могућност је да трење изазвано силом стезања претходно затегнутих причвршћивача може да издржи оптерећења смицања. Не очекује се клизање код ове везе, али је могуће.
Чврста веза је прихватљива за многе примене, јер мало клизање не може негативно утицати на карактеристике везе. На пример, размотрите силос дизајниран за складиштење зрнастог материјала. Може доћи до малог клизања приликом првог утовара. Када се једном догоди клизање, неће се поновити, јер су сва наредна оптерећења исте природе.
Обртање оптерећења се користи у неким применама, као што је случај када су ротирајући елементи изложени наизменичним затезним и компресивним оптерећењима. Други пример је елемент који се савија изложен потпуно обрнутим оптерећењима. Када дође до значајне промене правца оптерећења, може бити потребна претходно напрегнута веза како би се елиминисало циклично клизање. Ово клизање на крају доводи до већег клизања у издуженим отворима.
Неки спојеви доживљавају много циклуса оптерећења што може довести до замора. То укључује пресе, носаче кранова и спојеве у мостовима. Клизни критични спојеви су потребни када је спој изложен оптерећењима замора у супротном смеру. За ове врсте услова, веома је важно да спој не клиза, па су потребни спојеви критични на клизање.
Постојећи вијчани спојеви могу бити пројектовани и произведени према било ком од ових стандарда. Заковични спојеви се сматрају чврстим.
Заварени спојеви су крути. Лемљени спојеви су незгодни. За разлику од чврстих вијчаних спојева, који могу да клизају под оптерећењем, заварени спојеви не морају да се истежу и распоређују примењено оптерећење у великој мери. У већини случајева, заварени и лежајни механички причвршћивачи се не деформишу на исти начин.
Када се завари користе са механичким причвршћивачима, оптерећење се преноси кроз тврђи део, тако да завар може да носи скоро целокупно оптерећење, а врло мало се дели са вијком. Зато се мора водити рачуна при заваривању, спајању вијцима и закивању. Спецификације. AWS D1 решава проблем мешања механичких причвршћивача и завара. Спецификација 1:2000 за конструкцијско заваривање – челик. Став 2.6.3 наводи да се за заковице или вијке који се користе у спојевима типа лежаја (тј. где вијак или закивац делују као игла), механички причвршћивачи не треба сматрати делећим оптерећењем са заваром. Ако се користи заваривање, морају бити обезбеђени да носе пуно оптерећење у споју. Међутим, дозвољени су спојеви заварени за један елемент и закивени или завртњима причвршћени за други елемент.
Приликом коришћења механичких причвршћивача типа лежаја и додавања завара, носивост вијка се углавном занемарује. Према овој одредби, завар мора бити пројектован тако да преноси сва оптерећења.
Ово је у суштини исто као и AISC LRFD-1999, одредба J1.9. Међутим, канадски стандард CAN/CSA-S16.1-M94 такође дозвољава самосталну употребу када је снага механичког причвршћивача или вијка већа од снаге заваривања.
У овом питању, три критеријума су доследна: могућности механичких причвршћивања типа лежаја и могућности завара се не сабирају.
Одељак 2.6.3 стандарда AWS D1.1 такође разматра ситуације у којима се вијци и завари могу комбиновати у дводелном споју, као што је приказано на слици 1. Завари лево, вијци десно. Овде се може узети у обзир укупна снага завара и вијака. Сваки део целе везе функционише независно. Стога је овај код изузетак од принципа садржаног у првом делу одељка 2.6.3.
Правила о којима је управо било речи примењују се на нове зграде. За постојеће објекте, одредба 8.3.7 D1.1 наводи да када структурни прорачуни покажу да ће закова или вијак бити преоптерећени новим укупним оптерећењем, треба му доделити само постојеће статичко оптерећење.
Иста правила захтевају да ако је заковица или вијак преоптерећен само статичким оптерећењима или је изложен цикличним (заморним) оптерећењима, мора се додати довољно основног метала и завара да би се подржало укупно оптерећење.
Расподела оптерећења између механичких причвршћивача и завара је прихватљива ако је конструкција претходно оптерећена, другим речима, ако је дошло до клизања између спојених елемената. Али на механичке причвршћиваче могу се ставити само статичка оптерећења. Захватљива оптерећења која могу довести до већег клизања морају бити заштићена употребом завара способних да издрже целокупно оптерећење.
Завари морају бити коришћени да издрже сва примењена или динамичка оптерећења. Када су механички причвршћивачи већ преоптерећени, подела оптерећења није дозвољена. Под цикличним оптерећењем, подела оптерећења није дозвољена, јер оптерећење може довести до трајног клизања и преоптерећења завара.
илустрација. Размотрите преклопни спој који је првобитно био чврсто причвршћен вијцима (видети слику 2). Структура додаје додатну снагу, а спојеви и конектори морају се додати да би се обезбедила двострука чврстоћа. На слици 3 приказан је основни план за ојачавање елемената. Како треба направити спој?
Пошто је нови челик морао бити спојен са старим челиком угаоним заварима, инжењер је одлучио да дода неколико угаоних заваривања на споју. Пошто су вијци још увек били на свом месту, првобитна идеја је била да се додају само завари потребни за пренос додатне снаге на нови челик, очекујући да 50% оптерећења прође кроз вијке и 50% оптерећења кроз нове заваре. Да ли је то прихватљиво?
Прво претпоставимо да на спој тренутно нису примењена статичка оптерећења. У овом случају, примењује се параграф 2.6.3 документа AWS D1.1.
У овом споју типа лежаја, завар и вијак се не могу сматрати делећим оптерећењем, тако да наведена величина завара мора бити довољно велика да подржи целокупно статичко и динамичко оптерећење. Носивост вијака у овом примеру не може се узети у обзир, јер ће без статичког оптерећења спој бити у лабавом стању. Завар (пројектован да носи половину оптерећења) првобитно пуца када се примени пуно оптерећење. Затим вијак, такође пројектован да преноси половину оптерећења, покушава да пренесе оптерећење и пуца.
Даље претпоставимо да је примењено статичко оптерећење. Поред тога, претпоставља се да је постојећа веза довољна да носи постојеће стално оптерећење. У овом случају, примењује се параграф 8.3.7 D1.1. Нови заварени спојеви треба да издрже само повећана статичка и општа корисна оптерећења. Постојећа стална оптерећења могу се доделити постојећим механичким причвршћивачима.
Под константним оптерећењем, спој се не увија. Уместо тога, вијци већ носе своје оптерећење. Дошло је до извесног клизања у споју. Стога се могу користити заварени спојеви и они могу преносити динамичка оптерећења.
Одговор на питање „Да ли је ово прихватљиво?“ зависи од услова оптерећења. У првом случају, у одсуству статичког оптерећења, одговор ће бити негативан. Под специфичним условима другог сценарија, одговор је да.
Само зато што је примењено статичко оптерећење, није увек могуће извући закључак. Ниво статичких оптерећења, адекватност постојећих механичких веза и природа крајњих оптерећења - било да су статичка или циклична - могу променити одговор.
Дуејн К. Милер, доктор медицине, инжењер грађевинског инжењера, Сент Клер авенија 22801, Кливленд, Охајо 44117-1199, менаџер Центра за технологију заваривања, компанија Линколн Електрик, www.lincolnelectric.com. Линколн Електрик производи опрему за заваривање и потрошни материјал за заваривање широм света. Инжењери и техничари Центра за технологију заваривања помажу купцима да реше проблеме са заваривањем.
Америчко друштво за заваривање, 550 NW LeJeune Road, Miami, FL 33126-5671, телефон 305-443-9353, факс 305-443-7559, веб-сајт www.aws.org.
ASTM Intl., 100 Barr Harbor Drive, West Conshohocken, PA 19428-2959, телефон 610-832-9585, факс 610-832-9555, веб-сајт www.astm.org.
Америчко удружење произвођача челичних конструкција, One E. Wacker Drive, Suite 3100, Chicago, IL 60601-2001, телефон 312-670-2400, факс 312-670-5403, веб-сајт www.aisc.org.
FABRICATOR је водећи часопис за израду и обликовање челика у Северној Америци. Часопис објављује вести, техничке чланке и приче о успеху које омогућавају произвођачима да ефикасније обављају свој посао. FABRICATOR је у индустрији од 1970. године.
Сада са потпуним приступом дигиталном издању часописа The FABRICATOR, лаким приступом вредним индустријским ресурсима.
Дигитално издање часописа „The Tube & Pipe Journal“ је сада потпуно доступно, пружајући лак приступ вредним индустријским ресурсима.
Добијте потпуни дигитални приступ часопису STAMPING, који садржи најновију технологију, најбоље праксе и вести из индустрије за тржиште штанцања метала.
Сада, уз потпуни дигитални приступ часопису The Fabricator en Español, имате лак приступ вредним ресурсима из индустрије.