Įvairiose konstrukcinėse situacijose inžinieriams gali tekti įvertinti suvirinimo siūlėmis ir mechaniniais tvirtinimo elementais sudarytų jungčių stiprumą. Šiandien mechaniniai tvirtinimo elementai dažniausiai yra varžtai, tačiau senesnėse konstrukcijose gali būti kniedės.
Tai gali nutikti atnaujinant, renovuojant ar tobulinant projektą. Naujam projektui gali prireikti varžtų ir suvirinimo, kad jungtis veiktų kartu, kai jungiama medžiaga pirmiausia sujungiama varžtais, o tada suvirinama, kad jungtis būtų visiškai tvirta.
Tačiau nustatyti bendrą jungties apkrovą nėra taip paprasta, kaip susumuoti atskirų komponentų (suvirinimo siūlių, varžtų ir kniedžių) apkrovą. Tokia prielaida gali sukelti pražūtingų pasekmių.
Varžtinės jungtys aprašytos Amerikos plieninių konstrukcijų instituto (AISC) konstrukcinių jungčių specifikacijoje, kurioje ASTM A325 arba A490 varžtai naudojami kaip tvirto tvirtinimo, išankstinio įtempimo arba slankiojantys pleištai.
Tvirtai priveržtas jungtis priveržkite smūginiu veržliarakčiu arba šaltkalviu, naudodami įprastą dvipusį veržliaraktį, kad sluoksniai būtų tvirtai sujungti. Įtemptoje jungtyje varžtai montuojami taip, kad jiems veiktų didelės tempimo apkrovos, o plokštėms – gniuždymo apkrovos.
1. Pasukite veržlę. Veržlės sukimo būdas yra varžto priveržimas ir papildomas pasukimas, kuris priklauso nuo varžto skersmens ir ilgio.
2. Sukalibruokite raktą. Kalibruoto rakto metodas matuoja sukimo momentą, susijusį su varžto įtempimu.
3. Sukamasis įtempimo reguliavimo varžtas. Sukamųjų įtempimo varžtų gale, priešingoje galvutės pusėje, yra maži smeigės. Kai pasiekiamas reikiamas sukimo momentas, smeigė atsukama.
4. Tiesaus tempimo indeksas. Tiesioginio įtempimo indikatoriai yra specialios poveržlės su skirtukais. Suspaudimo kiekis ant iškyšos rodo varžtui taikomą įtempimo lygį.
Paprastai tariant, varžtai veikia kaip kaiščiai sandariose ir iš anksto įtemptose jungtyse, panašiai kaip žalvarinis kaištis, laikantis perforuoto popieriaus krūvą. Svarbiausios slydimo jungtys veikia trinties principu: išankstinis įtempimas sukuria prispaudimo jėgą, o trintis tarp sąlyčio paviršių kartu neleidžia jungtims paslysti. Tai tarsi segtuvas, kuris laiko popierių krūvą kartu ne todėl, kad popieriuje išmušamos skylės, o todėl, kad segtuvas spaudžia popierius, o trintis laiko krūvą kartu.
ASTM A325 varžtų minimalus tempiamasis stipris yra nuo 150 iki 120 kg kvadratiniam coliui (KSI), priklausomai nuo varžto skersmens, o A490 varžtų tempiamasis stipris turi būti nuo 150 iki 170 KSI. Kniedinės jungtys labiau primena sandarias jungtis, tačiau šiuo atveju kaiščiai yra kniedės, kurios paprastai yra maždaug perpus silpnesnės nei A325 varžto.
Kai mechaniškai pritvirtinta jungtis veikiama šlyties jėgų (kai vienas elementas dėl veikiančios jėgos linkęs slysti per kitą), gali nutikti vienas iš dviejų dalykų. Varžtai arba kniedės gali būti skylių šonuose, todėl varžtai arba kniedės gali nutrūkti tuo pačiu metu. Antra galimybė yra ta, kad įtemptų tvirtinimo elementų prispaudimo jėgos sukelta trintis gali atlaikyti šlyties apkrovas. Šios jungties atveju slydimo nesitikima, tačiau jis įmanomas.
Sandarus sujungimas yra priimtinas daugeliu atvejų, nes nedidelis slydimas negali neigiamai paveikti jungties savybių. Pavyzdžiui, įsivaizduokite silosą, skirtą granuliuotoms medžiagoms laikyti. Pirmą kartą pakraunant gali būti nedidelis slydimas. Kai slydimas įvyksta, jis nepasikartos, nes visi vėlesni kroviniai yra tokio paties pobūdžio.
Apkrovos keitimo funkcija naudojama kai kuriais atvejais, pavyzdžiui, kai besisukantys elementai veikiami kintamomis tempimo ir gniuždymo apkrovomis. Kitas pavyzdys – lenkiamas elementas, veikiamas visiškai atvirkštinių apkrovų. Kai apkrovos kryptis smarkiai pasikeičia, gali prireikti iš anksto įtemptos jungties, kad būtų išvengta ciklinio slydimo. Šis slydimas galiausiai sukelia dar didesnį slydimą pailgose skylėse.
Kai kurios jungtys patiria daug apkrovos ciklų, kurie gali sukelti nuovargį. Tai apima presus, kranų atramas ir tiltų jungtis. Slydimo kritinės jungtys reikalingos, kai jungtis veikiama nuovargio apkrovų priešinga kryptimi. Tokiomis sąlygomis labai svarbu, kad jungtis neslystų, todėl reikalingos slydimui atsparios jungtys.
Esamos varžtinės jungtys gali būti suprojektuotos ir pagamintos pagal bet kurį iš šių standartų. Kniedinės jungtys laikomos sandariomis.
Suvirintos jungtys yra standžios. Lituotos jungtys yra keblios. Skirtingai nuo tvirtų varžtinių jungčių, kurios gali paslysti veikiant apkrovai, suvirintoms jungtims nereikia temptis ir paskirstyti veikiančios apkrovos tolygiai. Daugeliu atvejų suvirintos ir guolinio tipo mechaninės tvirtinimo detalės deformuojasi nevienodai.
Kai suvirinimo siūlės naudojamos su mechaninėmis tvirtinimo detalėmis, apkrova perduodama per kietesnę dalį, todėl suvirinimo siūlė gali išlaikyti beveik visą apkrovą, o su varžtu dalijasi labai maža jos dalimi. Todėl suvirinant, varžtais ir kniedėmis reikia būti atsargiems. Specifikacijos. AWS D1 išsprendžia mechaninių tvirtinimo detalių ir suvirinimo siūlių maišymo problemą. Specifikacija 1:2000 konstrukciniam suvirinimui – plienas. 2.6.3 punkte teigiama, kad kniedėms ar varžtams, naudojamiems guolių tipo jungtyse (t. y. kai varžtas ar kniedė veikia kaip kaištis), mechaninės tvirtinimo detalės neturėtų būti laikomos apkrovą dalijančiomis su suvirinimo siūle. Jei naudojamas suvirinimas, jos turi būti numatytos taip, kad išlaikytų visą apkrovą jungtyje. Tačiau leidžiamos jungtys, privirintos prie vieno elemento, o pritvirtintos kniedėmis arba varžtais prie kito elemento.
Naudojant guolinio tipo mechaninius tvirtinimo elementus ir pridedant suvirinimo siūles, varžto laikomoji galia iš esmės nepaisoma. Pagal šią nuostatą suvirinimo siūlė turi būti suprojektuota taip, kad perduotų visas apkrovas.
Tai iš esmės tas pats, kas AISC LRFD-1999, J1.9 punktas. Tačiau Kanados standartas CAN/CSA-S16.1-M94 taip pat leidžia naudoti atskirai, kai mechaninio tvirtinimo elemento ar varžto galia yra didesnė nei suvirinimo.
Šiuo klausimu yra trys kriterijai: guolių tipo mechaninių tvirtinimų galimybės ir suvirinimo siūlių galimybės nesutampa.
AWS D1.1 2.6.3 skyriuje taip pat aptariamos situacijos, kai varžtai ir suvirinimo siūlės gali būti sujungtos dviejų dalių jungtyje, kaip parodyta 1 paveiksle. Suvirinimo siūlės kairėje, varžtinės – dešinėje. Čia galima atsižvelgti į bendrą suvirinimo siūlių ir varžtų galią. Kiekviena viso sujungimo dalis veikia nepriklausomai. Taigi, šis kodas yra išimtis iš principo, pateikto pirmojoje 2.6.3 dalyje.
Ką tik aptartos taisyklės taikomos naujiems pastatams. Esamoms konstrukcijoms 8.3.7 D1.1 punkte teigiama, kad kai konstrukciniai skaičiavimai rodo, jog kniedė arba varžtas bus perkrautas nauja bendra apkrova, jam turėtų būti priskirta tik esama statinė apkrova.
Tos pačios taisyklės reikalauja, kad jei kniedė ar varžtas yra perkrauti tik statinėmis apkrovomis arba veikiami ciklinių (nuovargio) apkrovų, turi būti pridėta pakankamai pagrindinio metalo ir suvirinimo siūlių, kad būtų galima atlaikyti bendrą apkrovą.
Apkrovos paskirstymas tarp mechaninių tvirtinimo detalių ir suvirinimo siūlių yra priimtinas, jei konstrukcija yra iš anksto apkrauta, kitaip tariant, jei tarp sujungtų elementų atsirado slydimas. Tačiau mechaninėms tvirtinimo detalėms gali būti taikomos tik statinės apkrovos. Naudojamos apkrovos, galinčios sukelti didesnį slydimą, turi būti apsaugotos naudojant suvirinimo siūles, galinčias atlaikyti visą apkrovą.
Suvirinimo siūlės turi atlaikyti visas taikomas arba dinamines apkrovas. Kai mechaninės tvirtinimo detalės jau yra perkrautos, apkrovos pasidalijimas neleidžiamas. Ciklinės apkrovos metu apkrovos pasidalijimas neleidžiamas, nes apkrova gali sukelti nuolatinį suvirinimo siūlės slydimą ir perkrovą.
iliustracija. Įsivaizduokite persidengiantį sujungimą, kuris iš pradžių buvo tvirtai pritvirtintas varžtais (žr. 2 pav.). Ši konstrukcija suteikia papildomos jėgos, todėl norint dvigubai padidinti stiprumą, reikia pridėti jungtis ir jungiklius. 3 pav. parodytas pagrindinis elementų sutvirtinimo planas. Kaip turėtų būti atliekamas sujungimas?
Kadangi naujas plienas turėjo būti sujungtas su senu plienu kampiniais suvirinimo siūlėmis, inžinierius nusprendė jungtyje pridėti keletą kampinių suvirinimo siūlių. Kadangi varžtai vis dar buvo savo vietose, pirminė idėja buvo pridėti tik tas suvirinimo siūles, kurios reikalingos papildomai jėgai perduoti naujam plienui, tikintis, kad 50 % apkrovos teks varžtams, o 50 % – naujoms suvirinimo siūlėms. Ar tai priimtina?
Pirmiausia tarkime, kad šiuo metu jungčiai netaikomos jokios statinės apkrovos. Šiuo atveju taikoma AWS D1.1 2.6.3 pastraipa.
Šioje guolio tipo jungtyje suvirinimo siūlė ir varžtas negali būti laikomi apkrovą dalijančiais jungtimi, todėl nurodytas suvirinimo siūlės dydis turi būti pakankamai didelis, kad atlaikytų visą statinę ir dinaminę apkrovą. Šiame pavyzdyje varžtų laikomoji galia negali būti įvertinta, nes be statinės apkrovos jungtis bus atsilaisvinusi. Suvirinimo siūlė (skirta laikyti pusę apkrovos) iš pradžių plyšta, kai taikoma visa apkrova. Tada varžtas, taip pat skirtas perduoti pusę apkrovos, bando perduoti apkrovą ir lūžta.
Toliau tarkime, kad veikiama statinė apkrova. Be to, daroma prielaida, kad esama jungtis yra pakankama esamai nuolatinei apkrovai atlaikyti. Šiuo atveju taikoma 8.3.7 D1.1 pastraipa. Naujos suvirinimo siūlės turi atlaikyti tik padidėjusias statines ir bendrąsias darbines apkrovas. Esamas nuolatines apkrovas galima priskirti esamoms mechaninėms tvirtinimo detalėms.
Esant pastoviai apkrovai, jungtis nenulinksta. Vietoj to, varžtai jau laiko savo apkrovą. Jungtyje yra tam tikras slydimas. Todėl galima naudoti suvirinimo siūles, kurios gali perduoti dinamines apkrovas.
Atsakymas į klausimą „Ar tai priimtina?“ priklauso nuo apkrovos sąlygų. Pirmuoju atveju, nesant statinės apkrovos, atsakymas bus neigiamas. Antrojo scenarijaus konkrečiomis sąlygomis atsakymas yra teigiamas.
Vien dėl to, kad taikoma statinė apkrova, ne visada įmanoma padaryti išvadą. Statinių apkrovų lygis, esamų mechaninių jungčių tinkamumas ir galinių apkrovų pobūdis – statinės ar ciklinės – gali pakeisti atsakymą.
Duane K. Miller, MD, PE, 22801 Saint Clair Ave., Cleveland, OH 44117-1199, suvirinimo technologijų centro vadovas, „Lincoln Electric Company“, www.lincolnelectric.com. „Lincoln Electric“ gamina suvirinimo įrangą ir suvirinimo medžiagas visame pasaulyje. Suvirinimo technologijų centro inžinieriai ir technikai padeda klientams spręsti suvirinimo problemas.
Amerikos suvirinimo draugija, 550 NW LeJeune Road, Majamis, FL 33126-5671, tel. 305-443-9353, faks. 305-443-7559, svetainė www.aws.org.
ASTM tarptautinis oro uostas, 100 Barr Harbor Drive, West Conshohocken, PA 19428-2959, tel. 610-832-9585, faks. 610-832-9555, svetainė www.astm.org.
Amerikos plieninių konstrukcijų asociacija, One E. Wacker Drive, Suite 3100, Čikaga, IL 60601-2001, tel. 312-670-2400, faks. 312-670-5403, svetainė www.aisc.org.
„FABRICATOR“ yra pirmaujantis Šiaurės Amerikos plieno gamybos ir formavimo žurnalas. Žurnale publikuojamos naujienos, techniniai straipsniai ir sėkmės istorijos, padedančios gamintojams efektyviau atlikti savo darbą. „FABRICATOR“ šioje pramonės šakoje veikia nuo 1970 m.
Dabar su visiška prieiga prie „The FABRICATOR“ skaitmeninio leidimo ir lengva prieiga prie vertingų pramonės išteklių.
Skaitmeninis „The Tube & Pipe Journal“ leidimas dabar yra visiškai prieinamas, suteikiant lengvą prieigą prie vertingų pramonės išteklių.
Gaukite visišką skaitmeninę prieigą prie „STAMPING Journal“, kuriame pateikiamos naujausios technologijos, geriausia praktika ir pramonės naujienos metalo štampavimo rinkoje.
Dabar, turėdami visišką skaitmeninę prieigą prie „The Fabricator en Español“, galite lengvai pasiekti vertingus pramonės išteklius.