I forskellige strukturelle situationer kan ingeniører være nødt til at evaluere styrken af ​​samlinger lavet af svejsninger og mekaniske fastgørelsesmidler. I dag er mekaniske fastgørelsesmidler normalt bolte, men ældre designs kan have nitter.
Dette kan ske under opgraderinger, renoveringer eller forbedringer af et projekt. Et nyt design kan kræve boltning og svejsning for at fungere sammen i en samling, hvor det materiale, der skal samles, først boltes sammen og derefter svejses for at give samlingen fuld styrke.
Det er dog ikke så simpelt at bestemme den samlede belastningskapacitet for en samling som at lægge summen af ​​de enkelte komponenter (svejsninger, bolte og nitter) sammen. En sådan antagelse kan føre til katastrofale konsekvenser.
Boltede forbindelser er beskrevet i American Institute of Steel Structures (AISC) Structural Joint Specification, som bruger ASTM A325- eller A490-bolte som tæt montering, forspænding eller glidenøgle.
Spænd tætspændte forbindelser med en slagnøgle eller låsesmed ved hjælp af en konventionel dobbeltsidet nøgle for at sikre, at lagene har tæt kontakt. I en forspændt forbindelse monteres boltene, så de udsættes for betydelige trækbelastninger, og pladerne udsættes for trykbelastninger.
1. Drej møtrikken. Metoden til at dreje møtrikken indebærer at stramme bolten og derefter dreje møtrikken et ekstra stykke, hvilket afhænger af boltens diameter og længde.
2. Kalibrer nøglen. Den kalibrerede nøglemetode måler det moment, der er forbundet med boltspændingen.
3. Torsionstype spændingsjusteringsbolt. Twist-off spændingsbolte har små tapper på enden af ​​bolten modsat hovedet. Når det nødvendige moment er nået, skrues tappen af.
4. Indeks for lige træk. Indikatorer for direkte spænding er specielle skiver med tapper. Mængden af ​​kompression på tappen angiver niveauet af spænding, der påføres bolten.
Enkelt fortalt fungerer bolte som stifter i stramme og forspændte samlinger, ligesom en messingstift, der holder en stak perforeret papir sammen. Kritiske glidesamlinger fungerer ved friktion: forbelastning skaber nedadgående kraft, og friktionen mellem kontaktfladerne arbejder sammen for at modstå glidning af samlingen. Det er som en mappe, der holder en stak papirer sammen, ikke fordi der er huller i papiret, men fordi mappen presser papirerne sammen, og friktionen holder stakken sammen.
ASTM A325-bolte har en minimumstrækstyrke på 150 til 120 kg pr. kvadrattomme (KSI), afhængigt af boltens diameter, mens A490-bolte skal have en trækstyrke på 150 til 170 KSI. Nittesamlinger opfører sig mere som tætte samlinger, men i dette tilfælde er stifterne nitter, der typisk er omkring halvt så stærke som en A325-bolt.
En af to ting kan ske, når en mekanisk fastgjort samling udsættes for forskydningskræfter (når et element har tendens til at glide over et andet på grund af en påført kraft). Bolte eller nitter kan være på siderne af hullerne, hvilket får boltene eller nitterne til at skære af samtidig. Den anden mulighed er, at friktionen forårsaget af klemkraften fra de forspændte fastgørelseselementer kan modstå forskydningsbelastninger. Der forventes ingen glidning for denne samling, men det er muligt.
En tæt forbindelse er acceptabel til mange anvendelser, da let glidning ikke kan påvirke forbindelsens egenskaber negativt. For eksempel, overvej en silo designet til at opbevare granulært materiale. Der kan være let glidning ved første læsning. Når der først er opstået glidning, vil det ikke ske igen, fordi alle efterfølgende læsninger er af samme art.
Lastvending bruges i nogle applikationer, f.eks. når roterende elementer udsættes for skiftevis træk- og trykbelastninger. Et andet eksempel er et bøjningselement, der udsættes for fuldt omvendte belastninger. Når der er en betydelig ændring i belastningsretningen, kan en forspændt forbindelse være nødvendig for at eliminere cyklisk slip. Denne slip fører i sidste ende til mere slip i de aflange huller.
Nogle samlinger oplever mange belastningscyklusser, som kan føre til udmattelse. Disse omfatter presser, kranunderstøtninger og forbindelser i broer. Glide-kritiske forbindelser er nødvendige, når forbindelsen udsættes for udmattelsesbelastninger i modsat retning. Under disse typer forhold er det meget vigtigt, at samlingen ikke glider, så glidningskritiske samlinger er nødvendige.
Eksisterende bolteforbindelser kan designes og fremstilles i henhold til enhver af disse standarder. Nitteforbindelser betragtes som tætte.
Svejsede samlinger er stive. Loddesamlinger er vanskelige. I modsætning til stramme boltsamlinger, som kan glide under belastning, behøver svejsninger ikke at strække sig og fordele den påførte belastning i stor grad. I de fleste tilfælde deformeres svejsede og lejede mekaniske fastgørelseselementer ikke på samme måde.
Når svejsninger anvendes med mekaniske fastgørelsesmidler, overføres lasten gennem den hårdere del, så svejsningen kan bære næsten hele lasten, mens meget lidt deles med bolten. Derfor skal man være forsigtig ved svejsning, boltning og nitning. Specifikationer. AWS D1 løser problemet med at blande mekaniske fastgørelsesmidler og svejsninger. Specifikation 1:2000 for struktursvejsning - stål. Afsnit 2.6.3 angiver, at for nitter eller bolte, der anvendes i lejelignende samlinger (dvs. hvor bolten eller nitten fungerer som en stift), bør mekaniske fastgørelsesmidler ikke anses for at dele lasten med svejsningen. Hvis der anvendes svejsning, skal de sørge for at bære den fulde last i samlingen. Forbindelser, der er svejset til ét element og nittet eller boltet til et andet element, er dog tilladt.
Ved brug af mekaniske fastgørelseselementer af lejetypen og tilføjelse af svejsninger, negligeres boltens bæreevne i vid udstrækning. I henhold til denne bestemmelse skal svejsningen være konstrueret til at overføre alle belastninger.
Dette er stort set det samme som AISC LRFD-1999, klausul J1.9. Den canadiske standard CAN/CSA-S16.1-M94 tillader dog også selvstændig brug, når kraften af ​​det mekaniske fastgørelseselement eller bolten er højere end kraften ved svejsning.
I denne sag er tre kriterier konsistente: mulighederne for mekaniske fastgørelser af lejetypen og mulighederne for svejsninger lægges ikke sammen.
Afsnit 2.6.3 i AWS D1.1 omhandler også situationer, hvor bolte og svejsninger kan kombineres i en todelt samling, som vist i figur 1. Svejsninger til venstre, boltet til højre. Den samlede styrke af svejsninger og bolte kan tages i betragtning her. Hver del af hele forbindelsen fungerer uafhængigt. Denne kode er således en undtagelse fra princippet i den første del af 2.6.3.
De netop omtalte regler gælder for nye bygninger. For eksisterende konstruktioner angiver punkt 8.3.7 D1.1, at når strukturelle beregninger viser, at en nitte eller bolt vil blive overbelastet af en ny totallast, skal kun den eksisterende statiske last tildeles den.
De samme regler kræver, at hvis en nitte eller bolt kun overbelastes med statiske belastninger eller udsættes for cykliske (udmattelses)belastninger, skal der tilføjes tilstrækkeligt basismetal og svejsninger til at understøtte den samlede belastning.
Fordelingen af ​​belastningen mellem mekaniske fastgørelsesmidler og svejsninger er acceptabel, hvis konstruktionen er forbelastet, med andre ord, hvis der er opstået glidning mellem de forbundne elementer. Men kun statiske belastninger kan påføres mekaniske fastgørelsesmidler. Nyttelaster, der kan føre til større glidning, skal beskyttes ved hjælp af svejsninger, der kan modstå hele belastningen.
Svejsninger skal kunne modstå al ​​påført eller dynamisk belastning. Når mekaniske fastgørelsesmidler allerede er overbelastede, er lastdeling ikke tilladt. Under cyklisk belastning er lastdeling ikke tilladt, da belastningen kan føre til permanent glidning og overbelastning af svejsningen.
illustration. Forestil dig en overlapningsforbindelse, der oprindeligt var boltet fast (se figur 2). Strukturen tilføjer ekstra kraft, og forbindelser og stik skal tilføjes for at give dobbelt styrke. Fig. 3 viser den grundlæggende plan for forstærkning af elementerne. Hvordan skal forbindelsen laves?
Da det nye stål skulle samles med det gamle stål med kantsvejsninger, besluttede ingeniøren at tilføje nogle kantsvejsninger ved samlingen. Da boltene stadig var på plads, var den oprindelige idé kun at tilføje de svejsninger, der var nødvendige for at overføre den ekstra kraft til det nye stål, idet man forventede, at 50% af belastningen skulle gå gennem boltene og 50% af belastningen skulle gå gennem de nye svejsninger. Er det acceptabelt?
Lad os først antage, at der ikke påføres nogen statiske belastninger på forbindelsen i øjeblikket. I dette tilfælde gælder afsnit 2.6.3 i AWS D1.1.
I denne lejeforbindelse kan svejsningen og bolten ikke anses for at dele lasten, så den specificerede svejsestørrelse skal være stor nok til at bære al den statiske og dynamiske belastning. Boltenes bæreevne i dette eksempel kan ikke tages i betragtning, fordi forbindelsen uden en statisk belastning vil være i en slap tilstand. Svejsningen (designet til at bære halvdelen af ​​lasten) brister først, når den fulde belastning påføres. Derefter forsøger bolten, der også er designet til at overføre halvdelen af ​​lasten, at overføre lasten og knækker.
Antag endvidere, at der påføres en statisk belastning. Derudover antages det, at den eksisterende forbindelse er tilstrækkelig til at bære den eksisterende permanente belastning. I dette tilfælde gælder afsnit 8.3.7 D1.1. Nye svejsninger behøver kun at modstå øgede statiske og generelle nyttelaster. Eksisterende egenlaster kan tildeles eksisterende mekaniske fastgørelseselementer.
Under konstant belastning synker forbindelsen ikke. I stedet bærer boltene allerede deres last. Der har været en vis glidning i forbindelsen. Derfor kan svejsninger anvendes, og de kan overføre dynamiske belastninger.
Svaret på spørgsmålet "Er dette acceptabelt?" afhænger af belastningsforholdene. I det første tilfælde, i mangel af statisk belastning, vil svaret være negativt. Under de specifikke betingelser i det andet scenarie er svaret ja.
Bare fordi der påføres en statisk belastning, er det ikke altid muligt at drage en konklusion. Niveauet af statiske belastninger, tilstrækkeligheden af ​​eksisterende mekaniske forbindelser og arten af ​​slutbelastningerne - uanset om de er statiske eller cykliske - kan ændre svaret.
Duane K. Miller, MD, PE, 22801 Saint Clair Ave., Cleveland, OH 44117-1199, leder af Welding Technology Center, Lincoln Electric Company, www.lincolnelectric.com. Lincoln Electric fremstiller svejseudstyr og svejseforbrugsvarer over hele verden. Ingeniører og teknikere fra Welding Technology Center hjælper kunder med at løse svejseproblemer.
American Welding Society, 550 NW LeJeune Road, Miami, FL 33126-5671, telefon 305-443-9353, fax 305-443-7559, hjemmeside www.aws.org.
ASTM Intl., 100 Barr Harbor Drive, West Conshohocken, PA 19428-2959, telefon 610-832-9585, fax 610-832-9555, hjemmeside www.astm.org.
American Steel Structures Association, One E. Wacker Drive, Suite 3100, Chicago, IL 60601-2001, telefon 312-670-2400, fax 312-670-5403, hjemmeside www.aisc.org.
FABRICATOR er Nordamerikas førende magasin inden for stålfremstilling og -formning. Magasinet udgiver nyheder, tekniske artikler og succeshistorier, der gør det muligt for producenter at udføre deres arbejde mere effektivt. FABRICATOR har været i branchen siden 1970.
Nu med fuld adgang til den digitale udgave af FABRICATOR, nem adgang til værdifulde ressourcer fra branchen.
Den digitale udgave af The Tube & Pipe Journal er nu fuldt tilgængelig og giver nem adgang til værdifulde ressourcer fra branchen.
Få fuld digital adgang til STAMPING Journal, der præsenterer den nyeste teknologi, bedste praksis og branchenyheder inden for metalprægningsmarkedet.
Nu med fuld digital adgang til The Fabricator på spansk har du nem adgang til værdifulde ressourcer fra branchen.