Erinevates konstruktsiooniolukordades võivad insenerid vajada keevisliidete ja mehaaniliste kinnitusdetailide abil loodud ühenduste tugevuse hindamist. Tänapäeval on mehaanilised kinnitusdetailid tavaliselt poldid, kuid vanemates konstruktsioonides võivad olla needid.
See võib juhtuda projekti uuendamise, renoveerimise või täiustamise käigus. Uue konstruktsiooni puhul võib olla vaja poltidega ja keevitamisega ühendada ühendus, kus ühendatav materjal kõigepealt poltidega kokku kinnitatakse ja seejärel keevitatakse, et tagada ühenduskoha täielik tugevus.
Siiski ei ole liite kogukandevõime määramine nii lihtne kui üksikute komponentide (keevisõmbluste, poltide ja neetide) summa liitmine. Selline eeldus võib viia katastroofiliste tagajärgedeni.
Poltidega ühendusi on kirjeldatud Ameerika Teraskonstruktsioonide Instituudi (AISC) konstruktsiooniliidete spetsifikatsioonis, milles kasutatakse ASTM A325 või A490 polte tiheda kinnituse, eelkoormuse või libiseva võtmena.
Pingutage tihedalt pingutatud ühendusi löökmutrivõtme või lukksepa abil tavalise kahepoolse mutrivõtme abil, et tagada kihtide tihe kontakt. Eelpingestatud ühenduses on poldid paigaldatud nii, et neile mõjuvad märkimisväärsed tõmbekoormused ja plaatidele survekoormused.
1. Keerake mutrit. Mutri keeramise meetod hõlmab poldi pingutamist ja seejärel mutri täiendavat keeramist, mis sõltub poldi läbimõõdust ja pikkusest.
2. Kalibreerige võti. Kalibreeritud mutrivõtme meetod mõõdab poldi pingutusega seotud pöördemomenti.
3. Väändpinget reguleeriv polt. Keeratavatel pingutuspoltidel on poldi pea vastasküljel väikesed naastud. Kui vajalik pöördemoment on saavutatud, keeratakse naast lahti.
4. Sirge tõmbeindeks. Otsese pingutuse indikaatorid on spetsiaalsed sakkidega seibid. Kõrval olev kokkusurumise hulk näitab poldile rakendatud pingutusastet.
Lihtsamalt öeldes toimivad poldid tihedates ja eelpingestatud ühendustes nagu tihvtid, sarnaselt messingtihvtiga, mis hoiab koos perforeeritud paberivirna. Olulised libisevad ühendused toimivad hõõrdumise abil: eelkoormus loob surujõu ja hõõrdumine kontaktpindade vahel toimib koos, et takistada liite libisemist. See on nagu köitja, mis hoiab paberivirna koos, mitte sellepärast, et paberisse on augud löödud, vaid sellepärast, et köitja surub paberid kokku ja hõõrdumine hoiab virna koos.
ASTM A325 poltide minimaalne tõmbetugevus on 150–120 kg ruuttolli kohta (KSI), olenevalt poldi läbimõõdust, samas kui A490 poltide tõmbetugevus peab olema 150–170 KSI. Needitud ühendused käituvad pigem tihedate ühendustena, kuid antud juhul on tihvtid needid, mis on tavaliselt umbes poole tugevamad kui A325 poldil.
Kui mehaaniliselt kinnitatud ühendus on nihkejõudude mõjul (kui üks element kipub rakendatud jõu tõttu teise kohal libisema), võib juhtuda üks kahest asjast. Poldid või needid võivad olla aukude külgedel, põhjustades poltide või neetide samaaegset purunemist. Teine võimalus on see, et eelpingestatud kinnitusdetailide pingutusjõu tekitatud hõõrdumine talub nihkekoormusi. Selle ühenduse puhul libisemist ei eeldata, kuid see on võimalik.
Tihe ühendus on paljude rakenduste puhul vastuvõetav, kuna väike libisemine ei saa ühenduse omadusi negatiivselt mõjutada. Näiteks kaaluge granuleeritud materjali ladustamiseks mõeldud silot. Esimesel laadimisel võib esineda väikest libisemist. Kui libisemine on kord juba toimunud, siis seda enam ei juhtu, sest kõik järgnevad laadimised on sama laadimisega.
Koormuse ümberpööramist kasutatakse mõnes rakenduses, näiteks kui pöörlevatele elementidele mõjuvad vahelduvad tõmbe- ja survekoormused. Teine näide on painutuselement, millele mõjuvad täielikult vastupidised koormused. Kui koormuse suund oluliselt muutub, võib tsüklilise libisemise vältimiseks olla vajalik eelpingestatud ühendus. See libisemine viib lõpuks suurema libisemiseni piklikes aukudes.
Mõned liitekohad läbivad palju koormustsükleid, mis võivad põhjustada väsimust. Nende hulka kuuluvad pressid, kraanade toed ja sildade ühendused. Libisevad kriitilised ühendused on vajalikud siis, kui ühendus allutatakse väsimuskoormustele vastupidises suunas. Selliste tingimuste korral on väga oluline, et ühendus ei libiseks, seega on vaja libisemiskriitilisi liitekohti.
Olemasolevaid poltühendusi saab projekteerida ja toota vastavalt ükskõik millisele neist standarditest. Needitud ühendusi peetakse tihedateks.
Keevisliited on jäigad. Jooteliited on keerulised. Erinevalt tihedatest poltliidetest, mis võivad koormuse all libiseda, ei pea keevisliited venima ja rakendatavat koormust suurel määral jaotama. Enamasti ei deformeeru keevitatud ja laagritüüpi mehaanilised kinnitusdetailid ühtemoodi.
Kui mehaaniliste kinnitusdetailidega kasutatakse keevisliiteid, kandub koormus üle kõvema osa kaudu, seega suudab keevisliite kanda peaaegu kogu koormust, jagades poldiga väga vähe. Seetõttu tuleb keevitamisel, poltidega ja neetidega ühendamisel olla ettevaatlik. Spetsifikatsioonid. AWS D1 lahendab mehaaniliste kinnitusdetailide ja keevisliitete segamise probleemi. Spetsifikatsioon 1:2000 konstruktsioonikeevitamiseks – teras. Punkt 2.6.3 sätestab, et laagritüüpi ühendustes (st kus polt või neet toimib tihvtina) kasutatavate neetide või poltide puhul ei tohiks mehaanilisi kinnitusvahendeid pidada keevisliitega koormust jagavateks. Keevitamise kasutamisel peavad need olema ette nähtud kandma liites kogu koormust. Siiski on lubatud ühendused, mis on keevitatud ühe elemendi külge ja neetitud või poltidega kinnitatud teise elemendi külge.
Laagritüüpi mehaaniliste kinnitusvahendite kasutamisel ja keevisõmbluste lisamisel jäetakse poldi kandevõime suures osas tähelepanuta. Selle sätte kohaselt tuleb keevisõmblus projekteerida nii, et see kannaks üle kõik koormused.
See on sisuliselt sama mis AISC LRFD-1999, punkt J1.9. Kanada standard CAN/CSA-S16.1-M94 lubab aga ka iseseisvat kasutamist, kui mehaanilise kinnitusdetaili või poldi võimsus on keevitamise võimsusest suurem.
Selles küsimuses on kolm kriteeriumi kooskõlas: laagritüübi mehaaniliste kinnituste võimalused ja keevisõmbluste võimalused ei kattu.
AWS D1.1 punktis 2.6.3 käsitletakse ka olukordi, kus polte ja keevisõmblusi saab kombineerida kaheosalises ühenduses, nagu on näidatud joonisel 1. Keevisõmblused vasakul, poltidega ühendatud paremal. Siin saab arvesse võtta keevisõmbluste ja poltide koguvõimsust. Kogu ühenduse iga osa töötab iseseisvalt. Seega on see eeskiri erand punkti 2.6.3 esimeses osas sisalduvast põhimõttest.
Äsja käsitletud reeglid kehtivad uutele hoonetele. Olemasolevate konstruktsioonide puhul sätestab punkt 8.3.7 D1.1, et kui konstruktsiooniarvutused näitavad, et neet või polt koormatakse uue kogukoormuse tõttu üle, tuleks sellele määrata ainult olemasolev staatiline koormus.
Samad reeglid nõuavad, et kui neet või polt on ülekoormatud ainult staatiliste koormustega või allutatud tsüklilistele (väsimus)koormustele, tuleb lisada piisavalt põhimetalli ja keevisõmblusi kogu koormuse toetamiseks.
Koormuse jaotus mehaaniliste kinnitusdetailide ja keevisliidete vahel on vastuvõetav, kui konstruktsioon on eelkoormatud, teisisõnu, kui ühendatud elementide vahel on toimunud libisemine. Kuid mehaanilistele kinnitusdetailidele võib rakendada ainult staatilisi koormusi. Püsikoormusi, mis võivad põhjustada suuremat libisemist, tuleb kaitsta keevisliidete abil, mis suudavad vastu pidada kogu koormusele.
Keevisõmblusi tuleb kasutada nii, et need taluksid kõiki rakendatud või dünaamilisi koormusi. Kui mehaanilised kinnitusdetailid on juba ülekoormatud, ei ole koormuse jagamine lubatud. Tsüklilise koormuse korral ei ole koormuse jagamine lubatud, kuna koormus võib põhjustada keevisõmbluse püsivat libisemist ja ülekoormust.
Illustratsioon. Vaatleme algselt poltidega tihedalt kinnitatud ülekattega ühendust (vt joonis 2). See konstruktsioon lisab jõudu ning kahekordse tugevuse tagamiseks tuleb lisada ühendusi ja ühendusdetaile. Joonisel 3 on näidatud elementide tugevdamise põhiplaan. Kuidas tuleks ühendus luua?
Kuna uus teras tuli vana terasega ühendada nurkõmblustega, otsustas insener lisada ühenduskohta nurkõmblused. Kuna poldid olid endiselt paigas, oli algne idee lisada ainult need keevisõmblused, mis olid vajalikud lisajõu ülekandmiseks uuele terasele, eeldades, et 50% koormusest läheb läbi poltide ja 50% koormusest läbi uute keevisõmbluste. Kas see on vastuvõetav?
Oletame kõigepealt, et ühendusele ei rakendata hetkel staatilisi koormusi. Sel juhul kehtib AWS D1.1 punkt 2.6.3.
Selles laagritüüpi ühenduskohas ei saa keevisõmblust ja polti pidada koormust jagavaks, seega peab keevisõmbluse suurus olema piisavalt suur, et kanda kogu staatilist ja dünaamilist koormust. Poltide kandevõimet ei saa selles näites arvesse võtta, sest ilma staatilise koormuseta on ühendus lõtvunud olekus. Keevisõmblus (mis on ette nähtud poole koormuse kandmiseks) puruneb esialgu täiskoormuse rakendamisel. Seejärel üritab polt, mis on samuti ette nähtud poole koormuse ülekandmiseks, koormust üle kanda ja puruneb.
Eeldatakse lisaks, et rakendatakse staatilist koormust. Lisaks eeldatakse, et olemasolev ühendus on piisav olemasoleva püsikoormuse kandmiseks. Sel juhul kehtib punkt 8.3.7 D1.1. Uued keevisõmblused peavad vastu pidama ainult suurenenud staatilisele ja üldisele püsikoormusele. Olemasolevad püsikoormused saab määrata olemasolevatele mehaanilistele kinnitusdetailidele.
Pideva koormuse korral ühendus ei vaju läbi. Selle asemel kannavad poldid juba oma koormust. Ühenduses on esinenud teatavat libisemist. Seetõttu saab kasutada keevisõmblusi ja need suudavad edastada dünaamilisi koormusi.
Vastus küsimusele „Kas see on vastuvõetav?“ sõltub koormustingimustest. Esimesel juhul, staatilise koormuse puudumisel, on vastus eitav. Teise stsenaariumi eritingimustel on vastus jaatav.
Ainult staatilise koormuse rakendamise põhjal ei ole alati võimalik järeldust teha. Staatiliste koormuste tase, olemasolevate mehaaniliste ühenduste piisavus ja lõppkoormuste iseloom – olgu need siis staatilised või tsüklilised – võivad vastust muuta.
Duane K. Miller, MD, PE, 22801 Saint Clair Ave., Cleveland, OH 44117-1199, keevitustehnoloogia keskuse juhataja, Lincoln Electric Company, www.lincolnelectric.com. Lincoln Electric toodab keevitusseadmeid ja keevitusmaterjale kogu maailmas. Keevitustehnoloogia keskuse insenerid ja tehnikud aitavad klientidel lahendada keevitusprobleeme.
Ameerika Keevitusühing, 550 NW LeJeune Road, Miami, FL 33126-5671, telefon 305-443-9353, faks 305-443-7559, veebisait www.aws.org.
ASTM Intl., 100 Barr Harbor Drive, West Conshohocken, PA 19428-2959, telefon 610-832-9585, faks 610-832-9555, veebisait www.astm.org.
Ameerika Teraskonstruktsioonide Assotsiatsioon, One E. Wacker Drive, Suite 3100, Chicago, IL 60601-2001, telefon 312-670-2400, faks 312-670-5403, veebisait www.aisc.org.
FABRICATOR on Põhja-Ameerika juhtiv terasetöötlemise ja -vormimise ajakiri. Ajakiri avaldab uudiseid, tehnilisi artikleid ja edulugusid, mis võimaldavad tootjatel oma tööd tõhusamalt teha. FABRICATOR on selles valdkonnas tegutsenud alates 1970. aastast.
Nüüd täielik juurdepääs The FABRICATOR digitaalsele väljaandele ja lihtne juurdepääs väärtuslikele valdkonna ressurssidele.
The Tube & Pipe Journal digitaalne väljaanne on nüüd täielikult ligipääsetav, pakkudes hõlpsat juurdepääsu väärtuslikele valdkonna ressurssidele.
Saage täielik digitaalne juurdepääs ajakirjale STAMPING Journal, mis sisaldab uusimat tehnoloogiat, parimaid tavasid ja valdkonna uudiseid metallistantsimise turul.
Nüüd, täieliku digitaalse juurdepääsuga The Fabricator en Españolile, on teil lihtne juurdepääs väärtuslikele valdkonna ressurssidele.