Erilaisissa rakennetilanteissa insinöörien on ehkä arvioitava hitsattujen ja mekaanisten kiinnittimien liitosten lujuutta. Nykyään mekaaniset kiinnittimet ovat yleensä pultteja, mutta vanhemmissa malleissa on saattanut olla niittejä.
Tämä voi tapahtua projektin päivitysten, peruskorjausten tai parannusten aikana. Uusi rakenne saattaa vaatia pulttiliitoksia ja hitsausta toimimaan yhdessä liitoksessa, jossa liitettävä materiaali ensin pultataan yhteen ja sitten hitsataan liitoksen täyden lujuuden saavuttamiseksi.
Liitoksen kokonaiskuormituskyvyn määrittäminen ei kuitenkaan ole niin yksinkertaista kuin yksittäisten komponenttien (hitsaukset, pultit ja niitit) summan laskeminen. Tällainen oletus voi johtaa tuhoisiin seurauksiin.
Pulttiliitokset on kuvattu American Institute of Steel Structures (AISC) -rakenneliitosten spesifikaatiossa, jossa käytetään ASTM A325- tai A490-pultteja tiukkaan kiinnitykseen, esikuormitukseen tai liukulukkoon.
Kiristä tiukasti kiristetyt liitokset iskuvasaralla tai lukkosepän avulla tavanomaisella kaksipuolisella avaimella varmistaaksesi, että kerrokset ovat tiiviisti kosketuksissa. Esijännitetyssä liitoksessa pultit asennetaan siten, että ne altistuvat merkittäville vetokuormille ja levyt puristuskuormille.
1. Kierrä mutteria. Mutterin kiertäminen tapahtuu kiristämällä pulttia ja kiertämällä sitä sitten lisää pultin halkaisijasta ja pituudesta riippuva määrä.
2. Kalibroi avain. Kalibroidun avaimen menetelmä mittaa pultin kireyteen liittyvän vääntömomentin.
3. Vääntökiristysruuvi. Kierrettävissä kiristysruuveissa on pienet tapit pultin päässä kannan vastakkaisella puolella. Kun vaadittu vääntömomentti on saavutettu, tappi kierretään irti.
4. Suora vetolujuus. Suoran jännityksen ilmaisimet ovat erityisiä kielekkeillä varustettuja aluslevyjä. Ulokkeen puristusvoima osoittaa pulttiin kohdistetun jännityksen tason.
Yksinkertaisesti sanottuna pultit toimivat kuin tapit tiiviissä ja esijännitetyissä liitoksissa, aivan kuten messinkitappi, joka pitää rei'itettyä paperipinoa koossa. Kriittiset liukuliitokset toimivat kitkan avulla: esijännitys luo alaspäin suuntautuvaa voimaa, ja kosketuspintojen välinen kitka yhdessä estää liitoksen liukumisen. Se on kuin sideaine, joka pitää paperipinon koossa, ei siksi, että paperiin tehdään reikiä, vaan koska sideaine puristaa paperit yhteen ja kitka pitää pinon koossa.
ASTM A325 -pulttien vetolujuus on vähintään 150–120 kg neliötuumaa kohden (KSI) pultin halkaisijasta riippuen, kun taas A490-pulttien vetolujuuden on oltava 150–170 KSI. Niittiliitokset käyttäytyvät enemmän kuin tiiviit liitokset, mutta tässä tapauksessa tapit ovat niittejä, jotka ovat tyypillisesti noin puolet A325-pultin lujuudesta.
Kun mekaanisesti kiinnitettyyn liitokseen kohdistuu leikkausvoimia (kun yksi elementti pyrkii liukumaan toisen yli kohdistetun voiman vuoksi), voi tapahtua kaksi asiaa. Pultit tai niitit voivat olla reikien sivuilla, jolloin pultit tai niitit voivat katketa ​​samanaikaisesti. Toinen mahdollisuus on, että esijännitettyjen kiinnikkeiden puristusvoiman aiheuttama kitka kestää leikkauskuormia. Tässä liitoksessa ei odoteta liukumista, mutta se on mahdollista.
Tiivis liitos on hyväksyttävä monissa sovelluksissa, koska pieni luistaminen ei voi vaikuttaa haitallisesti liitoksen ominaisuuksiin. Ajatellaanpa esimerkiksi siiloa, joka on suunniteltu rakeisen materiaalin varastointiin. Ensimmäisellä lastauskerralla voi esiintyä pientä luistamista. Kun luistaminen tapahtuu, sitä ei tapahdu uudelleen, koska kaikki seuraavat kuormat ovat samanlaisia.
Kuorman suunnan suuntaa käytetään joissakin sovelluksissa, kuten silloin, kun pyöriviin osiin kohdistuu vuorottelevia veto- ja puristuskuormia. Toinen esimerkki on taivutuselementti, johon kohdistuu täysin päinvastaisia ​​kuormia. Kun kuormituksen suunnassa tapahtuu merkittävä muutos, syklisen luiston estämiseksi saatetaan tarvita esikuormitettu liitos. Tämä luisu johtaa lopulta suurempaan luisumiseen pitkänomaisissa rei'issä.
Jotkut liitokset kokevat useita kuormitusjaksoja, jotka voivat johtaa väsymiseen. Näitä ovat puristimet, nostureiden tuet ja siltojen liitokset. Liukuvia kriittisiä liitoksia tarvitaan, kun liitokseen kohdistuu väsymiskuormia vastakkaiseen suuntaan. Tällaisissa olosuhteissa on erittäin tärkeää, että liitos ei luista, joten tarvitaan liukumisen kannalta kriittisiä liitoksia.
Olemassa olevat pulttiliitokset voidaan suunnitella ja valmistaa minkä tahansa näistä standardeista mukaisesti. Niittiliitoksia pidetään tiiviinä.
Hitsausliitokset ovat jäykkiä. Juotosliitokset ovat hankalia. Toisin kuin tiukat pulttiliitokset, jotka voivat luistaa kuormituksen alla, hitsien ei tarvitse venyä ja jakaa kohdistettua kuormaa suuresti. Useimmissa tapauksissa hitsatut ja laakerityyppiset mekaaniset kiinnikkeet eivät muuta muotoaan samalla tavalla.
Kun mekaanisia kiinnittimiä hitsataan, kuorma siirtyy kovemman osan kautta, joten hitsaus voi kantaa lähes kaiken kuorman ja pultin kanssa jaetaan hyvin vähän kuormaa. Siksi hitsauksessa, pulttauksessa ja niittaamisessa on oltava varovainen. Spesifikaatiot. AWS D1 ratkaisee mekaanisten kiinnittimien ja hitsien sekoittamisen ongelman. Spesifikaatio 1:2000 rakennehitsaukselle – teräs. Kohdassa 2.6.3 todetaan, että laakerityyppisissä liitoksissa (eli joissa pultti tai niitti toimii tapina) käytettävien niittien tai pulttien osalta mekaanisten kiinnittimien ei pidä katsoa jakavan kuormaa hitsin kanssa. Jos käytetään hitsausta, niiden on oltava sellaisia, että ne kantavat liitoksen koko kuorman. Yhteen elementtiin hitsatut ja toiseen elementtiin niitatut tai pultatut liitokset ovat kuitenkin sallittuja.
Laakerityyppisiä mekaanisia kiinnikkeitä käytettäessä ja hitsattaessa pultin kuormankantokykyä ei juurikaan oteta huomioon. Tämän määräyksen mukaan hitsaus on suunniteltava siirtämään kaikki kuormat.
Tämä on olennaisesti sama kuin AISC LRFD-1999, kohta J1.9. Kanadalainen standardi CAN/CSA-S16.1-M94 sallii kuitenkin myös itsenäisen käytön, kun mekaanisen kiinnittimen tai pultin teho on suurempi kuin hitsauksen teho.
Tässä asiassa kolme kriteeriä on johdonmukaisia: laakerityyppisten mekaanisten kiinnitysten mahdollisuudet ja hitsausmahdollisuudet eivät täsmää.
AWS D1.1:n osiossa 2.6.3 käsitellään myös tilanteita, joissa pultit ja hitsit voidaan yhdistää kaksiosaiseksi liitokseksi, kuten kuvassa 1 on esitetty. Hitsit vasemmalla, pulttiliitokset oikealla. Tässä voidaan ottaa huomioon hitsien ja pulttien kokonaisvoima. Koko liitoksen jokainen osa toimii itsenäisesti. Näin ollen tämä koodi on poikkeus 2.6.3:n ensimmäisessä osassa esitetystä periaatteesta.
Juuri käsitellyt säännöt koskevat uusia rakennuksia. Olemassa olevien rakenteiden osalta kohdassa 8.3.7 D1.1 todetaan, että jos rakennelaskelmat osoittavat niitin tai pultin ylikuormittuvan uudella kokonaiskuormalla, sille tulee osoittaa vain olemassa oleva staattinen kuorma.
Samat säännöt edellyttävät, että jos niittiä tai pulttia ylikuormitetaan vain staattisilla kuormilla tai siihen kohdistuu syklisiä (väsymys)kuormia, on lisättävä riittävästi perusmetallia ja hitsauksia kokonaiskuorman tukemiseksi.
Kuorman jakautuminen mekaanisten kiinnikkeiden ja hitsien välillä on hyväksyttävää, jos rakenne on esikuormitettu eli jos liitettyjen elementtien välillä on tapahtunut liukumista. Mekaanisiin kiinnikkeisiin saa kuitenkin kohdistaa vain staattisia kuormia. Vaihtokuormia, jotka voivat johtaa suurempaan liukumiseen, on suojattava hitseillä, jotka kestävät koko kuorman.
Hitsien on kestettävä kaikki kohdistuva tai dynaaminen kuormitus. Kun mekaaniset kiinnittimet ovat jo ylikuormitettuja, kuorman jakaminen ei ole sallittua. Syklisessä kuormituksessa kuorman jakaminen ei ole sallittua, koska kuorma voi johtaa hitsin pysyvään luistamiseen ja ylikuormitukseen.
kuva. Tarkastellaan alun perin tiukasti pultattua limiliitosta (katso kuva 2). Rakenne lisää voimaa, ja liitoksia ja liittimiä on lisättävä kaksinkertaisen lujuuden saavuttamiseksi. Kuvassa 3 on esitetty elementtien vahvistamisen perussuunnitelma. Miten liitos tulisi tehdä?
Koska uusi teräs piti liittää vanhaan teräkseen pienahitseillä, insinööri päätti lisätä liitokseen pienahitsejä. Koska pultit olivat vielä paikoillaan, alkuperäinen ajatuksena oli lisätä vain ne hitsit, joita tarvittiin ylimääräisen voiman siirtämiseksi uuteen teräkseen, odottaen 50 % kuormasta menevän pulttien läpi ja 50 % kuormasta uusien hitsien läpi. Onko se hyväksyttävää?
Oletetaan ensin, että liitokseen ei tällä hetkellä kohdistu staattisia kuormia. Tässä tapauksessa sovelletaan AWS D1.1:n kohtaa 2.6.3.
Tässä laakerityyppisessä liitoksessa hitsin ja pultin ei voida katsoa jakavan kuormaa, joten määritellyn hitsin koon on oltava riittävän suuri kannattamaan kaikki staattinen ja dynaaminen kuorma. Pulttien kantokykyä ei tässä esimerkissä voida ottaa huomioon, koska ilman staattista kuormaa liitos on löysässä tilassa. Hitsi (joka on suunniteltu kantamaan puolet kuormasta) rikkoutuu aluksi, kun täysi kuorma kohdistetaan. Sitten pultti, joka myös on suunniteltu siirtämään puolet kuormasta, yrittää siirtää kuorman ja rikkoutuu.
Oletetaan lisäksi, että kohdistetaan staattinen kuormitus. Lisäksi oletetaan, että olemassa oleva liitos riittää kannattelemaan olemassa olevan pysyvän kuorman. Tässä tapauksessa sovelletaan kohtaa 8.3.7 D1.1. Uusien hitsien tarvitsee kestää vain lisääntyneitä staattisia ja yleisiä vaihtokuormia. Olemassa olevat pysyvät kuormat voidaan kohdistaa olemassa oleville mekaanisille kiinnittimille.
Jatkuvan kuormituksen alaisena liitos ei painu. Sen sijaan pultit kantavat jo kuormansa. Liitoksessa on esiintynyt jonkin verran luistoa. Siksi voidaan käyttää hitsejä, jotka voivat siirtää dynaamisia kuormia.
Vastaus kysymykseen ”Onko tämä hyväksyttävää?” riippuu kuormitusolosuhteista. Ensimmäisessä tapauksessa, ilman staattista kuormitusta, vastaus on kielteinen. Toisen skenaarion erityisolosuhteissa vastaus on kyllä.
Pelkästään staattisen kuormituksen perusteella ei ole aina mahdollista tehdä johtopäätöstä. Staattisten kuormien taso, olemassa olevien mekaanisten liitosten riittävyys ja loppukuormien luonne – olivatpa ne staattisia tai syklisiä – voivat muuttaa vastausta.
Duane K. Miller, MD, PE, 22801 Saint Clair Ave., Cleveland, OH 44117-1199, hitsausteknologiakeskuksen johtaja, Lincoln Electric Company, www.lincolnelectric.com. Lincoln Electric valmistaa hitsauslaitteita ja hitsaustarvikkeita maailmanlaajuisesti. Hitsausteknologiakeskuksen insinöörit ja teknikot auttavat asiakkaita ratkaisemaan hitsausongelmia.
American Welding Society, 550 NW LeJeune Road, Miami, FL 33126-5671, puhelin 305-443-9353, faksi 305-443-7559, verkkosivusto www.aws.org.
ASTM Intl., 100 Barr Harbor Drive, West Conshohocken, PA 19428-2959, puhelin 610-832-9585, faksi 610-832-9555, verkkosivusto www.astm.org.
American Steel Structures Association, One E. Wacker Drive, Suite 3100, Chicago, IL 60601-2001, puhelin 312-670-2400, faksi 312-670-5403, verkkosivusto www.aisc.org.
FABRICATOR on Pohjois-Amerikan johtava teräksen valmistukseen ja muovaukseen keskittyvä aikakauslehti. Lehti julkaisee uutisia, teknisiä artikkeleita ja menestystarinoita, jotka auttavat valmistajia tekemään työnsä tehokkaammin. FABRICATOR on toiminut alalla vuodesta 1970.
Nyt täydet oikeudet FABRICATORin digitaaliseen versioon, helppo pääsy arvokkaisiin alan resursseihin.
The Tube & Pipe Journalin digitaalinen versio on nyt täysin saavutettavissa, ja se tarjoaa helpon pääsyn arvokkaisiin alan resursseihin.
Hanki täysi digitaalinen pääsy STAMPING Journaliin, joka sisältää uusimman teknologian, parhaat käytännöt ja alan uutiset metallileimausmarkkinoilta.
Nyt kun sinulla on täysi digitaalinen pääsy The Fabricator en Españoliin, sinulla on helppo pääsy arvokkaisiin alan resursseihin.