Trong các tình huống kết cấu khác nhau, các kỹ sư có thể cần đánh giá độ bền của các mối nối được tạo bởi các mối hàn và các chốt cơ khí.Ngày nay, ốc vít cơ khí thường là bu lông, nhưng các thiết kế cũ hơn có thể có đinh tán.
Điều này có thể xảy ra trong quá trình nâng cấp, cải tạo hoặc cải tiến dự án.Một thiết kế mới có thể yêu cầu bắt vít và hàn để phối hợp với nhau trong một mối nối mà vật liệu được nối trước tiên được bắt vít với nhau và sau đó được hàn để cung cấp toàn bộ độ bền cho mối nối.
Tuy nhiên, việc xác định tổng khả năng chịu tải của mối nối không đơn giản bằng cách cộng tổng các thành phần riêng lẻ (mối hàn, bu lông và đinh tán).Một giả định như vậy có thể dẫn đến hậu quả tai hại.
Các liên kết bắt vít được mô tả trong Đặc điểm kỹ thuật liên kết kết cấu của Viện Kết cấu Thép Hoa Kỳ (AISC), sử dụng các bu lông theo tiêu chuẩn ASTM A325 hoặc A490 làm khóa liên kết chặt, tải trước hoặc trượt.
Siết chặt các mối nối đã được siết chặt bằng cờ lê tác động hoặc thợ khóa sử dụng cờ lê hai mặt thông thường để đảm bảo rằng các lớp tiếp xúc chặt chẽ.Trong kết nối dự ứng lực, các bu lông được lắp đặt sao cho chúng chịu tải trọng kéo đáng kể và các tấm chịu tải trọng nén.
1. Xoay đai ốc.Phương pháp xoay đai ốc liên quan đến việc siết chặt bu lông và sau đó xoay đai ốc thêm một khoảng, điều này phụ thuộc vào đường kính và chiều dài của bu lông.
2. Hiệu chỉnh phím.Phương pháp cờ lê hiệu chuẩn đo mômen xoắn liên quan đến độ căng của bu lông.
3. Bu lông điều chỉnh lực căng kiểu xoắn.Bu lông căng xoắn có các đinh tán nhỏ ở phần cuối của bu lông đối diện với đầu.Khi đạt được mô-men xoắn yêu cầu, chốt được tháo ra.
4. Chỉ số kéo thẳng.Các chỉ số căng thẳng trực tiếp là máy giặt đặc biệt với các tab.Lượng nén trên vấu cho biết mức độ căng được áp dụng cho bu lông.
Theo thuật ngữ thông thường, bu lông hoạt động giống như những chiếc đinh ghim trong các mối nối chặt chẽ và được căng trước, giống như một chiếc đinh ghim bằng đồng giữ một tập giấy đục lỗ lại với nhau.Các khớp trượt quan trọng hoạt động bằng ma sát: tải trước tạo ra lực hướng xuống và ma sát giữa các bề mặt tiếp xúc phối hợp với nhau để chống lại sự trượt của khớp.Nó giống như một chất kết dính giữ một chồng giấy lại với nhau, không phải vì các lỗ được đục lỗ trên giấy, mà vì chất kết dính ép các tờ giấy lại với nhau và ma sát giữ chồng giấy lại với nhau.
Bu lông ASTM A325 có độ bền kéo tối thiểu từ 150 đến 120 kg trên mỗi inch vuông (KSI), tùy thuộc vào đường kính bu lông, trong khi bu lông A490 phải có độ bền kéo từ 150 đến 170-KSI.Các khớp đinh tán hoạt động giống như các khớp chặt, nhưng trong trường hợp này, các chốt là đinh tán thường có độ bền bằng một nửa so với chốt A325.
Một trong hai điều có thể xảy ra khi mối nối được siết cơ học chịu lực cắt (khi một phần tử có xu hướng trượt lên phần tử khác do lực tác dụng).Bu lông hoặc đinh tán có thể ở các cạnh của lỗ, khiến cho bu lông hoặc đinh tán bị cắt cùng một lúc.Khả năng thứ hai là ma sát do lực kẹp của các chốt căng trước gây ra có thể chịu được tải trọng cắt.Kết nối này không bị trượt, nhưng có thể xảy ra.
Một kết nối chặt chẽ có thể chấp nhận được đối với nhiều ứng dụng, vì sự trượt nhẹ không thể ảnh hưởng xấu đến các đặc tính của kết nối.Ví dụ, hãy xem xét một silo được thiết kế để lưu trữ vật liệu dạng hạt.Có thể có một chút trượt khi tải lần đầu tiên.Một khi sự trượt xảy ra, nó sẽ không xảy ra nữa, bởi vì tất cả các tải tiếp theo đều có cùng bản chất.
Đảo ngược tải được sử dụng trong một số ứng dụng, chẳng hạn như khi các phần tử quay chịu tải trọng kéo và nén xen kẽ.Một ví dụ khác là phần tử uốn chịu tải ngược hoàn toàn.Khi có sự thay đổi đáng kể về hướng tải, có thể yêu cầu kết nối tải trước để loại bỏ hiện tượng trượt theo chu kỳ.Trượt này cuối cùng dẫn đến trượt nhiều hơn trong các lỗ kéo dài.
Một số khớp trải qua nhiều chu kỳ tải có thể dẫn đến mỏi.Chúng bao gồm máy ép, giá đỡ cần cẩu và kết nối trong cầu.Cần có các kết nối quan trọng trượt khi kết nối chịu tải mỏi theo hướng ngược lại.Đối với các loại điều kiện này, điều rất quan trọng là khớp không bị trượt, vì vậy cần có khớp trượt tới hạn.
Các kết nối bắt vít hiện tại có thể được thiết kế và sản xuất theo bất kỳ tiêu chuẩn nào trong số này.Kết nối đinh tán được coi là chặt chẽ.
Các mối hàn bị cứng.Mối hàn là khó khăn.Không giống như các mối nối bắt vít chặt, có thể trượt dưới tải trọng, các mối hàn không phải kéo căng và phân bổ tải trọng tác dụng ở mức độ lớn.Trong hầu hết các trường hợp, các chốt cơ khí kiểu hàn và ổ trục không biến dạng theo cùng một cách.
Khi các mối hàn được sử dụng với các chốt cơ khí, tải trọng được truyền qua phần cứng hơn, vì vậy mối hàn có thể chịu gần như toàn bộ tải trọng, chỉ chia sẻ rất ít với bu lông.Đó là lý do tại sao phải cẩn thận khi hàn, bắt vít và tán đinh.Thông số kỹ thuật.AWS D1 giải quyết vấn đề trộn lẫn các mối hàn và ốc vít cơ khí.Tiêu chuẩn 1:2000 cho hàn kết cấu – thép.Đoạn 2.6.3 quy định rằng đối với đinh tán hoặc bu lông được sử dụng trong các mối nối kiểu chịu lực (nghĩa là khi bu lông hoặc đinh tán đóng vai trò như một chốt), các cơ cấu siết chặt không được coi là chia sẻ tải trọng với mối hàn.Nếu hàn được sử dụng, chúng phải được cung cấp để mang toàn bộ tải trong mối nối.Tuy nhiên, các kết nối được hàn với một phần tử và tán đinh hoặc bắt vít vào phần tử khác được cho phép.
Khi sử dụng ốc vít cơ khí loại chịu lực và thêm các mối hàn, khả năng chịu tải của bu lông phần lớn bị bỏ qua.Theo quy định này, mối hàn phải được thiết kế để truyền tất cả các tải trọng.
Điều này về cơ bản giống với AISC LRFD-1999, khoản J1.9.Tuy nhiên, tiêu chuẩn CAN/CSA-S16.1-M94 của Canada cũng cho phép sử dụng độc lập khi sức mạnh của dây buộc cơ học hoặc bu lông cao hơn sức mạnh của hàn.
Về vấn đề này, ba tiêu chí nhất quán: khả năng gắn chặt cơ học của loại ổ trục và khả năng của các mối hàn không cộng lại.
Mục 2.6.3 của AWS D1.1 cũng thảo luận về các tình huống trong đó bu lông và mối hàn có thể được kết hợp trong mối nối hai phần, như thể hiện trong Hình 1. Mối hàn ở bên trái, bắt vít ở bên phải.Tổng sức mạnh của các mối hàn và bu lông có thể được tính đến ở đây.Mỗi phần của toàn bộ kết nối hoạt động độc lập.Do đó, mã này là một ngoại lệ đối với nguyên tắc có trong phần đầu tiên của 2.6.3.
Các quy tắc vừa được thảo luận áp dụng cho các tòa nhà mới.Đối với các kết cấu hiện có, khoản 8.3.7 D1.1 quy định rằng khi tính toán kết cấu cho thấy một đinh tán hoặc bu lông sẽ bị quá tải bởi tổng tải trọng mới, thì chỉ nên gán tải trọng tĩnh hiện có cho nó.
Các quy tắc tương tự yêu cầu rằng nếu một đinh tán hoặc bu lông chỉ bị quá tải với tải trọng tĩnh hoặc chịu tải trọng chu kỳ (mỏi), thì phải thêm đủ kim loại cơ bản và các mối hàn để hỗ trợ tổng tải trọng.
Nói cách khác, sự phân bố tải giữa các chốt cơ khí và các mối hàn được chấp nhận nếu cấu trúc được tải trước, nói cách khác, nếu xảy ra hiện tượng trượt giữa các phần tử được kết nối.Nhưng chỉ có tải trọng tĩnh có thể được đặt trên các chốt cơ học.Tải trọng trực tiếp có thể dẫn đến trượt lớn hơn phải được bảo vệ bằng cách sử dụng các mối hàn có khả năng chịu được toàn bộ tải trọng.
Các mối hàn phải được sử dụng để chịu được tất cả tải trọng tác dụng hoặc động.Khi các chốt cơ khí đã quá tải, không được phép chia tải.Trong điều kiện tải theo chu kỳ, không được phép chia tải vì tải có thể dẫn đến trượt vĩnh viễn và quá tải cho mối hàn.
hình minh họa.Hãy xem xét một khớp nối ban đầu được bắt vít chặt (xem Hình 2).Cấu trúc bổ sung thêm năng lượng, và các kết nối và đầu nối phải được thêm vào để tăng gấp đôi sức mạnh.Trên hình.3 cho thấy kế hoạch cơ bản để tăng cường các phần tử.Kết nối nên được thực hiện như thế nào?
Vì thép mới phải được nối với thép cũ bằng các mối hàn góc, kỹ sư đã quyết định thêm một số mối hàn góc tại mối nối.Vì các bu lông vẫn ở nguyên vị trí nên ý tưởng ban đầu là chỉ thêm các mối hàn cần thiết để truyền thêm năng lượng cho thép mới, dự kiến ​​50% tải trọng truyền qua các bu lông và 50% tải trọng truyền qua các mối hàn mới.Nó là chấp nhận được?
Trước tiên, hãy giả sử rằng hiện tại không có tải tĩnh nào được áp dụng cho kết nối.Trong trường hợp này, đoạn 2.6.3 của AWS D1.1 sẽ được áp dụng.
Trong loại mối nối chịu lực này, mối hàn và bu lông không thể được coi là chia sẻ tải trọng, vì vậy kích thước mối hàn được chỉ định phải đủ lớn để hỗ trợ tất cả tải trọng tĩnh và động.Không thể tính đến khả năng chịu lực của bu lông trong ví dụ này, vì nếu không có tải trọng tĩnh, liên kết sẽ ở trạng thái chùng.Mối hàn (được thiết kế để chịu một nửa tải) ban đầu bị đứt khi chịu toàn tải.Sau đó, bu lông, cũng được thiết kế để chuyển một nửa tải, cố gắng chuyển tải và gãy.
Giả sử thêm rằng một tải trọng tĩnh được áp dụng.Ngoài ra, giả định rằng kết nối hiện có là đủ để mang tải lâu dài hiện tại.Trong trường hợp này, áp dụng đoạn 8.3.7 D1.1.Các mối hàn mới chỉ cần chịu được tải trọng tĩnh và tải trọng chung tăng lên.Tải trọng chết hiện tại có thể được gán cho các chốt cơ khí hiện có.
Trong điều kiện tải không đổi, kết nối không bị chùng xuống.Thay vào đó, các bu lông đã chịu tải của chúng.Đã có một số trượt trong kết nối.Do đó, có thể sử dụng các mối hàn và chúng có thể truyền tải trọng động.
Câu trả lời cho câu hỏi "Điều này có được chấp nhận không?"phụ thuộc vào điều kiện tải.Trong trường hợp đầu tiên, khi không có tải tĩnh, câu trả lời sẽ là âm.Trong các điều kiện cụ thể của kịch bản thứ hai, câu trả lời là có.
Chỉ vì một tải tĩnh được áp dụng, không phải lúc nào cũng có thể đưa ra kết luận.Mức độ tải trọng tĩnh, tính đầy đủ của các kết nối cơ học hiện có và bản chất của tải trọng đầu cuối—dù là tĩnh hay tuần hoàn—có thể thay đổi câu trả lời.
Duane K. Miller, MD, PE, 22801 Saint Clair Ave., Cleveland, OH 44117-1199, Giám đốc Trung tâm Công nghệ Hàn, Công ty Điện lực Lincoln, www.lincolnelectric.com.Lincoln Electric sản xuất thiết bị hàn và vật tư hàn trên toàn thế giới.Các kỹ sư và kỹ thuật viên của Trung tâm Công nghệ hàn giúp khách hàng giải quyết các vấn đề về hàn.
Hiệp hội hàn Hoa Kỳ, 550 NW LeJeune Road, Miami, FL 33126-5671, điện thoại 305-443-9353, fax 305-443-7559, trang web www.aws.org.
ASTM Intl., 100 Barr Harbor Drive, West Conshohocken, PA 19428-2959, điện thoại 610-832-9585, fax 610-832-9555, trang web www.astm.org.
Hiệp hội kết cấu thép Hoa Kỳ, One E. Wacker Drive, Suite 3100, Chicago, IL 60601-2001, điện thoại 312-670-2400, fax 312-670-5403, trang web www.aisc.org.
FABRICATOR là tạp chí chế tạo và tạo hình thép hàng đầu của Bắc Mỹ.Tạp chí xuất bản tin tức, bài báo kỹ thuật và câu chuyện thành công giúp các nhà sản xuất thực hiện công việc của họ hiệu quả hơn.FABRICATOR đã hoạt động trong ngành từ năm 1970.
Giờ đây, với toàn quyền truy cập vào phiên bản kỹ thuật số FABRICATOR, bạn có thể dễ dàng truy cập các tài nguyên ngành có giá trị.
Phiên bản kỹ thuật số của Tạp chí Tube & Pipe hiện có thể truy cập đầy đủ, giúp dễ dàng truy cập các tài nguyên công nghiệp có giá trị.
Nhận quyền truy cập kỹ thuật số đầy đủ vào Tạp chí DẤU, giới thiệu công nghệ mới nhất, các phương pháp hay nhất và tin tức ngành cho thị trường dập kim loại.
Giờ đây với quyền truy cập kỹ thuật số đầy đủ vào The Fabricator en Español, bạn có thể dễ dàng truy cập vào các tài nguyên ngành có giá trị.