در موقعیت‌های مختلف سازه‌ای، مهندسان ممکن است نیاز به ارزیابی استحکام اتصالات ساخته شده توسط جوش و بست‌های مکانیکی داشته باشند. امروزه، بست‌های مکانیکی معمولاً پیچ و مهره هستند، اما طرح‌های قدیمی‌تر ممکن است پرچ داشته باشند.
این می‌تواند در طول ارتقا، بازسازی یا بهبود یک پروژه اتفاق بیفتد. یک طرح جدید ممکن است برای اتصال به پیچ و مهره و جوشکاری نیاز داشته باشد، جایی که مواد مورد اتصال ابتدا به هم پیچ شده و سپس جوش داده می‌شوند تا استحکام کامل اتصال را فراهم کنند.
با این حال، تعیین ظرفیت باربری کل یک اتصال به سادگی جمع کردن مجموع اجزای منفرد (جوش، پیچ و پرچ) نیست. چنین فرضی می‌تواند منجر به عواقب فاجعه‌باری شود.
اتصالات پیچی در مشخصات اتصالات سازه‌ای موسسه سازه‌های فولادی آمریکا (AISC) شرح داده شده‌اند که از پیچ‌های ASTM A325 یا A490 به عنوان پیچ‌های محکم، پیش‌بارگذار یا کلید کشویی استفاده می‌کند.
اتصالات محکم بسته شده را با آچار ضربه ای یا آچار قفلی با استفاده از آچار دو طرفه معمولی محکم کنید تا از تماس محکم لایه ها اطمینان حاصل شود. در اتصال پیش تنیده، پیچ ها طوری نصب می شوند که تحت بارهای کششی قابل توجهی قرار گیرند و صفحات تحت بارهای فشاری قرار می گیرند.
۱. مهره را بچرخانید. روش چرخاندن مهره شامل سفت کردن پیچ و سپس چرخاندن مهره به مقدار اضافی است که به قطر و طول پیچ بستگی دارد.
۲. کلید را کالیبره کنید. روش آچار کالیبره شده، گشتاور مرتبط با کشش پیچ را اندازه‌گیری می‌کند.
۳. پیچ تنظیم کشش از نوع پیچشی. پیچ‌های کششی پیچشی دارای میخ‌های کوچکی در انتهای پیچ و روبروی سر آن هستند. وقتی گشتاور مورد نیاز حاصل شد، میخ باز می‌شود.
۴. شاخص کشش مستقیم. نشانگرهای کشش مستقیم، واشرهای مخصوصی با زبانه هستند. میزان فشردگی روی زبانه، سطح کشش اعمال شده به پیچ را نشان می‌دهد.
به زبان ساده، پیچ‌ها در اتصالات محکم و پیش‌تنیده مانند پین عمل می‌کنند، دقیقاً مانند یک پین برنجی که یک دسته کاغذ سوراخ‌دار را به هم متصل نگه می‌دارد. اتصالات کشویی بحرانی با اصطکاک کار می‌کنند: پیش‌بار نیروی رو به پایین ایجاد می‌کند و اصطکاک بین سطوح تماس با هم کار می‌کنند تا در برابر لغزش اتصال مقاومت کنند. مانند یک صحافی است که یک دسته کاغذ را به هم متصل نگه می‌دارد، نه به این دلیل که سوراخ‌هایی در کاغذ ایجاد شده است، بلکه به این دلیل که صحافی کاغذها را به هم فشار می‌دهد و اصطکاک، دسته کاغذها را به هم متصل نگه می‌دارد.
پیچ‌های ASTM A325 بسته به قطر پیچ، حداقل استحکام کششی ۱۵۰ تا ۱۲۰ کیلوگرم بر اینچ مربع (KSI) دارند، در حالی که پیچ‌های A490 باید استحکام کششی ۱۵۰ تا ۱۷۰-KSI داشته باشند. اتصالات پرچی بیشتر شبیه اتصالات محکم رفتار می‌کنند، اما در این مورد، پین‌ها پرچ‌هایی هستند که معمولاً حدود نصف پیچ A325 استحکام دارند.
وقتی یک اتصال مکانیکی در معرض نیروهای برشی قرار می‌گیرد (زمانی که یک عنصر به دلیل نیروی اعمال شده تمایل به لغزش روی عنصر دیگر دارد)، یکی از دو حالت زیر ممکن است رخ دهد. پیچ‌ها یا پرچ‌ها می‌توانند در کناره‌های سوراخ‌ها باشند و باعث شوند پیچ‌ها یا پرچ‌ها همزمان برش بخورند. احتمال دوم این است که اصطکاک ناشی از نیروی گیره‌ای بست‌های پیش‌تنیده می‌تواند بارهای برشی را تحمل کند. هیچ لغزشی برای این اتصال پیش‌بینی نمی‌شود، اما این احتمال وجود دارد.
اتصال محکم برای بسیاری از کاربردها قابل قبول است، زیرا لغزش جزئی نمی‌تواند بر ویژگی‌های اتصال تأثیر منفی بگذارد. به عنوان مثال، یک سیلو را در نظر بگیرید که برای ذخیره مواد دانه‌ای طراحی شده است. هنگام بارگیری برای اولین بار ممکن است لغزش جزئی وجود داشته باشد. هنگامی که لغزش رخ می‌دهد، دیگر اتفاق نمی‌افتد، زیرا تمام بارهای بعدی از همین نوع هستند.
معکوس کردن بار در برخی کاربردها استفاده می‌شود، مانند زمانی که عناصر چرخان تحت بارهای کششی و فشاری متناوب قرار می‌گیرند. مثال دیگر، یک عنصر خمشی است که تحت بارهای کاملاً معکوس قرار می‌گیرد. هنگامی که تغییر قابل توجهی در جهت بار وجود دارد، ممکن است برای حذف لغزش چرخه‌ای، به یک اتصال از پیش بارگذاری شده نیاز باشد. این لغزش در نهایت منجر به لغزش بیشتر در سوراخ‌های کشیده می‌شود.
برخی از اتصالات چرخه‌های بارگذاری زیادی را تجربه می‌کنند که می‌تواند منجر به خستگی شود. این موارد شامل پرس‌ها، تکیه‌گاه‌های جرثقیل و اتصالات در پل‌ها می‌شود. اتصالات بحرانی لغزشی زمانی مورد نیاز هستند که اتصال در معرض بارهای خستگی در جهت معکوس قرار گیرد. برای این نوع شرایط، بسیار مهم است که اتصال نلغزد، بنابراین به اتصالات بحرانی لغزشی نیاز است.
اتصالات پیچ و مهره‌ای موجود را می‌توان مطابق با هر یک از این استانداردها طراحی و تولید کرد. اتصالات پرچی محکم در نظر گرفته می‌شوند.
اتصالات جوشی سفت و سخت هستند. اتصالات لحیمی کمی پیچیده هستند. برخلاف اتصالات پیچ و مهره‌ای محکم که ممکن است زیر بار بلغزند، جوش‌ها نیازی به کشش و توزیع بار اعمال شده تا حد زیادی ندارند. در بیشتر موارد، اتصال‌دهنده‌های مکانیکی جوشی و یاتاقانی به یک شکل تغییر شکل نمی‌دهند.
وقتی جوش‌ها با بست‌های مکانیکی استفاده می‌شوند، بار از طریق قسمت سخت‌تر منتقل می‌شود، بنابراین جوش می‌تواند تقریباً تمام بار را تحمل کند و بار بسیار کمی با پیچ به اشتراک گذاشته می‌شود. به همین دلیل است که هنگام جوشکاری، پیچ و پرچ کردن باید دقت شود. مشخصات فنی. AWS D1 مشکل ترکیب بست‌های مکانیکی و جوش‌ها را حل می‌کند. مشخصات فنی ۱:۲۰۰۰ برای جوشکاری سازه‌ای - فولادی. بند ۲.۶.۳ بیان می‌کند که برای پرچ‌ها یا پیچ‌های مورد استفاده در اتصالات نوع یاتاقانی (یعنی جایی که پیچ یا پرچ به عنوان پین عمل می‌کند)، بست‌های مکانیکی نباید برای تقسیم بار با جوش در نظر گرفته شوند. در صورت استفاده از جوشکاری، باید برای حمل کل بار در اتصال فراهم شوند. با این حال، اتصالات جوش داده شده به یک عنصر و پرچ یا پیچ شده به عنصر دیگر مجاز هستند.
هنگام استفاده از بست‌های مکانیکی از نوع یاتاقانی و اضافه کردن جوش، ظرفیت تحمل بار پیچ تا حد زیادی نادیده گرفته می‌شود. طبق این ماده، جوش باید طوری طراحی شود که تمام بارها را منتقل کند.
این اساساً مشابه بند J1.9 از AISC LRFD-1999 است. با این حال، استاندارد کانادایی CAN/CSA-S16.1-M94 همچنین امکان استفاده مستقل را در مواقعی که توان اتصال دهنده یا پیچ مکانیکی بیشتر از توان جوشکاری است، فراهم می‌کند.
در این مورد، سه معیار با هم سازگار هستند: امکان اتصال مکانیکی از نوع یاتاقان و امکان جوش با هم جمع نمی‌شوند.
بخش 2.6.3 از AWS D1.1 همچنین در مورد موقعیت‌هایی بحث می‌کند که پیچ و جوش می‌توانند در یک اتصال دو قسمتی ترکیب شوند، همانطور که در شکل 1 نشان داده شده است. جوش‌ها در سمت چپ، پیچ‌ها در سمت راست. در اینجا می‌توان کل توان جوش‌ها و پیچ‌ها را در نظر گرفت. هر قسمت از کل اتصال به طور مستقل عمل می‌کند. بنابراین، این کد یک استثنا برای اصل مندرج در بخش اول 2.6.3 است.
قوانینی که مورد بحث قرار گرفت، در مورد ساختمان‌های جدید اعمال می‌شود. برای سازه‌های موجود، بند 8.3.7 D1.1 بیان می‌کند که وقتی محاسبات سازه‌ای نشان می‌دهد که یک پرچ یا پیچ تحت بار کل جدید قرار می‌گیرد، فقط بار استاتیک موجود باید به آن اختصاص داده شود.
همین قوانین ایجاب می‌کند که اگر یک پرچ یا پیچ فقط تحت بارهای استاتیکی بیش از حد بارگذاری شود یا در معرض بارهای چرخه‌ای (خستگی) قرار گیرد، باید فلز پایه و جوش کافی برای تحمل کل بار اضافه شود.
توزیع بار بین بست‌های مکانیکی و جوش‌ها در صورتی قابل قبول است که سازه از قبل بارگذاری شده باشد، به عبارت دیگر، اگر لغزشی بین عناصر متصل شده رخ داده باشد. اما فقط بارهای استاتیک را می‌توان روی بست‌های مکانیکی قرار داد. بارهای زنده‌ای که می‌توانند منجر به لغزش بیشتر شوند باید با استفاده از جوش‌هایی که قادر به تحمل کل بار هستند، محافظت شوند.
جوش‌ها باید برای تحمل تمام بارهای اعمال شده یا دینامیکی مورد استفاده قرار گیرند. هنگامی که بست‌های مکانیکی از قبل تحت بار اضافی قرار دارند، تقسیم بار مجاز نیست. تحت بارگذاری چرخه‌ای، تقسیم بار مجاز نیست، زیرا بار می‌تواند منجر به لغزش دائمی و اضافه بار جوش شود.
تصویر. یک اتصال روی هم را در نظر بگیرید که در ابتدا محکم پیچ شده است (شکل ۲ را ببینید). این سازه قدرت بیشتری اضافه می‌کند و اتصالات و رابط‌ها باید اضافه شوند تا قدرت دو برابر شود. شکل ۳ طرح اولیه برای تقویت عناصر را نشان می‌دهد. اتصال چگونه باید برقرار شود؟
از آنجایی که فولاد جدید باید با جوش فیلت به فولاد قدیمی متصل می‌شد، مهندس تصمیم گرفت چند جوش فیلت در محل اتصال اضافه کند. از آنجایی که پیچ‌ها هنوز در جای خود بودند، ایده اصلی این بود که فقط جوش‌های مورد نیاز برای انتقال توان اضافی به فولاد جدید اضافه شود، با این انتظار که ۵۰٪ بار از طریق پیچ‌ها و ۵۰٪ بار از طریق جوش‌های جدید منتقل شود. آیا این قابل قبول است؟
ابتدا فرض کنیم که در حال حاضر هیچ بار استاتیکی به اتصال اعمال نمی‌شود. در این صورت، بند 2.6.3 از AWS D1.1 اعمال می‌شود.
در این اتصال از نوع یاتاقانی، جوش و پیچ را نمی‌توان به عنوان اجزای مشترک بار در نظر گرفت، بنابراین اندازه جوش مشخص شده باید به اندازه کافی بزرگ باشد تا بتواند تمام بار استاتیک و دینامیک را تحمل کند. ظرفیت باربری پیچ‌ها در این مثال را نمی‌توان در نظر گرفت، زیرا بدون بار استاتیک، اتصال در حالت شل قرار خواهد گرفت. جوش (که برای تحمل نیمی از بار طراحی شده است) در ابتدا با اعمال کل بار پاره می‌شود. سپس پیچ که آن هم برای انتقال نیمی از بار طراحی شده است، سعی می‌کند بار را منتقل کند و می‌شکند.
علاوه بر این، فرض کنید که یک بار استاتیک اعمال می‌شود. علاوه بر این، فرض می‌شود که اتصال موجود برای حمل بار دائمی موجود کافی است. در این مورد، بند 8.3.7 D1.1 اعمال می‌شود. جوش‌های جدید فقط باید بارهای زنده استاتیک و عمومی افزایش یافته را تحمل کنند. بارهای مرده موجود را می‌توان به بست‌های مکانیکی موجود اختصاص داد.
تحت بار ثابت، اتصال خم نمی‌شود. در عوض، پیچ‌ها از قبل بار خود را تحمل می‌کنند. مقداری لغزش در اتصال وجود داشته است. بنابراین، می‌توان از جوش‌ها استفاده کرد و آنها می‌توانند بارهای دینامیکی را منتقل کنند.
پاسخ به سوال «آیا این قابل قبول است؟» به شرایط بار بستگی دارد. در حالت اول، در غیاب بار استاتیک، پاسخ منفی خواهد بود. تحت شرایط خاص سناریوی دوم، پاسخ مثبت است.
صرفاً به این دلیل که بار استاتیکی اعمال می‌شود، همیشه نمی‌توان به یک نتیجه رسید. سطح بارهای استاتیکی، کفایت اتصالات مکانیکی موجود و ماهیت بارهای انتهایی - چه استاتیکی و چه سیکلی - ممکن است پاسخ را تغییر دهد.
Duane K. Miller, MD, PE, 22801 Saint Clair Ave., Cleveland, OH 44117-1199, مدیر مرکز فناوری جوشکاری، شرکت لینکلن الکتریک، www.lincolnelectric.com. لینکلن الکتریک تجهیزات جوشکاری و مواد مصرفی جوشکاری را در سراسر جهان تولید می‌کند. مهندسان و تکنسین‌های مرکز فناوری جوشکاری به مشتریان در حل مشکلات جوشکاری کمک می‌کنند.
انجمن جوشکاری آمریکا، 550 NW LeJeune Road، میامی، فلوریدا 33126-5671، تلفن 305-443-9353، فکس 305-443-7559، وب‌سایت www.aws.org.
ASTM Intl.، 100 Barr Harbor Drive، West Conshohocken، PA 19428-2959، تلفن 610-832-9585، فکس 610-832-9555، وب‌سایت www.astm.org.
انجمن سازه‌های فولادی آمریکا، خیابان وان ای. واکر، واحد ۳۱۰۰، شیکاگو، ایلینوی ۶۰۶۰۱-۲۰۰۱، تلفن ۳۱۲-۶۷۰-۲۴۰۰، فکس ۳۱۲-۶۷۰-۵۴۰۳، وب‌سایت www.aisc.org.
FABRICATOR مجله پیشرو در زمینه ساخت و شکل‌دهی فولاد در آمریکای شمالی است. این مجله اخبار، مقالات فنی و داستان‌های موفقیت را منتشر می‌کند که تولیدکنندگان را قادر می‌سازد کار خود را با کارایی بیشتری انجام دهند. FABRICATOR از سال ۱۹۷۰ در این صنعت فعالیت دارد.
اکنون با دسترسی کامل به نسخه دیجیتال FABRICATOR، دسترسی آسان به منابع ارزشمند صنعت.
نسخه دیجیتالی مجله لوله و لوله اکنون به طور کامل در دسترس است و دسترسی آسان به منابع ارزشمند صنعت را فراهم می‌کند.
به طور کامل به مجله STAMPING دسترسی دیجیتال داشته باشید که شامل جدیدترین فناوری‌ها، بهترین شیوه‌ها و اخبار صنعت در بازار مهرسازی فلزات است.
اکنون با دسترسی کامل دیجیتال به The Fabricator en Español، به منابع ارزشمند صنعت دسترسی آسان دارید.