במצבים מבניים שונים, מהנדסים עשויים להזדקק להעריך את חוזק המפרקים המיוצרים על ידי ריתוכים וחומרי מחברים מכניים. כיום, מחברים מכניים הם בדרך כלל ברגים, אך עיצובים ישנים יותר עשויים לכלול מסמרות.
זה יכול לקרות במהלך שדרוגים, שיפוצים או שיפורים בפרויקט. תכנון חדש עשוי לדרוש הברגה וריתוך כדי לעבוד יחד בחיבור שבו החומר המיועד לחיבור מחובר תחילה יחד עם הברגה ולאחר מכן מרותך כדי לספק חוזק מלא לחיבור.
עם זאת, קביעת כושר העומס הכולל של חיבור אינה פשוטה כמו חיבור סכום הרכיבים הבודדים (ריתוכים, ברגים ומסמרות). הנחה כזו עלולה להוביל לתוצאות הרסניות.
חיבורים עם ברגים מתוארים במפרט המפרקים המבניים של המכון האמריקאי למבני פלדה (AISC), המשתמש בברגי ASTM A325 או A490 כברגי הרכבה הדוקה, טעינה מוקדמת או מפתח הזזה.
הדקו חיבורים מהודקים היטב בעזרת מפתח ברגים או מסגר באמצעות מפתח ברגים דו-צדדי קונבנציונלי כדי לוודא שהשכבות במגע הדוק. בחיבור דרוך מראש, הברגים מותקנים כך שהם נתונים לעומסי מתיחה משמעותיים, והלוחות נתונים לעומסי דחיסה.
1. סובבו את האום. שיטת סיבוב האום כרוכה בחיזוק הבורג ולאחר מכן סיבוב האום כמות נוספת, התלויה בקוטר ובאורך הבורג.
2. כייל את המפתח. שיטת מפתח הברגים המכויל מודדת את המומנט הקשור למתח הבריח.
3. בורג כוונון מתח מסוג פיתול. לברגי מתח מסוג סיבוב יש זיפים קטנים בקצה הבורג הנגדי לראש. כאשר מושג המומנט הנדרש, הברגים פותחים.
4. אינדקס משיכה ישירה. מחווני מתח ישיר הם דיסקיות מיוחדות עם לשוניות. כמות הדחיסה על הלולאה מציינת את רמת המתח המופעלת על הבריח.
במילים פשוטות, ברגים פועלים כמו פינים במפרקים הדוקים ומתוחים מראש, בדומה לסיכת פליז המחזיקה ערימת נייר מחורר יחד. מפרקי הזזה קריטיים פועלים באמצעות חיכוך: עומס מראש יוצר כוח כלפי מטה, והחיכוך בין משטחי המגע פועל יחד כדי להתנגד להחלקה של המפרק. זה כמו קלסר שמחזיק ערימת ניירות יחד, לא בגלל חורים מנוקבים בנייר, אלא בגלל שהקלסר לוחץ את הניירות יחד והחיכוך מחזיק את הערימה יחד.
לברגי ASTM A325 יש חוזק מתיחה מינימלי של 150 עד 120 ק"ג לאינץ' מרובע (KSI), תלוי בקוטר הבורג, בעוד שברגי A490 חייבים להיות בעלי חוזק מתיחה של 150 עד 170-KSI. חיבורי מסמרות מתנהגים יותר כמו חיבורים הדוקים, אך במקרה זה, הפינים הם מסמרות שחזקותן בדרך כלל כמחצית מבורג A325.
אחד משני דברים יכול לקרות כאשר חיבור המחובר באופן מכני נתון לכוחות גזירה (כאשר אלמנט אחד נוטה להחליק מעל אלמנט אחר עקב כוח מופעל). ברגים או מסמרות יכולים להימצא בצידי החורים, מה שגורם לברגים או למסמרות להיקרע בו זמנית. האפשרות השנייה היא שהחיכוך הנגרם מכוח ההידוק של מחברים מתוחים מראש יכול לעמוד בעומסי גזירה. לא צפויה החלקה עבור חיבור זה, אך היא אפשרית.
חיבור הדוק מקובל עבור יישומים רבים, מכיוון שהחלקה קלה אינה יכולה להשפיע לרעה על מאפייני החיבור. לדוגמה, קחו בחשבון סילו שנועד לאחסן חומר גרגירי. ייתכנו החלקה קלה בעת הטעינה הראשונה. ברגע שמתרחשת החלקה, היא לא תקרה שוב, מכיוון שכל העומסים הבאים הם מאותו אופי.
היפוך עומס משמש ביישומים מסוימים, כגון כאשר אלמנטים מסתובבים נתונים לעומסי מתיחה ודחיסה לסירוגין. דוגמה נוספת היא אלמנט כיפוף הנתון לעומסים הפוכים לחלוטין. כאשר יש שינוי משמעותי בכיוון העומס, ייתכן שיידרש חיבור טעון מראש כדי למנוע החלקה מחזורית. החלקה זו מובילה בסופו של דבר להחלקה נוספת בחורים המוארכים.
חלק מהחיבורים חווים מחזורי עומס רבים אשר עלולים להוביל לעייפות. אלה כוללים מכבשים, תומכי עגורן וחיבורים בגשרים. חיבורי הזזה קריטיים נדרשים כאשר החיבור נתון לעומסי עייפות בכיוון ההפוך. עבור תנאים מסוג זה, חשוב מאוד שהחיבור לא יחליק, ולכן יש צורך במפרקים בעלי החלקה קריטית.
ניתן לתכנן ולייצר חיבורי ברגים קיימים לפי כל אחד מהתקנים הללו. חיבורי מסמרות נחשבים הדוקים.
חיבורים מרותכים הם נוקשים. חיבורי הלחמה הם מסובכים. בניגוד לחיבורי ברגים הדוקים, אשר עלולים להחליק תחת עומס, ריתוכים אינם צריכים להימתח ולחלק את העומס המופעל במידה רבה. ברוב המקרים, מחברים מכניים מרותכים ומיסבים אינם מתעוותים באותו אופן.
כאשר משתמשים בריתוכים עם מחברים מכניים, העומס מועבר דרך החלק הקשה יותר, כך שהריתוך יכול לשאת כמעט את כל העומס, כאשר מעט מאוד עומס משותף עם הבורג. לכן יש לנקוט משנה זהירות בעת ריתוך, הברגה ומסמרות. מפרטים. AWS D1 פותר את בעיית ערבוב מחברים מכניים וריתוכים. מפרט 1:2000 לריתוך מבני - פלדה. סעיף 2.6.3 קובע כי עבור מסמרות או ברגים המשמשים במפרקים מסוג מיסב (כלומר, כאשר הבורג או המסמר משמשים כסיכה), אין לראות מחברים מכניים כחולקים את העומס עם הריתוך. אם משתמשים בריתוך, יש לספק אותם כדי לשאת את מלוא העומס בחיבור. עם זאת, מותרים חיבורים המרותכים לאלמנט אחד ומחוברים במסמרות או בברגים לאלמנט אחר.
בעת שימוש במחברים מכניים מסוג מיסב והוספת ריתוכים, כושר נשיאת העומס של הבורג מוזנח במידה רבה. על פי הוראה זו, יש לתכנן את הריתוך כך שיעביר את כל העומסים.
זה בעיקרו זהה ל-AISC LRFD-1999, סעיף J1.9. עם זאת, התקן הקנדי CAN/CSA-S16.1-M94 מאפשר גם שימוש עצמאי כאשר עוצמת המחבר המכני או הבורג גבוהה מזו של הריתוך.
בעניין זה, שלושה קריטריונים עקביים: האפשרויות של הידוק מכני מסוג מיסב ואפשרויות של ריתוכים אינן מסתכמות.
סעיף 2.6.3 של AWS D1.1 דן גם במצבים בהם ניתן לשלב ברגים וריתוכים בחיבור דו-חלקי, כפי שמוצג באיור 1. ריתוכים משמאל, ברגים מימין. ניתן לקחת בחשבון כאן את ההספק הכולל של הריתוכים והברגים. כל חלק של החיבור כולו פועל באופן עצמאי. לפיכך, קוד זה הוא חריג לעיקרון הכלול בחלק הראשון של 2.6.3.
הכללים שנדונו זה עתה חלים על מבנים חדשים. עבור מבנים קיימים, סעיף 8.3.7 D1.1 קובע שכאשר חישובים מבניים מראים כי מסמרת או בורג יועמסו יתר על המידה עקב עומס כולל חדש, יש לייחס להם רק את העומס הסטטי הקיים.
אותם כללים דורשים שאם מסמרת או בורג עמוסים רק בעומסים סטטיים או נתונים לעומסים מחזוריים (עייפות), יש להוסיף מספיק מתכת בסיס וריתוכים כדי לתמוך בעומס הכולל.
פיזור העומס בין מחברים מכניים לריתוכים מקובל אם המבנה עמוס מראש, במילים אחרות, אם התרחשה החלקה בין האלמנטים המחוברים. אך ניתן להפעיל רק עומסים סטטיים על מחברים מכניים. יש להגן על עומסים חיים שיכולים להוביל להחלקה גדולה יותר באמצעות שימוש בריתוכים המסוגלים לעמוד בעומס כולו.
יש להשתמש בריתוכים כך שיעמדו בכל העומס המופעל או הדינמי. כאשר מחברים מכניים כבר עמוסים יתר על המידה, חלוקת עומס אינה מותרת. תחת עומס מחזורי, חלוקת עומס אינה מותרת, מכיוון שהעומס עלול להוביל להחלקה קבועה ועומס יתר של הריתוך.
איור. חשבו על חיבור חפיפה שהיה במקור מחובר היטב באמצעות ברגים (ראה איור 2). המבנה מוסיף כוח נוסף, ויש להוסיף חיבורים ומחברים כדי לספק חוזק כפול. באיור 3 מוצגת התוכנית הבסיסית לחיזוק האלמנטים. כיצד יש לבצע את החיבור?
מכיוון שהפלדה החדשה הייתה צריכה להיות מחוברת לפלדה הישנה באמצעות ריתוכים מפליטה, המהנדס החליט להוסיף כמה ריתוכים מפליטה בחיבור. מכיוון שהברגים עדיין היו במקומם, הרעיון המקורי היה להוסיף רק את הריתוכים הדרושים להעברת הכוח הנוסף לפלדה החדשה, בציפייה ש-50% מהעומס יעבור דרך הברגים ו-50% מהעומס יעבור דרך הריתוכים החדשים. האם זה מקובל?
ראשית, נניח שלא מופעלים כעת עומסים סטטיים על החיבור. במקרה זה, סעיף 2.6.3 של AWS D1.1 חל.
בחיבור מסוג זה, לא ניתן להתייחס לריתוך ולבורג כחלקים בעומס, ולכן גודל הריתוך שצוין חייב להיות גדול מספיק כדי לתמוך בכל העומס הסטטי והדינמי. לא ניתן לקחת בחשבון את כושר הנשיאה של הברגים בדוגמה זו, מכיוון שללא עומס סטטי, החיבור יהיה במצב רפוי. הריתוך (שנועד לשאת מחצית מהעומס) נקרע בתחילה כאשר מופעל העומס המלא. לאחר מכן, הבורג, שנועד גם הוא להעביר מחצית מהעומס, מנסה להעביר את העומס ונשבר.
בנוסף, נניח שמופעל עומס סטטי. בנוסף, ההנחה היא שהחיבור הקיים מספיק כדי לשאת את העומס הקבוע הקיים. במקרה זה, סעיף 8.3.7 D1.1 חל. ריתוכים חדשים צריכים לעמוד רק בעומסים סטטיים מוגברים ועומסים חיים כלליים. ניתן לייחס עומסים קבועים קיימים לחברים מכניים קיימים.
תחת עומס קבוע, החיבור אינו צונח. במקום זאת, הברגים כבר נושאים את עומסם. חלה החלקה מסוימת בחיבור. לכן, ניתן להשתמש בריתוכים והם יכולים להעביר עומסים דינמיים.
התשובה לשאלה "האם זה מקובל?" תלויה בתנאי העומס. במקרה הראשון, בהיעדר עומס סטטי, התשובה תהיה שלילית. בתנאים הספציפיים של התרחיש השני, התשובה היא כן.
רק בגלל שמופעל עומס סטטי, לא תמיד ניתן להסיק מסקנה. רמת העומסים הסטטיים, מידת התאמת החיבורים המכניים הקיימים ואופי עומסי הקצה - בין אם סטטיים או מחזוריים - עשויים לשנות את התשובה.
ד"ר דואן ק. מילר, PE, 22801 שדרת סנט קלייר, קליבלנד, אוהיו 44117-1199, מנהל מרכז טכנולוגיית ריתוך, חברת לינקולן אלקטריק, www.lincolnelectric.com. לינקולן אלקטריק מייצרת ציוד ריתוך וחומרי ריתוך מתכלים ברחבי העולם. מהנדסים וטכנאים של מרכז טכנולוגיית הריתוך עוזרים ללקוחות לפתור בעיות ריתוך.
האגודה האמריקאית לריתוך, 550 NW LeJeune Road, מיאמי, פלורידה 33126-5671, טלפון 305-443-9353, פקס 305-443-7559, אתר אינטרנט www.aws.org.
ASTM Intl., 100 Barr Harbor Drive, West Conshohocken, PA 19428-2959, טלפון 610-832-9585, פקס 610-832-9555, אתר אינטרנט www.astm.org.
איגוד מבני הפלדה האמריקאי, One E. Wacker Drive, Suite 3100, Chicago, IL 60601-2001, טלפון 312-670-2400, פקס 312-670-5403, אתר אינטרנט www.aisc.org.
FABRICATOR הוא מגזין ייצור ועיצוב פלדה המוביל בצפון אמריקה. המגזין מפרסם חדשות, מאמרים טכניים וסיפורי הצלחה המאפשרים ליצרנים לבצע את עבודתם בצורה יעילה יותר. FABRICATOR פועלת בתעשייה מאז 1970.
כעת עם גישה מלאה למהדורה הדיגיטלית של The FABRICATOR, גישה נוחה למשאבים יקרי ערך בתעשייה.
המהדורה הדיגיטלית של כתב העת The Tube & Pipe Journal נגישה כעת במלואה, ומספקת גישה נוחה למשאבים יקרי ערך בתעשייה.
קבלו גישה דיגיטלית מלאה לכתב העת STAMPING, הכולל את הטכנולוגיה העדכנית ביותר, שיטות עבודה מומלצות וחדשות בתעשייה עבור שוק הטבעת המתכת.
כעת, עם גישה דיגיטלית מלאה ל-The Fabricator בספרדית, יש לכם גישה נוחה למשאבים יקרי ערך בתעשייה.