У розных канструкцыйных сітуацыях інжынерам можа спатрэбіцца ацаніць трываласць злучэнняў, зробленых з дапамогай зварных швоў і механічных крапежных элементаў. Сёння механічнымі крапежнымі элементамі звычайна з'яўляюцца балты, але ў старых канструкцыях могуць быць заклёпкі.
Гэта можа адбыцца падчас мадэрнізацыі, рамонту або ўдасканалення праекта. Новы праект можа запатрабаваць сумеснага выкарыстання балтоў і зваркі ў злучэнні, дзе матэрыял, які трэба злучыць, спачатку змацоўваецца балтамі, а затым зварваецца, каб забяспечыць поўную трываласць злучэння.
Аднак вызначыць агульную грузападымальнасць злучэння не так проста, як скласці суму асобных кампанентаў (зварных швоў, нітаў і заклёпак). Такое дапушчэнне можа прывесці да катастрафічных наступстваў.
Балтавыя злучэнні апісаны ў Спецыфікацыі канструкцыйных злучэнняў Амерыканскага інстытута сталёвых канструкцый (AISC), у якой у якасці шпонкі для тугога мацавання, папярэдняга нацяжэння або слізгання выкарыстоўваюцца балты ASTM A325 або A490.
Моцна зацягнутыя злучэнні зацягваюць ударным гайковертам або слясарным звычайным двухбаковым ключом, каб забяспечыць шчыльны кантакт слаёў. У папярэдне напружаным злучэнні балты ўсталёўваюцца так, што яны падвяргаюцца значным расцяжным нагрузкам, а пласціны — сціскальным.
1. Павярніце гайку. Спосаб павароту гайкі прадугледжвае зацягванне ніта, а затым дадатковае паварочванне гайкі, якое залежыць ад дыяметра і даўжыні ніта.
2. Калібруйце ключ. Метад калібраванага ключа вымярае крутоўны момант, звязаны з нацяжэннем ніта.
3. Рэгулявальны ніт нацяжэння круцільнага тыпу. Нацяжныя ніты з адкручваннем маюць невялікія шпількі на канцы ніта, процілеглым ад галоўкі. Калі дасягнуты патрэбны крутоўны момант, шпілька адкручваецца.
4. Паказчык прамога нацяжэння. Прамыя індыкатары нацяжэння — гэта спецыяльныя шайбы з выступамі. Велічыня сціску на выступе паказвае ўзровень нацяжэння, прыкладзенага да ніта.
Простымі словамі, балты дзейнічаюць як штыфты ў тугіх і папярэдне нацягнутых злучэннях, падобна латуневаму штыфту, які ўтрымлівае разам стос перфараванай паперы. Крытычныя слізгальныя злучэнні працуюць за кошт трэння: папярэдні націск стварае прыціскную сілу, а трэнне паміж кантактнымі паверхнямі працуе разам, каб супрацьстаяць саслізгванню злучэння. Гэта як звязвальнік, які ўтрымлівае стос папер разам, не таму, што ў паперы прабітыя адтуліны, а таму, што звязвальнік прыціскае паперы разам, і трэнне ўтрымлівае стос разам.
Балты ASTM A325 маюць мінімальную трываласць на расцяжэнне ад 150 да 120 кг на квадратны цаля (KSI) у залежнасці ад дыяметра балта, у той час як балты A490 павінны мець трываласць на расцяжэнне ад 150 да 170 KSI. Заклёпкавыя злучэнні паводзяць сябе больш як шчыльныя злучэнні, але ў гэтым выпадку штыфты — гэта заклёпкі, якія звычайна прыкладна ўдвая менш трывалыя, чым балты A325.
Калі механічна змацаванае злучэнне падвяргаецца зрухавым сілам (калі адзін элемент імкнецца слізгаць па іншым з-за прыкладзенай сілы), можа адбыцца адно з двух. Балты або заклёпкі могуць знаходзіцца па баках адтулін, што прыводзіць да іх адначасовага зрушэння. Другая магчымасць заключаецца ў тым, што трэнне, выкліканае сілай заціску папярэдне нацягнутых крапежных элементаў, можа вытрымліваць зрухавыя нагрузкі. Праслізгвання ў гэтым злучэнні не чакаецца, але яно магчыма.
Герметычнае злучэнне прымальнае для многіх ужыванняў, бо невялікае праслізгванне не можа негатыўна паўплываць на характарыстыкі злучэння. Напрыклад, разгледзім сілас, прызначаны для захоўвання грануляванага матэрыялу. Пры першай загрузцы можа быць невялікае праслізгванне. Пасля таго, як праслізгванне адбудзецца, яно больш не паўторыцца, таму што ўсе наступныя нагрузкі маюць такі ж характар.
Змена нагрузкі выкарыстоўваецца ў некаторых выпадках, напрыклад, калі круцільныя элементы падвяргаюцца чаргуючымся расцяжальным і сціскальным нагрузкам. Іншы прыклад — элемент, які выгінаецца, падвяргаецца цалкам зваротным нагрузкам. Пры значнай змене кірунку нагрузкі можа спатрэбіцца папярэдне нацягнутае злучэнне, каб ліквідаваць цыклічнае слізгаценне. Гэта слізгаценне ў рэшце рэшт прыводзіць да большага слізгацення ў падоўжаных адтулінах.
Некаторыя злучэнні падвяргаюцца шматлікім цыклам нагрузкі, што можа прывесці да стомленасці. Да іх адносяцца прэсы, апоры кранаў і злучэнні ў мастах. Слізгальныя крытычныя злучэнні патрабуюцца, калі злучэнне падвяргаецца нагрузкам на стомленасць у адваротным кірунку. У такіх умовах вельмі важна, каб злучэнне не слізгала, таму патрэбныя злучэнні, крытычныя да слізгання.
Існуючыя балтавыя злучэнні могуць быць распрацаваны і выраблены ў адпаведнасці з любым з гэтых стандартаў. Заклёпкавыя злучэнні лічацца герметычнымі.
Зварныя злучэнні жорсткія. Паяныя злучэнні складаныя. У адрозненне ад тугіх балтавых злучэнняў, якія могуць праслізгваць пад нагрузкай, зварныя швы не павінны расцягвацца і размеркаваць прыкладзеную нагрузку ў значнай ступені. У большасці выпадкаў зварныя і падшыпнікавыя механічныя крапежныя элементы дэфармуюцца не аднолькава.
Пры выкарыстанні зварных швоў з механічнымі крапежнымі элементамі нагрузка перадаецца праз больш цвёрдую частку, таму зварны шво можа несці амаль усю нагрузку, прычым вельмі малая частка перадаецца на балт. Вось чаму пры зварцы, балтавым злучэнні і клёпках неабходна быць асцярожнымі. Тэхнічныя характарыстыкі. AWS D1 вырашае праблему спалучэння механічных крапежных элементаў і зварных швоў. Тэхнічная характарыстыка 1:2000 для канструкцыйнай зваркі - сталь. У пункце 2.6.3 гаворыцца, што для заклёпак або балтоў, якія выкарыстоўваюцца ў злучэннях падшыпнікавага тыпу (г.зн. дзе болт або заклёпка дзейнічае як штыфт), механічныя крапежныя элементы не павінны разглядацца як такія, што падзяляюць нагрузку са зварным швом. Калі выкарыстоўваецца зварка, яна павінна быць прадугледжана для перанясення поўнай нагрузкі ў злучэнні. Аднак дапускаюцца злучэнні, прывараныя да аднаго элемента і прымацаваныя заклёпкамі або балтамі да іншага элемента.
Пры выкарыстанні механічных крапежных элементаў падшыпнікавага тыпу і даданні зварных швоў грузападымальнасцю балта ў значнай ступені не карыстаюцца. Згодна з гэтым палажэннем, зварны шов павінен быць распрацаваны для перадачы ўсіх нагрузак.
Гэта па сутнасці тое ж самае, што і AISC LRFD-1999, пункт J1.9. Аднак канадскі стандарт CAN/CSA-S16.1-M94 таксама дазваляе аўтаномнае выкарыстанне, калі магутнасць механічнага крапежнага элемента або балта вышэйшая за магутнасць зваркі.
У гэтым пытанні тры крытэрыі паслядоўныя: магчымасці механічных мацаванняў падшыпнікавага тыпу і магчымасці зварных швоў не сумуюцца.
У раздзеле 2.6.3 AWS D1.1 таксама абмяркоўваюцца сітуацыі, калі балты і зварныя швы могуць быць аб'яднаны ў двухчасткавым злучэнні, як паказана на малюнку 1. Зварныя швы злева, балты справа. Тут можна ўлічваць агульную магутнасць зварных швоў і балтоў. Кожная частка ўсяго злучэння працуе незалежна. Такім чынам, гэты код з'яўляецца выключэннем з прынцыпу, які змяшчаецца ў першай частцы 2.6.3.
Толькі што абмеркаваныя правілы распаўсюджваюцца на новыя будынкі. Для існуючых збудаванняў пункт 8.3.7 D1.1 сцвярджае, што калі структурныя разлікі паказваюць, што заклёпка або болт будуць перагружаныя новай агульнай нагрузкай, ім павінна быць прызначана толькі існуючая статычная нагрузка.
Гэтыя ж правілы патрабуюць, каб калі заклёпка або болт перагружаны толькі статычнымі нагрузкамі або падвяргаўся цыклічным (стомленым) нагрузкам, была дададзена дастатковая колькасць асноўнага металу і зварных швоў для падтрымкі агульнай нагрузкі.
Размеркаванне нагрузкі паміж механічнымі крапежнымі элементамі і зварнымі швамі дапушчальнае, калі канструкцыя папярэдне нагружаная, іншымі словамі, калі паміж злучанымі элементамі адбылося праслізгванне. Але на механічныя крапежныя элементы можна прыкладаць толькі статычныя нагрузкі. Ад пастаянных нагрузак, якія могуць прывесці да большага праслізгвання, неабходна абараняць з дапамогай зварных швоў, здольных вытрымліваць усю нагрузку.
Зварныя швы павінны вытрымліваць усе прыкладзеныя або дынамічныя нагрузкі. Калі механічныя крапежныя элементы ўжо перагружаныя, размеркаванне нагрузкі не дапускаецца. Пры цыклічнай нагрузцы размеркаванне нагрузкі не дапускаецца, бо нагрузка можа прывесці да пастаяннага саслізгвання і перагрузкі зварнога шва.
ілюстрацыя. Разгледзім злучэнне ўнахлёст, якое першапачаткова было моцна замацавана балтамі (гл. малюнак 2). Канструкцыя дадае дадатковую трываласць, і для забеспячэння падвоенай трываласці неабходна дадаць злучэнні і раздымы. На мал. 3 паказаны асноўны план умацавання элементаў. Як павінна быць зроблена злучэнне?
Паколькі новую сталь трэба было злучыць са старой з дапамогай кутніх зварных швоў, інжынер вырашыў дадаць некалькі кутніх зварных швоў на стыку. Паколькі балты ўсё яшчэ былі на месцы, першапачатковая ідэя заключалася ў тым, каб дадаць толькі зварныя швы, неабходныя для перадачы дадатковай магутнасці на новую сталь, разлічваючы, што 50% нагрузкі будзе праходзіць праз балты, а 50% нагрузкі — праз новыя зварныя швы. Гэта прымальна?
Спачатку дапусцім, што на злучэнне ў цяперашні час не прыкладаюцца статычныя нагрузкі. У гэтым выпадку ўжываецца пункт 2.6.3 AWS D1.1.
У гэтым тыпе злучэння з падшыпнікам нельга лічыць, што зварны шов і ніт падзяляюць нагрузку, таму зададзены памер зварнога шва павінен быць дастаткова вялікім, каб вытрымаць усю статычную і дынамічную нагрузку. Апорная здольнасць нітаў у гэтым прыкладзе не можа быць улічана, таму што без статычнай нагрузкі злучэнне будзе знаходзіцца ў аслабленым стане. Зварны шов (разлічаны на палову нагрузкі) спачатку разрываецца пры прыкладанні поўнай нагрузкі. Затым ніт, таксама прызначаны для перадачы паловы нагрузкі, спрабуе перадаць нагрузку і ламаецца.
Далей дапусцім, што прыкладаецца статычная нагрузка. Акрамя таго, мяркуецца, што існуючае злучэнне дастаткова для вытрымкі існуючай пастаяннай нагрузкі. У гэтым выпадку ўжываецца пункт 8.3.7 D1.1. Новыя зварныя швы павінны вытрымліваць толькі павышаныя статычныя і агульныя пастаянныя нагрузкі. Існуючыя пастаянныя нагрузкі можна прызначыць існуючым механічным крапежным элементам.
Пры пастаяннай нагрузцы злучэнне не прагінаецца. Замест гэтага балты ўжо нясуць сваю нагрузку. У злучэнні адбылося некаторае праслізгванне. Такім чынам, можна выкарыстоўваць зварныя швы, і яны могуць перадаваць дынамічныя нагрузкі.
Адказ на пытанне «Ці прымальна гэта?» залежыць ад умоў нагрузкі. У першым выпадку, пры адсутнасці статычнай нагрузкі, адказ будзе адмоўным. Пры канкрэтных умовах другога сцэнарыя адказ станоўчы.
Толькі таму, што прыкладаецца статычная нагрузка, не заўсёды можна зрабіць выснову. Узровень статычных нагрузак, адэкватнасць існуючых механічных злучэнняў і характар ​​канцавых нагрузак — статычныя ці цыклічныя — могуць змяніць адказ.
Дуэйн К. Мілер, доктар медыцынскіх навук, інжынер, 22801 Saint Clair Ave., Cleveland, OH 44117-1199, кіраўнік Цэнтра зварачных тэхналогій, Lincoln Electric Company, www.lincolnelectric.com. Lincoln Electric вырабляе зварачнае абсталяванне і зварачныя матэрыялы па ўсім свеце. Інжынеры і тэхнікі Цэнтра зварачных тэхналогій дапамагаюць кліентам вырашаць праблемы са зваркай.
Амерыканскае таварыства зваршчыкаў, 550 NW LeJeune Road, Miami, FL 33126-5671, тэлефон 305-443-9353, факс 305-443-7559, вэб-сайт www.aws.org.
ASTM Intl., 100 Barr Harbor Drive, West Conshohocken, PA 19428-2959, тэлефон 610-832-9585, факс 610-832-9555, вэб-сайт www.astm.org.
Амерыканская асацыяцыя сталёвых канструкцый, One E. Wacker Drive, Suite 3100, Chicago, IL 60601-2001, тэлефон 312-670-2400, факс 312-670-5403, вэб-сайт www.aisc.org.
FABRICATOR — вядучы паўночнаамерыканскі часопіс па вытворчасці і фармаванні сталі. Часопіс публікуе навіны, тэхнічныя артыкулы і гісторыі поспеху, якія дазваляюць вытворцам выконваць сваю працу больш эфектыўна. FABRICATOR працуе ў галіне з 1970 года.
Цяпер з поўным доступам да лічбавага выдання The FABRICATOR, лёгкі доступ да каштоўных галіновых рэсурсаў.
Лічбавае выданне часопіса «The Tube & Pipe Journal» цяпер цалкам даступнае, што забяспечвае лёгкі доступ да каштоўных галіновых рэсурсаў.
Атрымайце поўны лічбавы доступ да часопіса STAMPING, у якім прадстаўлены найноўшыя тэхналогіі, перадавы вопыт і галіновыя навіны рынку штампоўкі металу.
Цяпер, маючы поўны лічбавы доступ да The Fabricator en Español, вы маеце лёгкі доступ да каштоўных галіновых рэсурсаў.