Σε διάφορες δομικές καταστάσεις, οι μηχανικοί μπορεί να χρειαστεί να αξιολογήσουν την αντοχή των συνδέσεων που κατασκευάζονται με συγκολλήσεις και μηχανικά συνδετικά στοιχεία. Σήμερα, τα μηχανικά συνδετικά στοιχεία είναι συνήθως βίδες, αλλά τα παλαιότερα σχέδια μπορεί να έχουν πριτσίνια.
Αυτό μπορεί να συμβεί κατά τη διάρκεια αναβαθμίσεων, ανακαινίσεων ή βελτιώσεων σε ένα έργο. Ένας νέος σχεδιασμός μπορεί να απαιτεί βίδες και συγκολλήσεις για να λειτουργήσουν μαζί σε μια σύνδεση, όπου το υλικό που πρόκειται να ενωθεί πρώτα βιδώνεται και στη συνέχεια συγκολλάται για να παρέχει πλήρη αντοχή στη σύνδεση.
Ωστόσο, ο προσδιορισμός της συνολικής ικανότητας φορτίου μιας σύνδεσης δεν είναι τόσο απλός όσο η πρόσθεση του αθροίσματος των επιμέρους εξαρτημάτων (συγκολλήσεις, βίδες και πριτσίνια). Μια τέτοια υπόθεση θα μπορούσε να οδηγήσει σε καταστροφικές συνέπειες.
Οι βιδωτές συνδέσεις περιγράφονται στην Προδιαγραφή Δομικών Αρμών του Αμερικανικού Ινστιτούτου Χάλυβα (AISC), η οποία χρησιμοποιεί βίδες ASTM A325 ή A490 ως σφιχτή τοποθέτηση, προφόρτιση ή συρόμενο κλειδί.
Σφίξτε σφιχτά τις συνδέσεις με ένα κρουστικό κλειδί ή με κλειδαρά χρησιμοποιώντας ένα συμβατικό διπλό κλειδί για να βεβαιωθείτε ότι τα στρώματα βρίσκονται σε στενή επαφή. Σε μια προεντεταμένη σύνδεση, τα μπουλόνια εγκαθίστανται έτσι ώστε να υπόκεινται σε σημαντικά φορτία εφελκυσμού και οι πλάκες σε φορτία θλίψης.
1. Περιστρέψτε το παξιμάδι. Η μέθοδος περιστροφής του παξιμαδιού περιλαμβάνει το σφίξιμο του μπουλονιού και στη συνέχεια το επιπλέον στρίψιμο του παξιμαδιού, το οποίο εξαρτάται από τη διάμετρο και το μήκος του μπουλονιού.
2. Βαθμονομήστε το κλειδί. Η μέθοδος με το βαθμονομημένο κλειδί μετρά τη ροπή που σχετίζεται με την τάση του μπουλονιού.
3. Βίδα ρύθμισης τάσης τύπου στρέψης. Οι βίδες τάσης με περιστροφή έχουν μικρά μπουλόνια στο άκρο του μπουλονιού απέναντι από την κεφαλή. Όταν επιτευχθεί η απαιτούμενη ροπή, ξεβιδώνεται το μπουλόνι.
4. Δείκτης ευθείας έλξης. Οι δείκτες άμεσης τάσης είναι ειδικές ροδέλες με γλωττίδες. Η ποσότητα συμπίεσης στο ωτίο υποδεικνύει το επίπεδο τάσης που εφαρμόζεται στο μπουλόνι.
Με απλά λόγια, τα μπουλόνια λειτουργούν σαν πείροι σε σφιχτές και προεντεταμένες ενώσεις, όπως ένας ορειχάλκινος πείρος που συγκρατεί μια στοίβα από διάτρητα χαρτιά. Οι κρίσιμες ολισθαίνουσες ενώσεις λειτουργούν με τριβή: η προφόρτιση δημιουργεί κάθετη δύναμη και η τριβή μεταξύ των επιφανειών επαφής συνεργάζεται για να αντισταθεί στην ολίσθηση της ένωσης. Είναι σαν ένα ντοσιέ που συγκρατεί μια στοίβα χαρτιά μαζί, όχι επειδή έχουν τρυπηθεί τρύπες στο χαρτί, αλλά επειδή το ντοσιέ πιέζει τα χαρτιά μεταξύ τους και η τριβή συγκρατεί τη στοίβα μαζί.
Τα μπουλόνια ASTM A325 έχουν ελάχιστη αντοχή σε εφελκυσμό 150 έως 120 kg ανά τετραγωνική ίντσα (KSI), ανάλογα με τη διάμετρο του μπουλονιού, ενώ τα μπουλόνια A490 πρέπει να έχουν αντοχή σε εφελκυσμό 150 έως 170-KSI. Οι αρμοί με πριτσίνια συμπεριφέρονται περισσότερο σαν σφιχτές αρμοί, αλλά σε αυτήν την περίπτωση, οι πείροι είναι πριτσίνια που έχουν συνήθως περίπου τη μισή αντοχή από ένα μπουλόνι A325.
Ένα από τα δύο πράγματα μπορεί να συμβεί όταν μια μηχανικά στερεωμένη σύνδεση υπόκειται σε διατμητικές δυνάμεις (όταν ένα στοιχείο τείνει να ολισθαίνει πάνω σε ένα άλλο λόγω ασκούμενης δύναμης). Μπουλόνια ή πριτσίνια μπορεί να βρίσκονται στις πλευρές των οπών, προκαλώντας την ταυτόχρονη διάτμηση των μπουλονιών ή των πριτσινιών. Η δεύτερη πιθανότητα είναι ότι η τριβή που προκαλείται από τη δύναμη σύσφιξης των προεντεταμένων συνδετήρων μπορεί να αντέξει τα διατμητικά φορτία. Δεν αναμένεται ολίσθηση για αυτήν τη σύνδεση, αλλά είναι δυνατή.
Μια σφιχτή σύνδεση είναι αποδεκτή για πολλές εφαρμογές, καθώς μια μικρή ολίσθηση δεν μπορεί να επηρεάσει αρνητικά τα χαρακτηριστικά της σύνδεσης. Για παράδειγμα, σκεφτείτε ένα σιλό σχεδιασμένο για την αποθήκευση κοκκώδους υλικού. Μπορεί να υπάρξει μικρή ολίσθηση κατά την πρώτη φόρτωση. Μόλις συμβεί ολίσθηση, δεν θα συμβεί ξανά, επειδή όλα τα επόμενα φορτία είναι της ίδιας φύσης.
Η αντιστροφή φορτίου χρησιμοποιείται σε ορισμένες εφαρμογές, όπως όταν τα περιστρεφόμενα στοιχεία υπόκεινται σε εναλλασσόμενα φορτία εφελκυσμού και θλίψης. Ένα άλλο παράδειγμα είναι ένα στοιχείο κάμψης που υπόκειται σε πλήρως αντίστροφα φορτία. Όταν υπάρχει σημαντική αλλαγή στην κατεύθυνση του φορτίου, μπορεί να απαιτείται μια προφορτισμένη σύνδεση για την εξάλειψη της κυκλικής ολίσθησης. Αυτή η ολίσθηση τελικά οδηγεί σε μεγαλύτερη ολίσθηση στις επιμήκεις οπές.
Ορισμένες συνδέσεις υφίστανται πολλούς κύκλους φόρτισης, οι οποίοι μπορούν να οδηγήσουν σε κόπωση. Σε αυτές περιλαμβάνονται οι πρέσες, οι στηρίξεις γερανών και οι συνδέσεις σε γέφυρες. Απαιτούνται ολισθαίνουσες κρίσιμες συνδέσεις όταν η σύνδεση υπόκειται σε φορτία κόπωσης προς την αντίθετη κατεύθυνση. Για αυτούς τους τύπους συνθηκών, είναι πολύ σημαντικό η σύνδεση να μην ολισθαίνει, επομένως απαιτούνται κρίσιμες για ολίσθηση συνδέσεις.
Οι υπάρχουσες βιδωτές συνδέσεις μπορούν να σχεδιαστούν και να κατασκευαστούν σύμφωνα με οποιοδήποτε από αυτά τα πρότυπα. Οι συνδέσεις με πριτσίνια θεωρούνται στεγανές.
Οι συγκολλημένες ενώσεις είναι άκαμπτες. Οι συγκολλήσεις είναι δύσκολες. Σε αντίθεση με τις σφιχτές βιδωτές ενώσεις, οι οποίες μπορούν να γλιστρήσουν υπό φορτίο, οι συγκολλήσεις δεν χρειάζεται να τεντώνονται και να κατανέμουν το εφαρμοζόμενο φορτίο σε μεγάλο βαθμό. Στις περισσότερες περιπτώσεις, οι συγκολλημένοι μηχανικοί σύνδεσμοι και οι μηχανικοί σύνδεσμοι τύπου ρουλεμάν δεν παραμορφώνονται με τον ίδιο τρόπο.
Όταν χρησιμοποιούνται συγκολλήσεις με μηχανικά συνδετικά στοιχεία, το φορτίο μεταφέρεται μέσω του σκληρότερου τμήματος, έτσι ώστε η συγκόλληση να μπορεί να φέρει σχεδόν όλο το φορτίο, με πολύ μικρό μέρος να μοιράζεται με το μπουλόνι. Γι' αυτό πρέπει να δίνεται προσοχή κατά τη συγκόλληση, την τοποθέτηση κοχλιών και πριτσινιών. Προδιαγραφές. Το AWS D1 λύνει το πρόβλημα της ανάμειξης μηχανικών συνδετικών στοιχείων και συγκολλήσεων. Προδιαγραφή 1:2000 για δομική συγκόλληση – χάλυβας. Η παράγραφος 2.6.3 αναφέρει ότι για πριτσίνια ή μπουλόνια που χρησιμοποιούνται σε συνδέσεις τύπου ρουλεμάν (δηλαδή όπου το μπουλόνι ή το πριτσίνι λειτουργεί ως πείρος), τα μηχανικά συνδετικά στοιχεία δεν πρέπει να θεωρούνται ότι μοιράζονται το φορτίο με τη συγκόλληση. Εάν χρησιμοποιείται συγκόλληση, πρέπει να παρέχονται για να φέρουν το πλήρες φορτίο στην ένωση. Ωστόσο, επιτρέπονται συνδέσεις που συγκολλούνται σε ένα στοιχείο και πριτσινώνονται ή βιδώνονται σε άλλο στοιχείο.
Κατά τη χρήση μηχανικών συνδετήρων τύπου ρουλεμάν και την προσθήκη συγκολλήσεων, η φέρουσα ικανότητα του κοχλία παραμελείται σε μεγάλο βαθμό. Σύμφωνα με αυτήν την διάταξη, η συγκόλληση πρέπει να σχεδιάζεται για να μεταφέρει όλα τα φορτία.
Αυτό είναι ουσιαστικά το ίδιο με το AISC LRFD-1999, παράγραφος J1.9. Ωστόσο, το καναδικό πρότυπο CAN/CSA-S16.1-M94 επιτρέπει επίσης την αυτόνομη χρήση όταν η ισχύς του μηχανικού συνδετήρα ή του μπουλονιού είναι υψηλότερη από αυτή της συγκόλλησης.
Σε αυτό το θέμα, τρία κριτήρια είναι συνεπή: οι δυνατότητες μηχανικών συνδέσεων του τύπου ρουλεμάν και οι δυνατότητες συγκολλήσεων δεν συσσωρεύονται.
Η Ενότητα 2.6.3 του AWS D1.1 συζητά επίσης περιπτώσεις όπου οι κοχλίες και οι συγκολλήσεις μπορούν να συνδυαστούν σε μια σύνδεση δύο μερών, όπως φαίνεται στο Σχήμα 1. Συγκολλήσεις στα αριστερά, βιδωμένες στα δεξιά. Η συνολική ισχύς των συγκολλήσεων και των κοχλιών μπορεί να ληφθεί υπόψη εδώ. Κάθε μέρος ολόκληρης της σύνδεσης λειτουργεί ανεξάρτητα. Έτσι, αυτός ο κώδικας αποτελεί εξαίρεση από την αρχή που περιέχεται στο πρώτο μέρος του 2.6.3.
Οι κανόνες που μόλις συζητήθηκαν ισχύουν για νέα κτίρια. Για τις υφιστάμενες κατασκευές, η παράγραφος 8.3.7 D1.1 ορίζει ότι όταν οι δομικοί υπολογισμοί δείχνουν ότι ένα πριτσίνι ή ένα μπουλόνι θα υπερφορτωθεί από ένα νέο συνολικό φορτίο, θα πρέπει να αποδίδεται σε αυτό μόνο το υπάρχον στατικό φορτίο.
Οι ίδιοι κανόνες απαιτούν ότι εάν ένα πριτσίνι ή μπουλόνι υπερφορτώνεται μόνο με στατικά φορτία ή υπόκειται σε κυκλικά φορτία (κόπωσης), πρέπει να προστεθεί επαρκές βασικό μέταλλο και συγκολλήσεις για να υποστηρίξει το συνολικό φορτίο.
Η κατανομή του φορτίου μεταξύ μηχανικών συνδετήρων και συγκολλήσεων είναι αποδεκτή εάν η κατασκευή είναι προφορτισμένη, με άλλα λόγια, εάν έχει συμβεί ολίσθηση μεταξύ των συνδεδεμένων στοιχείων. Αλλά μόνο στατικά φορτία μπορούν να ασκηθούν σε μηχανικούς συνδετήρες. Τα ενεργά φορτία που μπορούν να οδηγήσουν σε μεγαλύτερη ολίσθηση πρέπει να προστατεύονται με τη χρήση συγκολλήσεων ικανών να αντέξουν ολόκληρο το φορτίο.
Οι συγκολλήσεις πρέπει να χρησιμοποιούνται για να αντέχουν σε όλα τα εφαρμοζόμενα ή δυναμικά φορτία. Όταν οι μηχανικοί σύνδεσμοι είναι ήδη υπερφορτωμένοι, δεν επιτρέπεται η κατανομή φορτίου. Υπό κυκλική φόρτιση, δεν επιτρέπεται η κατανομή φορτίου, καθώς το φορτίο μπορεί να οδηγήσει σε μόνιμη ολίσθηση και υπερφόρτωση της συγκόλλησης.
εικόνα. Θεωρήστε μια σύνδεση επικάλυψης που αρχικά ήταν βιδωμένη σφιχτά (βλ. Σχήμα 2). Η δομή προσθέτει επιπλέον ισχύ και πρέπει να προστεθούν συνδέσεις και συνδετήρες για να παρέχουν διπλάσια αντοχή. Στο σχήμα 3 φαίνεται το βασικό σχέδιο για την ενίσχυση των στοιχείων. Πώς πρέπει να γίνει η σύνδεση;
Δεδομένου ότι ο νέος χάλυβας έπρεπε να ενωθεί με τον παλιό χάλυβα με συγκολλήσεις με φιλέτα, ο μηχανικός αποφάσισε να προσθέσει μερικές συγκολλήσεις με φιλέτα στην ένωση. Δεδομένου ότι οι βίδες ήταν ακόμα στη θέση τους, η αρχική ιδέα ήταν να προστεθούν μόνο οι συγκολλήσεις που χρειάζονταν για να μεταφερθεί η επιπλέον ισχύς στον νέο χάλυβα, αναμένοντας ότι το 50% του φορτίου θα περάσει από τις βίδες και το 50% του φορτίου θα περάσει από τις νέες συγκολλήσεις. Είναι αποδεκτό;
Ας υποθέσουμε πρώτα ότι δεν εφαρμόζονται στατικά φορτία στη σύνδεση αυτήν τη στιγμή. Σε αυτήν την περίπτωση, ισχύει η παράγραφος 2.6.3 του AWS D1.1.
Σε αυτήν την ένωση τύπου ρουλεμάν, η συγκόλληση και ο κοχλίας δεν μπορούν να θεωρηθούν ότι μοιράζονται το φορτίο, επομένως το καθορισμένο μέγεθος συγκόλλησης πρέπει να είναι αρκετά μεγάλο για να υποστηρίξει όλο το στατικό και δυναμικό φορτίο. Η φέρουσα ικανότητα των κοχλιών σε αυτό το παράδειγμα δεν μπορεί να ληφθεί υπόψη, επειδή χωρίς στατικό φορτίο, η σύνδεση θα βρίσκεται σε χαλαρή κατάσταση. Η συγκόλληση (σχεδιασμένη να φέρει το μισό φορτίο) αρχικά σπάει όταν εφαρμόζεται το πλήρες φορτίο. Στη συνέχεια, ο κοχλίας, που έχει επίσης σχεδιαστεί για να μεταφέρει το μισό φορτίο, προσπαθεί να μεταφέρει το φορτίο και σπάει.
Επιπλέον, υποθέστε ότι εφαρμόζεται στατικό φορτίο. Επιπλέον, θεωρείται ότι η υπάρχουσα σύνδεση επαρκεί για να φέρει το υπάρχον μόνιμο φορτίο. Σε αυτήν την περίπτωση, ισχύει η παράγραφος 8.3.7 D1.1. Οι νέες συγκολλήσεις χρειάζεται να αντέχουν μόνο αυξημένα στατικά και γενικά ωφέλιμα φορτία. Τα υπάρχοντα μηδενικά φορτία μπορούν να αντιστοιχιστούν σε υπάρχοντες μηχανικούς συνδετήρες.
Υπό σταθερό φορτίο, η σύνδεση δεν χαλαρώνει. Αντίθετα, τα μπουλόνια φέρουν ήδη το φορτίο τους. Έχει υπάρξει κάποια ολίσθηση στη σύνδεση. Επομένως, μπορούν να χρησιμοποιηθούν συγκολλήσεις που μπορούν να μεταφέρουν δυναμικά φορτία.
Η απάντηση στο ερώτημα «Είναι αυτό αποδεκτό;» εξαρτάται από τις συνθήκες φόρτισης. Στην πρώτη περίπτωση, ελλείψει στατικού φορτίου, η απάντηση θα είναι αρνητική. Υπό τις συγκεκριμένες συνθήκες του δεύτερου σεναρίου, η απάντηση είναι ναι.
Δεν είναι πάντα δυνατό να εξαχθεί κάποιο συμπέρασμα μόνο και μόνο επειδή εφαρμόζεται στατικό φορτίο. Το επίπεδο των στατικών φορτίων, η επάρκεια των υπαρχουσών μηχανικών συνδέσεων και η φύση των τελικών φορτίων -είτε στατικά είτε κυκλικά- μπορεί να αλλάξουν την απάντηση.
Duane K. Miller, MD, PE, 22801 Saint Clair Ave., Cleveland, OH 44117-1199, Διευθυντής Κέντρου Τεχνολογίας Συγκολλήσεων, Lincoln Electric Company, www.lincolnelectric.com. Η Lincoln Electric κατασκευάζει εξοπλισμό συγκόλλησης και αναλώσιμα συγκόλλησης παγκοσμίως. Οι μηχανικοί και οι τεχνικοί του Κέντρου Τεχνολογίας Συγκολλήσεων βοηθούν τους πελάτες να επιλύσουν προβλήματα συγκόλλησης.
Αμερικανική Εταιρεία Συγκολλήσεων, 550 NW LeJeune Road, Μαϊάμι, Φλόριντα 33126-5671, τηλέφωνο 305-443-9353, φαξ 305-443-7559, ιστότοπος www.aws.org.
Διεθνές Γραφείο ASTM, 100 Barr Harbor Drive, West Conshohocken, PA 19428-2959, τηλέφωνο 610-832-9585, φαξ 610-832-9555, ιστότοπος www.astm.org.
Αμερικανική Ένωση Χαλύβδινων Κατασκευών, One E. Wacker Drive, Suite 3100, Chicago, IL 60601-2001, τηλέφωνο 312-670-2400, φαξ 312-670-5403, ιστότοπος www.aisc.org.
Το FABRICATOR είναι το κορυφαίο περιοδικό κατασκευής και διαμόρφωσης χάλυβα στη Βόρεια Αμερική. Το περιοδικό δημοσιεύει νέα, τεχνικά άρθρα και ιστορίες επιτυχίας που επιτρέπουν στους κατασκευαστές να κάνουν τη δουλειά τους πιο αποτελεσματικά. Το FABRICATOR δραστηριοποιείται στον κλάδο από το 1970.
Τώρα με πλήρη πρόσβαση στην ψηφιακή έκδοση του The FABRICATOR, εύκολη πρόσβαση σε πολύτιμους πόρους του κλάδου.
Η ψηφιακή έκδοση του The Tube & Pipe Journal είναι πλέον πλήρως προσβάσιμη, παρέχοντας εύκολη πρόσβαση σε πολύτιμους πόρους του κλάδου.
Αποκτήστε πλήρη ψηφιακή πρόσβαση στο STAMPING Journal, το οποίο περιλαμβάνει την τελευταία λέξη της τεχνολογίας, τις βέλτιστες πρακτικές και τα νέα του κλάδου για την αγορά σφράγισης μετάλλων.
Τώρα με πλήρη ψηφιακή πρόσβαση στο The Fabricator en Español, έχετε εύκολη πρόσβαση σε πολύτιμους πόρους του κλάδου.