Во различни структурни ситуации, инженерите можеби ќе треба да ја проценат цврстината на споевите направени со завари и механички сврзувачки елементи. Денес, механичките сврзувачки елементи се обично завртки, но постарите дизајни може да имаат навртки.
Ова може да се случи за време на надградби, реновирања или подобрувања на проект. Новиот дизајн може да бара завртување и заварување за да функционираат заедно во спој, каде што материјалот што треба да се спои прво се завртува, а потоа се заварува за да се обезбеди целосна цврстина на спојот.
Сепак, одредувањето на вкупниот капацитет на оптоварување на спој не е толку едноставно како собирање на збирот на поединечните компоненти (завари, завртки и навртки). Таквата претпоставка може да доведе до катастрофални последици.
Завртните врски се опишани во Спецификацијата за структурни споеви на Американскиот институт за челични конструкции (AISC), која користи завртки ASTM A325 или A490 како затегната монтажа, претходно оптоварување или лизгачки клуч.
Цврсто затегнатите споеви затегнете ги со ударен клуч или браварски клуч со конвенционален двостран клуч за да се осигурате дека слоевите се во цврст контакт. Кај претходно напрегнатото спојување, завртките се инсталираат така што се подложени на значителни затегнувачки оптоварувања, а плочите се подложени на компресивни оптоварувања.
1. Свртете ја навртката. Методот на вртење на навртката вклучува затегнување на завртката, а потоа дополнително вртење на навртката, што зависи од дијаметарот и должината на завртката.
2. Калибрирајте го клучот. Методот со калибриран клуч го мери вртежниот момент што е поврзан со затегнатоста на завртката.
3. Завртка за регулирање на затегнатоста од торзионен тип. Завртките за затегнување со вртење имаат мали столпчиња на крајот од завртката спроти главата. Кога ќе се достигне потребниот вртежен момент, столбот се одвртува.
4. Индекс на директно влечење. Индикаторите за директно затегнување се специјални подлошки со јазичиња. Количината на компресија на држачот го означува нивото на затегнување што се применува на завртката.
Едноставно кажано, завртките дејствуваат како иглички во тесни и претходно затегнати споеви, слично како месингана игла што држи куп перфорирана хартија заедно. Критичните лизгачки споеви работат со триење: претходното оптоварување создава притисок надолу, а триењето помеѓу контактните површини работи заедно за да се спротивстави на лизгањето на спојот. Тоа е како врзивно средство што држи куп хартии заедно, не затоа што се дупчат дупки во хартијата, туку затоа што врзивно средство ги притиска хартиите заедно и триењето го држи купот заедно.
ASTM A325 завртките имаат минимална затегнувачка цврстина од 150 до 120 кг на квадратен инч (KSI), во зависност од дијаметарот на завртката, додека A490 завртките мора да имаат затегнувачка цврстина од 150 до 170-KSI. Завртките се однесуваат повеќе како затегнати споеви, но во овој случај, игличките се завртки кои се обично околу половина од цврсти како завртка A325.
Една од двете работи може да се случи кога механички прицврстен спој е подложен на сили на смолкнување (кога еден елемент има тенденција да се лизга преку друг поради применета сила). Завртките или навртките можат да бидат на страните од дупките, предизвикувајќи завртките или навртките да се смолкнат истовремено. Втората можност е триењето предизвикано од силата на стегање на претходно затегнатите сврзувачки елементи да издржи товари на смолкнување. Не се очекува лизгање за оваа врска, но е можно.
Цврстата врска е прифатлива за многу апликации, бидејќи малото лизгање не може негативно да влијае на карактеристиките на врската. На пример, земете силос дизајниран за складирање на грануларен материјал. Може да има мало лизгање при првото вчитување. Откако ќе се случи лизгање, тоа нема да се случи повторно, бидејќи сите последователни оптоварувања се од иста природа.
Пренасочувањето на оптоварувањето се користи во некои апликации, како на пример кога ротирачките елементи се подложени на наизменични затегнувачки и компресивни оптоварувања. Друг пример е елемент за свиткување подложен на целосно обратни оптоварувања. Кога има значителна промена во насоката на оптоварувањето, може да биде потребна претходно оптоварена врска за да се елиминира цикличното лизгање. Ова лизгање на крајот води до поголемо лизгање во издолжените отвори.
Некои споеви доживуваат многу циклуси на оптоварување што може да доведат до замор. Тие вклучуваат преси, потпори за кранови и споеви во мостови. Лизгачките критични споеви се потребни кога спојот е подложен на оптоварувања на замор во обратна насока. За вакви услови, многу е важно спојот да не се лизга, па затоа се потребни споеви кои се критични за лизгање.
Постоечките завртки можат да бидат дизајнирани и произведени според кој било од овие стандарди. Завртките се сметаат за цврсти.
Заварените споеви се крути. Лемените споеви се незгодни. За разлика од затегнатите споеви со завртки, кои можат да се лизгаат под оптоварување, заварените споеви не мора да се растегнуваат и да го распределуваат применетото оптоварување во голема мера. Во повеќето случаи, заварените и механичките сврзувачки елементи од типот на лежиште не се деформираат на ист начин.
Кога се користат заварувања со механички сврзувачки елементи, оптоварувањето се пренесува преку потврдиот дел, така што заварот може да го носи речиси целиот товар, со многу малку споделено со завртката. Затоа мора да се внимава при заварување, завртување и заковување. Спецификации. AWS D1 го решава проблемот со мешање на механички сврзувачки елементи и завари. Спецификација 1:2000 за конструктивно заварување – челик. Став 2.6.3 наведува дека за завртки или болтови што се користат во споеви од типот на лежиште (т.е. каде што завртката или завртката делуваат како игла), механичките сврзувачки елементи не треба да се сметаат дека го делат оптоварувањето со заварот. Ако се користи заварување, тие мора да бидат обезбедени за да го носат целото оптоварување во спојот. Сепак, дозволени се врски заварени на еден елемент и заковани или завртени на друг елемент.
При употреба на механички сврзувачки елементи од типот на лежиште и додавање на завари, носивоста на завртката во голема мера се занемарува. Според оваа одредба, заварот мора да биде дизајниран да ги пренесува сите оптоварувања.
Ова е во суштина исто како и AISC LRFD-1999, клаузула J1.9. Сепак, канадскиот стандард CAN/CSA-S16.1-M94 исто така дозволува самостојна употреба кога моќноста на механичкиот сврзувачки елемент или завртка е поголема од онаа на заварувањето.
Во ова прашање, три критериуми се конзистентни: можностите за механички прицврстувања од типот на лежиште и можностите за заварување не се собираат.
Дел 2.6.3 од AWS D1.1, исто така, дискутира за ситуации каде што завртките и заварите можат да се комбинираат во дводелен спој, како што е прикажано на Слика 1. Завари лево, завртени десно. Вкупната моќност на заварите и завртките може да се земе предвид овде. Секој дел од целата врска работи независно. Така, овој код е исклучок од принципот содржан во првиот дел од 2.6.3.
Правилата штотуку беа дискутирани важат за нови згради. За постојните конструкции, клаузулата 8.3.7 D1.1 наведува дека кога структурните пресметки покажуваат дека заковка или болт ќе бидат преоптоварени од ново вкупно оптоварување, треба да им се додели само постојното статичко оптоварување.
Истите правила бараат ако завртката или болтот е преоптоварен само со статички оптоварувања или е подложен на циклични (заморни) оптоварувања, мора да се додаде доволно основен метал и завари за да се издржи вкупното оптоварување.
Распределбата на оптоварувањето помеѓу механичките сврзувачки елементи и заварите е прифатлива ако конструкцијата е претходно оптоварена, со други зборови, ако се појавило лизгање помеѓу поврзаните елементи. Но, само статички оптоварувања можат да се постават на механичките сврзувачки елементи. Подвижните оптоварувања што можат да доведат до поголемо лизгање мора да бидат заштитени со употреба на завари способни да го издржат целото оптоварување.
Заварите мора да се користат за да издржат сите применети или динамички оптоварувања. Кога механичките сврзувачки елементи се веќе преоптоварени, распределбата на оптоварувањето не е дозволена. При циклично оптоварување, распределбата на оптоварувањето не е дозволена, бидејќи оптоварувањето може да доведе до трајно лизгање и преоптоварување на заварот.
илустрација. Да разгледаме спојка со преклоп кој првично бил цврсто зашрафен (видете ја Слика 2). Структурата додава дополнителна моќност, а мора да се додадат врски и конектори за да се обезбеди двојно поголема цврстина. На сл. 3 е прикажан основниот план за зајакнување на елементите. Како треба да се направи поврзувањето?
Бидејќи новиот челик мораше да се спои со стариот челик со филетни заварувања, инженерот одлучи да додаде неколку филетни заварувања на спојот. Бидејќи завртките сè уште беа на место, првичната идеја беше да се додадат само заварите потребни за пренос на дополнителната моќност на новиот челик, очекувајќи 50% од оптоварувањето да помине низ завртките и 50% од оптоварувањето да помине низ новите заварувања. Дали е прифатливо?
Прво да претпоставиме дека моментално нема статички оптоварувања на врската. Во овој случај, се применува став 2.6.3 од AWS D1.1.
Во овој тип на спој со лежиште, заварот и завртката не можат да се сметаат за делење на товарот, па затоа одредената големина на заварот мора да биде доволно голема за да го издржи целото статичко и динамичко оптоварување. Носивоста на завртките во овој пример не може да се земе предвид, бидејќи без статичко оптоварување, врската ќе биде во лабава состојба. Заварот (дизајниран да носи половина од товарот) првично се кине кога се применува целосното оптоварување. Потоа завртката, исто така дизајнирана да пренесе половина од товарот, се обидува да го пренесе товарот и се кине.
Понатаму, претпоставете дека е применето статичко оптоварување. Покрај тоа, се претпоставува дека постојната врска е доволна за да го носи постојното трајно оптоварување. Во овој случај, се применува став 8.3.7 D1.1. Новите завари треба да издржат само зголемени статички и општи активни оптоварувања. Постојните мртви оптоварувања може да се доделат на постојните механички сврзувачки елементи.
Под постојано оптоварување, спојката не се спушта. Наместо тоа, завртките веќе го носат своето оптоварување. Имало одредено лизгање во спојката. Затоа, може да се користат заварувања и тие можат да пренесуваат динамички оптоварувања.
Одговорот на прашањето „Дали е ова прифатливо?“ зависи од условите на оптоварувањето. Во првиот случај, во отсуство на статичко оптоварување, одговорот ќе биде негативен. Под специфичните услови на второто сценарио, одговорот е да.
Само затоа што е применето статичко оптоварување, не е секогаш можно да се извлече заклучок. Нивото на статички оптоварувања, соодветноста на постојните механички врски и природата на крајните оптоварувања - без разлика дали се статични или циклични - може да го променат одговорот.
Дуан К. Милер, доктор по медицина, пензионер, 22801 Сент Клер Аве., Кливленд, Охајо 44117-1199, менаџер на Центарот за технологија на заварување, Lincoln Electric Company, www.lincolnelectric.com. Lincoln Electric произведува опрема за заварување и потрошен материјал за заварување низ целиот свет. Инженерите и техничарите на Центарот за технологија на заварување им помагаат на клиентите да ги решат проблемите со заварувањето.
Американско здружение за заварување, 550 NW LeJeune Road, Мајами, Флорида 33126-5671, телефон 305-443-9353, факс 305-443-7559, веб-страница www.aws.org.
ASTM International, 100 Barr Harbor Drive, West Conshohocken, PA 19428-2959, телефон 610-832-9585, факс 610-832-9555, веб-страница www.astm.org.
Американско здружение за челични конструкции, Уан Е. Вакер Драјв, Апартман 3100, Чикаго, Илиноис 60601-2001, телефон 312-670-2400, факс 312-670-5403, веб-страница www.aisc.org.
FABRICATOR е водечкото списание за производство и обликување челик во Северна Америка. Списанието објавува вести, технички статии и приказни за успех што им овозможуваат на производителите поефикасно да ја извршуваат својата работа. FABRICATOR е во индустријата од 1970 година.
Сега со целосен пристап до дигиталното издание на FABRICATOR, лесен пристап до вредни индустриски ресурси.
Дигиталното издание на The Tube & Pipe Journal сега е целосно достапно, овозможувајќи лесен пристап до вредни индустриски ресурси.
Добијте целосен дигитален пристап до STAMPING Journal, кој ги содржи најновите технологии, најдобри практики и вести од индустријата за пазарот за штанцување метал.
Сега со целосен дигитален пристап до The Fabricator на шпански јазик, имате лесен пристап до вредни индустриски ресурси.