ในสถานการณ์โครงสร้างต่างๆ วิศวกรอาจต้องประเมินความแข็งแรงของข้อต่อที่เกิดจากการเชื่อมและตัวยึดเชิงกล ปัจจุบันตัวยึดเชิงกลมักเป็นสลักเกลียว แต่การออกแบบรุ่นเก่าอาจมีหมุดย้ำ
สิ่งนี้อาจเกิดขึ้นระหว่างการอัปเกรด การปรับปรุง หรือการปรับปรุงโครงการ การออกแบบใหม่อาจต้องใช้การยึดด้วยสลักเกลียวและการเชื่อมเพื่อให้เกิดการทำงานร่วมกันในข้อต่อ โดยวัสดุที่จะนำมาเชื่อมกันจะต้องยึดด้วยสลักเกลียวก่อน จากนั้นจึงเชื่อมเพื่อให้ข้อต่อมีความแข็งแรงเต็มที่
อย่างไรก็ตาม การกำหนดความสามารถในการรับน้ำหนักรวมของข้อต่อนั้นไม่ใช่เรื่องง่ายเหมือนกับการบวกผลรวมของส่วนประกอบแต่ละชิ้น (รอยเชื่อม สลักเกลียว และหมุดย้ำ) การสันนิษฐานดังกล่าวอาจนำไปสู่ผลลัพธ์ที่เลวร้ายได้
การเชื่อมต่อแบบใช้สลักเกลียวมีอธิบายไว้ในข้อกำหนดข้อต่อโครงสร้างของสถาบันโครงสร้างเหล็กแห่งสหรัฐอเมริกา (AISC) ซึ่งใช้สลักเกลียว ASTM A325 หรือ A490 สำหรับการยึดแน่น การโหลดล่วงหน้า หรือการยึดแบบลิ่มเลื่อน
ขันข้อต่อให้แน่นด้วยประแจกระแทกหรือประแจธรรมดาสองหน้าเพื่อให้แน่ใจว่าชั้นต่างๆ สัมผัสกันแน่น ในการเชื่อมต่อแบบพรีสเตรส จะติดตั้งสลักในลักษณะที่ต้องรับแรงดึงมากเป็นพิเศษ และแผ่นโลหะต้องรับแรงอัด
1. หมุนน็อต วิธีการหมุนน็อตคือการขันน็อตให้แน่นก่อนแล้วจึงหมุนน็อตอีกครั้ง ซึ่งจะขึ้นอยู่กับเส้นผ่านศูนย์กลางและความยาวของน็อต
2. ปรับเทียบกุญแจ วิธีการประแจปรับเทียบจะวัดแรงบิดที่เกี่ยวข้องกับแรงตึงของสลักเกลียว
3. สลักเกลียวปรับความตึงแบบบิด สลักเกลียวปรับความตึงแบบบิดออกจะมีเดือยเล็กๆ อยู่ที่ปลายสลักเกลียวซึ่งอยู่ตรงข้ามกับหัว เมื่อได้แรงบิดตามที่ต้องการแล้ว เดือยจะถูกคลายออก
4. ดัชนีแรงดึงตรง ดัชนีแรงดึงตรงเป็นแหวนรองชนิดพิเศษที่มีแถบยึด แรงอัดบนห่วงจะบ่งบอกถึงระดับแรงดึงที่ใช้กับสลักเกลียว
หากพูดกันตามความเข้าใจทั่วไป สลักเกลียวทำหน้าที่เหมือนหมุดในข้อต่อที่แน่นและตึงล่วงหน้า คล้ายกับหมุดทองเหลืองที่ยึดกระดาษเจาะรูให้ติดกัน ข้อต่อแบบเลื่อนที่สำคัญทำงานโดยอาศัยแรงเสียดทาน แรงล่วงหน้าจะสร้างแรงกดลง และแรงเสียดทานระหว่างพื้นผิวสัมผัสจะทำงานร่วมกันเพื่อป้องกันไม่ให้ข้อต่อลื่นไถล เหมือนกับแฟ้มที่ยึดกระดาษให้ติดกัน ไม่ใช่เพราะกระดาษถูกเจาะรู แต่เพราะแฟ้มกดกระดาษให้ติดกัน และแรงเสียดทานจะยึดกระดาษให้ติดกัน
สลักเกลียว ASTM A325 มีความแข็งแรงในการดึงขั้นต่ำ 150 ถึง 120 กิโลกรัมต่อตารางนิ้ว (KSI) ขึ้นอยู่กับเส้นผ่านศูนย์กลางของสลักเกลียว ในขณะที่สลักเกลียว A490 ต้องมีความแข็งแรงในการดึง 150 ถึง 170-KSI ข้อต่อหมุดย้ำจะมีลักษณะคล้ายข้อต่อที่แน่นกว่า แต่ในกรณีนี้ หมุดย้ำเป็นหมุดย้ำที่มีความแข็งแรงประมาณครึ่งหนึ่งของสลักเกลียว A325
อาจเกิดขึ้นได้สองอย่างเมื่อข้อต่อที่ยึดด้วยกลไกได้รับแรงเฉือน (เมื่อองค์ประกอบหนึ่งมีแนวโน้มที่จะเลื่อนทับองค์ประกอบอื่นเนื่องจากแรงที่กระทำ) สลักเกลียวหรือหมุดย้ำอาจอยู่ที่ด้านข้างของรู ทำให้สลักเกลียวหรือหมุดย้ำเกิดแรงเฉือนในเวลาเดียวกัน ความเป็นไปได้ประการที่สองคือแรงเสียดทานที่เกิดจากแรงยึดของตัวยึดที่ดึงล่วงหน้าสามารถทนต่อแรงเฉือนได้ การเชื่อมต่อนี้ไม่น่าจะเกิดการลื่นไถล แต่ก็เป็นไปได้
การเชื่อมต่อที่แน่นหนาเป็นที่ยอมรับได้สำหรับการใช้งานหลายๆ ประเภท เนื่องจากการลื่นไถลเพียงเล็กน้อยไม่สามารถส่งผลเสียต่อคุณลักษณะของการเชื่อมต่อได้ ตัวอย่างเช่น พิจารณาไซโลที่ออกแบบมาเพื่อจัดเก็บวัสดุที่เป็นเม็ด อาจเกิดการลื่นไถลเล็กน้อยเมื่อโหลดเป็นครั้งแรก เมื่อเกิดการลื่นไถลแล้ว จะไม่เกิดขึ้นอีก เนื่องจากโหลดที่ตามมาทั้งหมดมีลักษณะเดียวกัน
การย้อนกลับของโหลดใช้ในบางแอปพลิเคชัน เช่น เมื่อองค์ประกอบที่หมุนอยู่ภายใต้แรงดึงและแรงอัดสลับกัน ตัวอย่างอื่นคือองค์ประกอบการดัดอยู่ภายใต้แรงย้อนกลับอย่างสมบูรณ์ เมื่อมีการเปลี่ยนแปลงอย่างมีนัยสำคัญในทิศทางของโหลด อาจต้องใช้การเชื่อมต่อที่มีการโหลดล่วงหน้าเพื่อขจัดการลื่นไถลแบบวงจร การลื่นไถลนี้ในที่สุดจะนำไปสู่การลื่นไถลมากขึ้นในรูที่ยาวขึ้น
ข้อต่อบางชิ้นต้องรับน้ำหนักหลายรอบ ซึ่งอาจทำให้เกิดความล้าได้ เช่น แรงกด แรงยึดเครน และข้อต่อในสะพาน ข้อต่อที่สำคัญแบบเลื่อนได้เป็นสิ่งจำเป็นเมื่อข้อต่อต้องรับน้ำหนักความล้าในทิศทางย้อนกลับ สำหรับสภาพเช่นนี้ ข้อต่อจะต้องไม่ลื่นไถล จึงต้องใช้ข้อต่อที่ลื่นไถลได้
สามารถออกแบบและผลิตข้อต่อแบบยึดด้วยสลักเกลียวที่มีอยู่ได้ตามมาตรฐานเหล่านี้ การเชื่อมต่อด้วยหมุดย้ำถือว่าแน่นหนา
ข้อต่อแบบเชื่อมมีความแข็งแรง ส่วนข้อต่อแบบบัดกรีนั้นยุ่งยาก ไม่เหมือนข้อต่อแบบยึดด้วยสลักเกลียวที่แน่นซึ่งอาจลื่นไถลได้ภายใต้แรงกด รอยเชื่อมไม่จำเป็นต้องยืดและกระจายแรงที่ใช้ไปในปริมาณมาก ในกรณีส่วนใหญ่ ตัวยึดเชิงกลแบบเชื่อมและแบบรับน้ำหนักจะไม่เสียรูปในลักษณะเดียวกัน
เมื่อใช้การเชื่อมกับตัวยึดเชิงกล แรงจะถูกถ่ายโอนผ่านส่วนที่แข็งกว่า ดังนั้น รอยเชื่อมจึงสามารถรับน้ำหนักได้เกือบทั้งหมด โดยแทบจะไม่ต้องแบ่งกับสลักเกลียวเลย ดังนั้น จึงต้องระมัดระวังเมื่อทำการเชื่อม การขันสลักเกลียว และการย้ำหมุด ข้อกำหนด AWS D1 แก้ปัญหาการผสมตัวยึดเชิงกลกับรอยเชื่อม ข้อกำหนด 1:2000 สำหรับการเชื่อมโครงสร้าง – เหล็ก ย่อหน้า 2.6.3 ระบุว่า สำหรับหมุดย้ำหรือสลักเกลียวที่ใช้ในข้อต่อประเภทแบริ่ง (กล่าวคือ เมื่อสลักเกลียวหรือหมุดย้ำทำหน้าที่เป็นหมุด) ไม่ควรถือว่าตัวยึดเชิงกลแบ่งรับน้ำหนักกับรอยเชื่อม หากใช้การเชื่อม จะต้องจัดเตรียมให้สามารถรับน้ำหนักทั้งหมดในข้อต่อได้ อย่างไรก็ตาม อนุญาตให้เชื่อมการเชื่อมต่อกับองค์ประกอบหนึ่งและย้ำหมุดหรือขันสลักเกลียวกับองค์ประกอบอื่นได้
เมื่อใช้ตัวยึดเชิงกลประเภทตลับลูกปืนและเพิ่มการเชื่อม ความสามารถในการรับน้ำหนักของสลักเกลียวจะถูกละเลยเป็นส่วนใหญ่ ตามข้อกำหนดนี้ การเชื่อมจะต้องได้รับการออกแบบให้ถ่ายโอนน้ำหนักทั้งหมด
โดยพื้นฐานแล้วมาตรฐานนี้จะเหมือนกับ AISC LRFD-1999 ข้อ J1.9 อย่างไรก็ตาม มาตรฐาน CAN/CSA-S16.1-M94 ของแคนาดายังอนุญาตให้ใช้งานแบบสแตนด์อโลนได้เมื่อกำลังของตัวยึดเชิงกลหรือสลักเกลียวสูงกว่าการเชื่อม
ในเรื่องนี้มีเกณฑ์สามประการที่สอดคล้องกัน: ความเป็นไปได้ของการยึดเชิงกลของประเภทตลับลูกปืนและความเป็นไปได้ของการเชื่อมไม่เพิ่มขึ้น
ส่วนที่ 2.6.3 ของ AWS D1.1 ยังกล่าวถึงสถานการณ์ที่สลักเกลียวและรอยเชื่อมสามารถรวมกันเป็นข้อต่อสองส่วนได้ ดังที่แสดงในรูปที่ 1 รอยเชื่อมอยู่ทางซ้าย สลักเกลียวอยู่ทางขวา สามารถพิจารณากำลังรวมของรอยเชื่อมและสลักเกลียวได้ที่นี่ แต่ละส่วนของการเชื่อมต่อทั้งหมดทำงานแยกกัน ดังนั้นโค้ดนี้จึงเป็นข้อยกเว้นของหลักการที่มีอยู่ในส่วนแรกของ 2.6.3
กฎเกณฑ์ที่กล่าวถึงไปนี้ใช้กับอาคารใหม่ สำหรับโครงสร้างที่มีอยู่แล้ว ข้อ 8.3.7 D1.1 ระบุว่าเมื่อการคำนวณโครงสร้างแสดงให้เห็นว่าหมุดย้ำหรือสลักเกลียวจะได้รับภาระเกินจากภาระรวมใหม่ จะต้องกำหนดภาระคงที่ที่มีอยู่ให้กับหมุดย้ำหรือสลักเกลียวเท่านั้น
กฎเดียวกันนี้กำหนดว่าหากหมุดย้ำหรือสลักเกลียวรับน้ำหนักเกินจากน้ำหนักสถิตหรือรับน้ำหนักแบบวงจร (ความล้า) จะต้องเพิ่มโลหะฐานและเชื่อมที่เพียงพอเพื่อรองรับน้ำหนักรวมดังกล่าว
การกระจายน้ำหนักระหว่างตัวยึดเชิงกลและรอยเชื่อมเป็นที่ยอมรับได้หากโครงสร้างได้รับน้ำหนักล่วงหน้า กล่าวอีกนัยหนึ่ง หากเกิดการลื่นไถลระหว่างองค์ประกอบที่เชื่อมต่อกัน แต่สามารถวางน้ำหนักคงที่บนตัวยึดเชิงกลได้เท่านั้น โหลดสดที่อาจทำให้เกิดการลื่นไถลได้มากขึ้นจะต้องได้รับการป้องกันโดยใช้รอยเชื่อมที่สามารถรับน้ำหนักได้ทั้งหมด
ต้องใช้การเชื่อมเพื่อทนต่อแรงกดที่ใช้หรือแรงแบบไดนามิก เมื่อตัวยึดเชิงกลรับน้ำหนักเกินแล้ว จะไม่อนุญาตให้แบ่งรับน้ำหนัก ภายใต้การรับน้ำหนักแบบวนซ้ำ จะไม่อนุญาตให้แบ่งรับน้ำหนัก เนื่องจากน้ำหนักอาจทำให้รอยเชื่อมลื่นไถลและเกิดการรับน้ำหนักเกินอย่างถาวร
ภาพประกอบ พิจารณาข้อต่อแบบซ้อนที่ยึดด้วยสลักเกลียวแน่นในตอนแรก (ดูรูปที่ 2) โครงสร้างนี้เพิ่มกำลังพิเศษ และต้องเพิ่มการเชื่อมต่อและขั้วต่อเพื่อให้มีความแข็งแรงเป็นสองเท่า รูปที่ 3 แสดงแผนผังพื้นฐานสำหรับการเสริมความแข็งแรงให้กับองค์ประกอบต่างๆ ควรทำการเชื่อมต่ออย่างไร
เนื่องจากเหล็กใหม่ต้องเชื่อมกับเหล็กเก่าด้วยการเชื่อมแบบรอยต่อ วิศวกรจึงตัดสินใจเพิ่มการเชื่อมแบบรอยต่อที่จุดต่อ เนื่องจากสลักเกลียวยังคงอยู่ที่เดิม แนวคิดเดิมคือเพิ่มการเชื่อมที่จำเป็นเท่านั้นเพื่อถ่ายโอนพลังงานส่วนเกินไปยังเหล็กใหม่ โดยคาดหวังให้โหลด 50% ผ่านสลักเกลียวและโหลด 50% ผ่านการเชื่อมใหม่ เป็นที่ยอมรับได้หรือไม่
ก่อนอื่น ให้ถือว่าไม่มีการใช้โหลดคงที่กับการเชื่อมต่อในขณะนี้ ในกรณีนี้ จะใช้ย่อหน้า 2.6.3 ของ AWS D1.1
ในข้อต่อประเภทนี้ การเชื่อมและสลักเกลียวไม่สามารถแบ่งรับน้ำหนักได้ ดังนั้นขนาดการเชื่อมที่กำหนดจะต้องมีขนาดใหญ่เพียงพอที่จะรองรับน้ำหนักสถิตและพลวัตทั้งหมด ไม่สามารถนำความสามารถในการรับน้ำหนักของสลักเกลียวในตัวอย่างนี้มาพิจารณาได้ เนื่องจากหากไม่มีน้ำหนักสถิต การเชื่อมต่อจะอยู่ในสถานะหย่อน การเชื่อม (ซึ่งออกแบบมาเพื่อรับน้ำหนักครึ่งหนึ่ง) จะแตกในตอนแรกเมื่อรับน้ำหนักเต็มที่ จากนั้นสลักเกลียวซึ่งออกแบบมาเพื่อถ่ายโอนน้ำหนักครึ่งหนึ่งเช่นกัน จะพยายามถ่ายโอนน้ำหนักและแตกหัก
นอกจากนี้ ให้ถือว่ามีการใช้แรงคงที่ นอกจากนี้ ยังถือว่าการเชื่อมต่อที่มีอยู่เพียงพอที่จะรับแรงถาวรที่มีอยู่ ในกรณีนี้ จะใช้ย่อหน้า 8.3.7 D1.1 การเชื่อมใหม่จำเป็นต้องทนต่อแรงคงที่และแรงเคลื่อนไฟฟ้าทั่วไปที่เพิ่มขึ้นเท่านั้น แรงคงที่ที่มีอยู่สามารถกำหนดให้กับตัวยึดเชิงกลที่มีอยู่ได้
ภายใต้ภาระคงที่ การเชื่อมต่อจะไม่หย่อนลง แทนที่สลักจะรับภาระไว้แล้ว การเชื่อมต่ออาจเกิดการลื่นไถลได้ ดังนั้น จึงสามารถใช้การเชื่อมได้ และสามารถถ่ายโอนภาระแบบไดนามิกได้
คำตอบสำหรับคำถามที่ว่า “สิ่งนี้เป็นที่ยอมรับได้หรือไม่” ขึ้นอยู่กับเงื่อนไขการโหลด ในกรณีแรก หากไม่มีโหลดคงที่ คำตอบจะเป็นลบ ภายใต้เงื่อนไขเฉพาะของสถานการณ์ที่สอง คำตอบคือใช่
การจะสรุปผลได้ก็ไม่ใช่ว่าจะทำได้เสมอไป เพียงเพราะมีการรับน้ำหนักแบบสถิตย์ ระดับของการรับน้ำหนักแบบสถิตย์ ความเหมาะสมของการเชื่อมต่อทางกลที่มีอยู่ และลักษณะของการรับน้ำหนักปลายทาง ไม่ว่าจะเป็นแบบสถิตย์หรือแบบวงจร อาจทำให้คำตอบเปลี่ยนไปได้
Duane K. Miller, MD, PE, 22801 Saint Clair Ave., Cleveland, OH 44117-1199, ผู้จัดการศูนย์เทคโนโลยีการเชื่อม, Lincoln Electric Company, www.lincolnelectric.com Lincoln Electric ผลิตอุปกรณ์เชื่อมและวัสดุสิ้นเปลืองสำหรับการเชื่อมทั่วโลก วิศวกรและช่างเทคนิคของศูนย์เทคโนโลยีการเชื่อมช่วยให้ลูกค้าแก้ไขปัญหาการเชื่อมได้
American Welding Society, 550 NW LeJeune Road, Miami, FL 33126-5671, โทรศัพท์ 305-443-9353, แฟกซ์ 305-443-7559, เว็บไซต์ www.aws.org
ASTM Intl., 100 Barr Harbor Drive, West Conshohocken, PA 19428-2959, โทรศัพท์ 610-832-9585, แฟกซ์ 610-832-9555, เว็บไซต์ www.astm.org
American Steel Structures Association, One E. Wacker Drive, Suite 3100, Chicago, IL 60601-2001, โทรศัพท์ 312-670-2400, แฟกซ์ 312-670-5403, เว็บไซต์ www.aisc.org
FABRICATOR เป็นนิตยสารชั้นนำด้านการผลิตและการขึ้นรูปเหล็กในอเมริกาเหนือ นิตยสารนี้ตีพิมพ์ข่าวสาร บทความทางเทคนิค และเรื่องราวความสำเร็จที่ช่วยให้ผู้ผลิตทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น FABRICATOR อยู่ในอุตสาหกรรมนี้มาตั้งแต่ปี 1970
ตอนนี้คุณสามารถเข้าถึง The FABRICATOR ฉบับดิจิทัลได้อย่างเต็มรูปแบบ และเข้าถึงแหล่งข้อมูลอุตสาหกรรมที่มีคุณค่าได้อย่างง่ายดาย
ตอนนี้สามารถเข้าถึงฉบับดิจิทัลของ The Tube & Pipe Journal ได้อย่างสมบูรณ์แล้ว ซึ่งช่วยให้เข้าถึงแหล่งข้อมูลที่มีค่าของอุตสาหกรรมได้อย่างง่ายดาย
รับสิทธิ์เข้าถึง STAMPING Journal ในรูปแบบดิจิทัลอย่างเต็มรูปแบบ ซึ่งมีเทคโนโลยีล่าสุด แนวทางปฏิบัติที่ดีที่สุด และข่าวสารอุตสาหกรรมสำหรับตลาดการปั๊มโลหะ
ด้วยการเข้าถึงดิจิทัลแบบเต็มรูปแบบบน The Fabricator en Español คุณสามารถเข้าถึงแหล่งข้อมูลอุตสาหกรรมที่มีค่าได้อย่างง่ายดาย