In verskeie strukturele situasies moet ingenieurs moontlik die sterkte van verbindings wat deur sweislasse en meganiese bevestigingsmiddels gemaak word, evalueer. Vandag is meganiese bevestigingsmiddels gewoonlik boute, maar ouer ontwerpe kan klinknaels hê.
Dit kan gebeur tydens opgraderings, opknappings of verbeterings aan 'n projek. 'n Nuwe ontwerp mag boute en sweiswerk vereis om saam te werk in 'n verbinding waar die materiaal wat verbind moet word eers aanmekaar gebout en dan gesweis word om volle sterkte aan die verbinding te bied.
Die bepaling van die totale dravermoë van 'n verbinding is egter nie so eenvoudig soos om die som van die individuele komponente (sweislasse, boute en klinknaels) bymekaar te tel nie. So 'n aanname kan tot rampspoedige gevolge lei.
Boutverbindings word beskryf in die Amerikaanse Instituut vir Staalstrukture (AISC) se Strukturele Voegspesifikasie, wat ASTM A325- of A490-boute as stywe montering, voorbelasting of skuifsleutel gebruik.
Draai die verbindings styf vas met 'n impaksleutel of slotmaker met 'n konvensionele dubbelsydige sleutel om te verseker dat die lae in stywe kontak is. In 'n voorgespanne verbinding word die boute so geïnstalleer dat hulle aan beduidende trekbelastings onderwerp word, en die plate aan drukbelastings.
1. Draai die moer. Die metode om die moer te draai, behels die vasdraai van die bout en dan die moer 'n ekstra hoeveelheid te draai, wat afhang van die deursnee en lengte van die bout.
2. Kalibreer die sleutel. Die gekalibreerde moersleutelmetode meet die wringkrag wat met die boutspanning geassosieer word.
3. Torsie-tipe spanningsverstellingsbout. Afdraaibare spanningsboute het klein stutte aan die punt van die bout teenoor die kop. Wanneer die vereiste wringkrag bereik word, word die stutte losgeskroef.
4. Reguit trek-indeks. Direkte spanningsaanwysers is spesiale wassers met lippe. Die hoeveelheid kompressie op die bout dui die vlak van spanning aan wat op die bout toegepas word.
In leketaal tree boute op soos penne in stywe en voorgespanne verbindings, baie soos 'n koperpen wat 'n stapel geperforeerde papier bymekaar hou. Kritieke glyverbindings werk deur wrywing: voorbelasting skep afwaartse krag, en wrywing tussen die kontakoppervlaktes werk saam om gly van die verbinding te weerstaan. Dis soos 'n binder wat 'n stapel papiere bymekaar hou, nie omdat gate in die papier gepons word nie, maar omdat die binder die papiere bymekaar druk en die wrywing die stapel bymekaar hou.
ASTM A325-boute het 'n minimum treksterkte van 150 tot 120 kg per vierkante duim (KSI), afhangende van die boutdiameter, terwyl A490-boute 'n treksterkte van 150 tot 170 KSI moet hê. Klinknagelverbindings tree meer op soos stywe verbindings, maar in hierdie geval is die penne klinknaels wat tipies omtrent die helfte so sterk soos 'n A325-bout is.
Een van twee dinge kan gebeur wanneer 'n meganies vasgemaakte verbinding aan skuifkragte onderwerp word (wanneer een element geneig is om oor 'n ander te gly as gevolg van 'n toegepaste krag). Boute of klinknaels kan aan die kante van die gate wees, wat veroorsaak dat die boute of klinknaels terselfdertyd afskuur. Die tweede moontlikheid is dat die wrywing wat veroorsaak word deur die klemkrag van die voorgespanne bevestigingsmiddels skuifbelastings kan weerstaan. Geen gly word vir hierdie verbinding verwag nie, maar dit is moontlik.
'n Stywe verbinding is aanvaarbaar vir baie toepassings, aangesien effense gly nie die eienskappe van die verbinding nadelig kan beïnvloed nie. Beskou byvoorbeeld 'n silo wat ontwerp is om korrelmateriaal te stoor. Daar kan effense gly wees wanneer dit vir die eerste keer gelaai word. Sodra gly plaasvind, sal dit nie weer gebeur nie, want alle daaropvolgende ladings is van dieselfde aard.
Lasomkering word in sommige toepassings gebruik, soos wanneer roterende elemente aan afwisselende trek- en drukbelastings onderwerp word. Nog 'n voorbeeld is 'n buigelement wat aan volledig omgekeerde belastings onderwerp word. Wanneer daar 'n beduidende verandering in lasrigting is, kan 'n voorbelaaide verbinding nodig wees om sikliese gly uit te skakel. Hierdie gly lei uiteindelik tot meer gly in die verlengde gate.
Sommige verbindings ervaar baie lassiklusse wat tot moegheid kan lei. Dit sluit in perse, kraanstutte en verbindings in brûe. Gly-kritieke verbindings is nodig wanneer die verbinding aan moegheidsbelastings in die omgekeerde rigting onderwerp word. Vir hierdie tipe toestande is dit baie belangrik dat die verbinding nie gly nie, daarom is gly-kritieke verbindings nodig.
Bestaande boutverbindings kan volgens enige van hierdie standaarde ontwerp en vervaardig word. Klinknaelverbindings word as styf beskou.
Gelaste verbindings is rigied. Soldeerverbindings is moeilik. Anders as stywe boutverbindings, wat onder las kan gly, hoef sweislasse nie te rek en die toegepaste las tot 'n groot mate te versprei nie. In die meeste gevalle vervorm gelaste en laertipe meganiese bevestigingsmiddels nie op dieselfde manier nie.
Wanneer sweislasse met meganiese bevestigingsmiddels gebruik word, word die las deur die harder deel oorgedra, sodat die las byna al die las kan dra, met baie min wat met die bout gedeel word. Daarom moet versigtigheid gedra word wanneer sweis, boute en klinknaels vasgemaak word. Spesifikasies. AWS D1 los die probleem op van die meng van meganiese bevestigingsmiddels en sweislasse. Spesifikasie 1:2000 vir strukturele sweising – staal. Paragraaf 2.6.3 bepaal dat vir klinknaels of boute wat in laertipe verbindings gebruik word (d.w.s. waar die bout of klinknael as 'n pen optree), meganiese bevestigingsmiddels nie beskou moet word om die las met die sweislas te deel nie. Indien sweising gebruik word, moet hulle voorsien word om die volle las in die verbinding te dra. Verbindings wat aan een element gesweis en aan 'n ander element vasgeklink of gebout word, word egter toegelaat.
Wanneer laertipe meganiese bevestigingsmiddels gebruik word en sweislasse bygevoeg word, word die dravermoë van die bout grootliks verwaarloos. Volgens hierdie bepaling moet die sweislas ontwerp word om alle laste oor te dra.
Dit is in wese dieselfde as AISC LRFD-1999, klousule J1.9. Die Kanadese standaard CAN/CSA-S16.1-M94 laat egter ook alleenstaande gebruik toe wanneer die krag van die meganiese bevestigingsmiddel of bout hoër is as dié van sweising.
In hierdie saak is drie kriteria konsekwent: die moontlikhede van meganiese bevestigings van die laertipe en die moontlikhede van sweislasse tel nie op nie.
Afdeling 2.6.3 van AWS D1.1 bespreek ook situasies waar boute en sweislasse in 'n tweedelige verbinding gekombineer kan word, soos getoon in Figuur 1. Sweislasse aan die linkerkant, gebout aan die regterkant. Die totale krag van sweislasse en boute kan hier in ag geneem word. Elke deel van die hele verbinding werk onafhanklik. Dus is hierdie kode 'n uitsondering op die beginsel wat in die eerste deel van 2.6.3 vervat is.
Die reëls wat so pas bespreek is, is van toepassing op nuwe geboue. Vir bestaande strukture bepaal klousule 8.3.7 D1.1 dat wanneer strukturele berekeninge toon dat 'n klinknagel of bout oorlaai sal word deur 'n nuwe totale las, slegs die bestaande statiese las daaraan toegeken moet word.
Dieselfde reëls vereis dat indien 'n klinknagel of bout slegs oorlaai word met statiese ladings of aan sikliese (moegheids-) ladings onderwerp word, voldoende basismetaal en sweislasse bygevoeg moet word om die totale lading te ondersteun.
Die verspreiding van las tussen meganiese bevestigingsmiddels en sweislasse is aanvaarbaar indien die struktuur voorbelaai is, met ander woorde, indien daar gly tussen die gekoppelde elemente plaasgevind het. Maar slegs statiese laste kan op meganiese bevestigingsmiddels geplaas word. Lewende laste wat tot groter gly kan lei, moet beskerm word deur die gebruik van sweislasse wat die hele las kan weerstaan.
Laslasse moet gebruik word om alle toegepaste of dinamiese belastings te weerstaan. Wanneer meganiese bevestigingsmiddels reeds oorlaai is, word lasdeling nie toegelaat nie. Onder sikliese belasting word lasdeling nie toegelaat nie, aangesien die las tot permanente gly en oorlading van die las kan lei.
illustrasie. Beskou 'n oorlappingsverbinding wat oorspronklik styf vasgebout was (sien Figuur 2). Die struktuur voeg ekstra krag by, en verbindings en konnektors moet bygevoeg word om dubbel die sterkte te bied. Fig. 3 toon die basiese plan vir die versterking van die elemente. Hoe moet die verbinding gemaak word?
Aangesien die nuwe staal met behulp van hoeklasse aan die ou staal verbind moes word, het die ingenieur besluit om hoeklasse by die las by te voeg. Aangesien die boute steeds in plek was, was die oorspronklike idee om slegs die lasse by te voeg wat nodig was om die ekstra krag na die nuwe staal oor te dra, met die verwagting dat 50% van die las deur die boute en 50% van die las deur die nuwe lasse sou gaan. Is dit aanvaarbaar?
Kom ons neem eers aan dat geen statiese laste tans op die verbinding toegepas word nie. In hierdie geval is paragraaf 2.6.3 van AWS D1.1 van toepassing.
In hierdie laertipe-verbinding kan die las en bout nie beskou word om die las te deel nie, dus moet die gespesifiseerde lasgrootte groot genoeg wees om al die statiese en dinamiese las te ondersteun. Die dravermoë van die boute in hierdie voorbeeld kan nie in ag geneem word nie, want sonder 'n statiese las sal die verbinding in 'n slap toestand wees. Die las (ontwerp om die helfte van die las te dra) breek aanvanklik wanneer die volle las toegepas word. Dan probeer die bout, ook ontwerp om die helfte van die las oor te dra, die las oordra en breek.
Neem verder aan dat 'n statiese las toegepas word. Daarbenewens word aanvaar dat die bestaande verbinding voldoende is om die bestaande permanente las te dra. In hierdie geval is paragraaf 8.3.7 D1.1 van toepassing. Nuwe sweislasse hoef slegs verhoogde statiese en algemene lewendige belastings te weerstaan. Bestaande dooie belastings kan aan bestaande meganiese bevestigingsmiddels toegeken word.
Onder konstante las sak die verbinding nie. In plaas daarvan dra die boute reeds hul las. Daar was 'n mate van gly in die verbinding. Daarom kan sweislasse gebruik word en kan hulle dinamiese laste oordra.
Die antwoord op die vraag “Is dit aanvaarbaar?” hang af van die lastoestande. In die eerste geval, in die afwesigheid van 'n statiese las, sal die antwoord negatief wees. Onder die spesifieke toestande van die tweede scenario is die antwoord ja.
Net omdat 'n statiese las toegepas word, is dit nie altyd moontlik om 'n gevolgtrekking te maak nie. Die vlak van statiese laste, die toereikendheid van bestaande meganiese verbindings en die aard van die eindlaste – of dit nou staties of siklies is – kan die antwoord verander.
Duane K. Miller, MD, PE, 22801 Saint Clair Ave., Cleveland, OH 44117-1199, Bestuurder van die Sweistegnologiesentrum, Lincoln Electric Company, www.lincolnelectric.com. Lincoln Electric vervaardig sweistoerusting en sweisverbruiksgoedere wêreldwyd. Ingenieurs en tegnici van die Sweistegnologiesentrum help kliënte om sweisprobleme op te los.
Amerikaanse Sweisvereniging, 550 NW LeJeune Road, Miami, FL 33126-5671, telefoon 305-443-9353, faks 305-443-7559, webwerf www.aws.org.
ASTM Intl., 100 Barr Harbor Drive, West Conshohocken, PA 19428-2959, telefoon 610-832-9585, faks 610-832-9555, webwerf www.astm.org.
Amerikaanse Staalstrukturevereniging, One E. Wacker Drive, Suite 3100, Chicago, IL 60601-2001, telefoon 312-670-2400, faks 312-670-5403, webwerf www.aisc.org.
FABRICATOR is Noord-Amerika se toonaangewende tydskrif vir staalvervaardiging en -vorming. Die tydskrif publiseer nuus, tegniese artikels en suksesverhale wat vervaardigers in staat stel om hul werk doeltreffender te doen. FABRICATOR is sedert 1970 in die bedryf.
Nou met volle toegang tot die FABRICATOR digitale uitgawe, maklike toegang tot waardevolle bedryfshulpbronne.
Die digitale uitgawe van The Tube & Pipe Journal is nou ten volle toeganklik en bied maklike toegang tot waardevolle bedryfshulpbronne.
Kry volle digitale toegang tot die STAMPING Journal, met die nuutste tegnologie, beste praktyke en bedryfsnuus vir die metaalstempelmark.
Nou met volle digitale toegang tot The Fabricator en Español, het jy maklike toegang tot waardevolle bedryfshulpbronne.