Çeşitli yapısal durumlarda, mühendislerin kaynak ve mekanik bağlantı elemanlarıyla yapılan bağlantıların dayanıklılığını değerlendirmesi gerekebilir. Günümüzde, mekanik bağlantı elemanları genellikle cıvatalardır, ancak eski tasarımlarda perçinler bulunabilir.
Bu, bir projede yapılan yükseltmeler, yenilemeler veya iyileştirmeler sırasında olabilir. Yeni bir tasarım, birleştirilecek malzemenin önce cıvatalandığı ve ardından birleştirmeye tam güç sağlamak için kaynaklandığı bir birleştirmede birlikte çalışmak için cıvatalama ve kaynaklama gerektirebilir.
Ancak, bir eklemin toplam yük kapasitesini belirlemek, tek tek bileşenlerin (kaynaklar, cıvatalar ve perçinler) toplamını toplamak kadar basit değildir. Böyle bir varsayım feci sonuçlara yol açabilir.
Cıvatalı bağlantılar, sıkı montaj, ön yükleme veya kayar anahtar olarak ASTM A325 veya A490 cıvatalarını kullanan Amerikan Çelik Yapılar Enstitüsü (AISC) Yapısal Bağlantı Spesifikasyonunda açıklanmaktadır.
Katmanların sıkı temas halinde olduğundan emin olmak için darbeli bir anahtar veya geleneksel çift taraflı bir anahtar kullanan bir çilingirle sıkıca sıkılmış bağlantıları sıkın. Ön gerilimli bir bağlantıda, cıvatalar önemli çekme yüklerine maruz kalacak şekilde takılır ve plakalar basınç yüklerine maruz kalır.
1. Somunu çevirin. Somunu çevirme yöntemi, cıvatayı sıkmayı ve ardından somunu cıvatanın çapına ve uzunluğuna bağlı olarak ek bir miktar çevirmeyi içerir.
2. Anahtarı kalibre edin. Kalibre edilmiş anahtar yöntemi, cıvata gerginliğiyle ilişkili torku ölçer.
3. Torsiyon tipi gerginlik ayar cıvatası. Bükülüp çıkarılabilir gerginlik cıvatalarının, cıvatanın başının karşısındaki ucunda küçük saplamalar bulunur. Gerekli torka ulaşıldığında saplama sökülür.
4. Düz çekme endeksi. Doğrudan gerilim göstergeleri tırnaklı özel rondelalardır. Pabuçtaki sıkıştırma miktarı, cıvataya uygulanan gerilim seviyesini gösterir.
Basit bir dille ifade etmek gerekirse, cıvatalar sıkı ve önceden gerilmiş eklemlerdeki pimler gibi davranır, tıpkı delikli bir kağıt yığınını bir arada tutan bir pirinç pim gibi. Kritik kayan eklemler sürtünmeyle çalışır: ön yükleme yere basma kuvveti yaratır ve temas yüzeyleri arasındaki sürtünme, eklemin kaymasına karşı koymak için birlikte çalışır. Bu, bir kağıt yığınını bir arada tutan bir bağlayıcı gibidir, çünkü kağıda delikler açılmıştır, ancak bağlayıcı kağıtları birbirine bastırır ve sürtünme yığını bir arada tutar.
ASTM A325 cıvataları, cıvata çapına bağlı olarak inç kare başına 150 ila 120 kg (KSI) minimum çekme dayanımına sahipken, A490 cıvataları 150 ila 170-KSI çekme dayanımına sahip olmalıdır. Perçin bağlantıları daha çok sıkı bağlantılara benzer şekilde davranır, ancak bu durumda pimler tipik olarak bir A325 cıvatasının yaklaşık yarısı kadar güçlü olan perçinlerdir.
Mekanik olarak sabitlenmiş bir bağlantı kesme kuvvetlerine maruz kaldığında (bir eleman uygulanan kuvvet nedeniyle diğerinin üzerinden kayma eğiliminde olduğunda) iki şeyden biri olabilir. Cıvatalar veya perçinler deliklerin yanlarında olabilir ve bu da cıvataların veya perçinlerin aynı anda kopmasına neden olabilir. İkinci olasılık, önceden gerilmiş bağlantı elemanlarının sıkıştırma kuvvetinin neden olduğu sürtünmenin kesme yüklerine dayanabilmesidir. Bu bağlantı için kayma beklenmez, ancak mümkündür.
Birçok uygulama için sıkı bir bağlantı kabul edilebilir, çünkü hafif kayma bağlantının özelliklerini olumsuz yönde etkileyemez. Örneğin, granüler malzeme depolamak için tasarlanmış bir siloyu düşünün. İlk kez yükleme yaparken hafif kayma olabilir. Kayma bir kez meydana geldiğinde, bir daha olmayacaktır çünkü sonraki tüm yükler aynı niteliktedir.
Yük ters çevirme, dönen elemanların alternatif çekme ve basınç yüklerine maruz kalması gibi bazı uygulamalarda kullanılır. Başka bir örnek, tamamen ters yüklere maruz kalan bir bükülme elemanıdır. Yük yönünde önemli bir değişiklik olduğunda, döngüsel kaymayı ortadan kaldırmak için önceden yüklenmiş bir bağlantı gerekebilir. Bu kayma sonunda uzun deliklerde daha fazla kaymaya yol açar.
Bazı eklemler, yorgunluğa yol açabilecek birçok yük döngüsü yaşar. Bunlara presler, vinç destekleri ve köprülerdeki bağlantılar dahildir. Bağlantı ters yönde yorgunluk yüklerine maruz kaldığında kayan kritik bağlantılar gerekir. Bu tür koşullar için, eklemin kaymaması çok önemlidir, bu nedenle kayma açısından kritik eklemlere ihtiyaç vardır.
Mevcut cıvatalı bağlantılar bu standartlardan herhangi birine göre tasarlanıp üretilebilir. Perçin bağlantıları sıkı olarak kabul edilir.
Kaynaklı bağlantılar serttir. Lehimli bağlantılar aldatıcıdır. Yük altında kayabilen sıkı cıvatalı bağlantıların aksine, kaynakların gerilmesi ve uygulanan yükü büyük ölçüde dağıtması gerekmez. Çoğu durumda, kaynaklı ve rulman tipi mekanik bağlantı elemanları aynı şekilde deforme olmaz.
Kaynaklar mekanik bağlantı elemanlarıyla kullanıldığında, yük daha sert kısım üzerinden aktarılır, böylece kaynak, cıvata ile çok az yük paylaşarak yükün neredeyse tamamını taşıyabilir. Bu nedenle kaynak yaparken, cıvatalarken ve perçinlerken dikkatli olunmalıdır. Özellikler. AWS D1, mekanik bağlantı elemanları ile kaynakların karıştırılması sorununu çözer. Yapısal kaynak için 1:2000 şartnamesi - çelik. Paragraf 2.6.3, yatak tipi bağlantılarda (yani cıvata veya perçinin pim görevi gördüğü yerlerde) kullanılan perçin veya cıvatalar için, mekanik bağlantı elemanlarının yükü kaynakla paylaşmaması gerektiğini belirtir. Kaynak kullanılırsa, bağlantıdaki tüm yükü taşıyacak şekilde sağlanmalıdır. Ancak, bir elemana kaynaklanmış ve başka bir elemana perçinlenmiş veya cıvatalanmış bağlantılar izin verilir.
Yatak tipi mekanik bağlantı elemanları kullanıldığında ve kaynak eklendiğinde, cıvatanın yük taşıma kapasitesi büyük ölçüde ihmal edilir. Bu hükme göre, kaynak tüm yükleri aktaracak şekilde tasarlanmalıdır.
Bu esasen AISC LRFD-1999, madde J1.9 ile aynıdır. Ancak, Kanada standardı CAN/CSA-S16.1-M94, mekanik bağlantı elemanının veya cıvatanın gücü kaynak gücünden daha yüksek olduğunda tek başına kullanıma da izin verir.
Bu konuda üç kriter tutarlıdır: Yatak tipi mekanik sabitleme olanakları ile kaynak olanakları uyuşmamaktadır.
AWS D1.1'in 2.6.3 bölümü ayrıca cıvataların ve kaynakların Şekil 1'de gösterildiği gibi iki parçalı birleşimde birleştirilebileceği durumları da ele alır. Kaynaklar solda, cıvatalar sağda. Kaynakların ve cıvataların toplam gücü burada hesaba katılabilir. Tüm bağlantının her bir parçası bağımsız olarak çalışır. Bu nedenle, bu kod 2.6.3'ün ilk bölümünde yer alan ilkenin bir istisnasıdır.
Az önce tartışılan kurallar yeni binalar için geçerlidir. Mevcut yapılar için, 8.3.7 D1.1 maddesi, yapısal hesaplamalar bir perçin veya cıvatanın yeni bir toplam yük tarafından aşırı yükleneceğini gösterdiğinde, ona yalnızca mevcut statik yükün atanması gerektiğini belirtir.
Aynı kurallar, bir perçin veya cıvatanın yalnızca statik yüklerle aşırı yüklenmesi veya döngüsel (yorulma) yüklerine maruz kalması durumunda, toplam yükü desteklemek için yeterli temel metal ve kaynakların eklenmesi gerektiğini gerektirir.
Mekanik bağlantı elemanları ile kaynaklar arasındaki yük dağılımı, yapı önceden yüklenmişse, yani bağlı elemanlar arasında kayma meydana gelmişse kabul edilebilir. Ancak mekanik bağlantı elemanlarına yalnızca statik yükler yerleştirilebilir. Daha fazla kaymaya yol açabilecek canlı yükler, tüm yükü taşıyabilecek kaynakların kullanımıyla korunmalıdır.
Kaynaklar, uygulanan veya dinamik tüm yüklemelere dayanacak şekilde kullanılmalıdır. Mekanik bağlantı elemanları zaten aşırı yüklenmişse, yük paylaşımına izin verilmez. Döngüsel yükleme altında, yük kalıcı kaymaya ve kaynağın aşırı yüklenmesine yol açabileceğinden, yük paylaşımına izin verilmez.
resim. Başlangıçta sıkıca cıvatalanmış bir bindirme eklemini düşünün (bkz. Şekil 2). Yapı ekstra güç ekler ve gücü iki katına çıkarmak için bağlantılar ve bağlayıcılar eklenmelidir. Şekil 3'te elemanları güçlendirmenin temel planı gösterilmektedir. Bağlantı nasıl yapılmalıdır?
Yeni çeliğin eski çeliğe köşe kaynaklarıyla birleştirilmesi gerektiğinden, mühendis birleşim noktasına köşe kaynakları eklemeye karar verdi. Cıvatalar hala yerinde olduğundan, orijinal fikir yalnızca ekstra gücü yeni çeliğe aktarmak için gereken kaynakları eklemekti, yükün %50'sinin cıvatalardan ve yükün %50'sinin yeni kaynaklardan geçmesini bekliyordu. Kabul edilebilir mi?
Öncelikle bağlantıya şu anda hiçbir statik yük uygulanmadığını varsayalım. Bu durumda AWS D1.1'in 2.6.3 paragrafı geçerlidir.
Bu yatak tipi bağlantıda, kaynak ve cıvatanın yükü paylaştığı düşünülemez, bu nedenle belirtilen kaynak boyutu tüm statik ve dinamik yükü destekleyecek kadar büyük olmalıdır. Bu örnekteki cıvataların taşıma kapasitesi hesaba katılamaz, çünkü statik yük olmadan bağlantı gevşek bir durumda olacaktır. Kaynak (yarı yükü taşıyacak şekilde tasarlanmıştır) tam yük uygulandığında başlangıçta kopar. Daha sonra yükün yarısını aktarmak için tasarlanmış cıvata, yükü aktarmaya çalışır ve kırılır.
Ayrıca statik bir yük uygulandığını varsayalım. Ek olarak, mevcut bağlantının mevcut kalıcı yükü taşımaya yeterli olduğu varsayılır. Bu durumda, 8.3.7 D1.1 paragrafı geçerlidir. Yeni kaynakların yalnızca artan statik ve genel canlı yüklere dayanması gerekir. Mevcut ölü yükler mevcut mekanik bağlantı elemanlarına atanabilir.
Sabit yük altında bağlantı sarkmaz. Bunun yerine, cıvatalar zaten yüklerini taşır. Bağlantıda bir miktar kayma olmuştur. Bu nedenle, kaynaklar kullanılabilir ve dinamik yükleri iletebilirler.
"Bu kabul edilebilir mi?" sorusunun cevabı yük koşullarına bağlıdır. İlk durumda, statik bir yük olmadığında cevap olumsuz olacaktır. İkinci senaryonun özel koşulları altında cevap evettir.
Statik bir yük uygulandığı için her zaman bir sonuca varmak mümkün değildir. Statik yüklerin seviyesi, mevcut mekanik bağlantıların yeterliliği ve uç yüklerin doğası (statik veya döngüsel) cevabı değiştirebilir.
Duane K. Miller, MD, PE, 22801 Saint Clair Ave., Cleveland, OH 44117-1199, Kaynak Teknolojisi Merkezi Müdürü, Lincoln Electric Company, www.lincolnelectric.com. Lincoln Electric dünya çapında kaynak ekipmanları ve kaynak sarf malzemeleri üretmektedir. Kaynak Teknolojisi Merkezi mühendisleri ve teknisyenleri müşterilerin kaynak sorunlarını çözmelerine yardımcı olur.
Amerikan Kaynak Derneği, 550 NW LeJeune Road, Miami, FL 33126-5671, telefon 305-443-9353, faks 305-443-7559, web sitesi www.aws.org.
ASTM Intl., 100 Barr Harbor Drive, West Conshohocken, PA 19428-2959, telefon 610-832-9585, faks 610-832-9555, web sitesi www.astm.org.
Amerikan Çelik Yapılar Derneği, One E. Wacker Drive, Suite 3100, Chicago, IL 60601-2001, telefon 312-670-2400, faks 312-670-5403, web sitesi www.aisc.org.
FABRICATOR, Kuzey Amerika'nın önde gelen çelik imalat ve şekillendirme dergisidir. Dergi, üreticilerin işlerini daha verimli bir şekilde yapmalarını sağlayan haberler, teknik makaleler ve başarı hikayeleri yayınlamaktadır. FABRICATOR, 1970'ten beri sektördedir.
Artık The FABRICATOR dijital edisyonuna tam erişimle, değerli sektör kaynaklarına kolayca erişin.
The Tube & Pipe Journal'ın dijital versiyonu artık tamamen erişilebilir durumda ve değerli sektör kaynaklarına kolay erişim sağlıyor.
Metal damgalama pazarına ilişkin en son teknoloji, en iyi uygulamalar ve sektör haberlerini içeren STAMPING Dergisi'ne tam dijital erişim sağlayın.
Artık The Fabricator en Español'a tam dijital erişimle, değerli sektör kaynaklarına kolayca erişebilirsiniz.