Съединения се наричат връзките, които служат за удължаване или увеличаване. Съединенията са напр. необходими, тъй като наличните валцувани дължини или широчини на ламарините не са достатъчни; при монтажа са необходими поради ограничението на размерите и теглото на отделните елементи, които се транспортират. Подвъзките са ламарините, които покриват прекъсването в съединението. Всички останали връзки, особено тези между пръти на решетката в различни посоки и носачи в различни равнини, се означават като прикачвания.
При обичайните съединения подпорите и нитовете на съединенията се оразмеряват по пълната сила. Следователно при нормално съединение не се изисква контакт между повърхностите на съединението.
Главната област на приложение на опънати и натиснати пръти (това са прави пръти, натоварени предимно с нормални сили) са решетките. Разглежданията в този раздел пренебрегват опасността от изкълчване на натиснатите пръти. Най-напред ще бъде разгледана статичната якост.
Отнемане на отвори в опънати пръти
Носимоспособност: Напреженовото състояние в опънат прът е значително локално променено поради отворите/прорезите. В областта на пропорционалност разпределението на напреженията по отслабеното сечение съответства (фиг. 1). Най-голямото надлъжно напрежение в правоъгълен прът според A. Henning е:
maxσ = σm*[3-(d/b) + 0,8(d/b)2]
Сл. 1 - Надлъжни и напречни напрежения в пробит прът a) по A. Henning; b) по M. Rudeloff
В граничния случай d/b = 0 на много широки ламели оттук следва maxσ = 3σm, а за случая, показан на фиг. 1a d/b = 1/3 е maxσ = 2,42 σm. Освен надлъжно напрежение съществуват и напречни и срязващи напрежения. Най-голямото натоварване е по обвивката на отвора. Там се появяват първите трайни деформации, т.е. върховете на напреженията се разпадат и възниква изравняване на напреженията по сечението. Забележими трайни деформации в областта на отворите се появяват едва когато средното напрежение σm в отслабеното сечение надхвърли границата на провлачване σFO. Общата дилатация на пръта при SF = Fm * σF е само незначително по-голяма, отколкото при прът без отвори. (Fm е площта на най-слабото сечение)
При изпитване на опън с занитени пръти разрушението винаги настъпва в отслабените сечения. Натоварването при разрушаване при обичайни условия е достатъчно точно SB = Fn * σB. Изпитванията на скъсване при опънати пръти с открити отвори показаха картини на разрушенията както на сл. 2.
Фиг. 2 - Снимки на разрушаване на опънати пръти
В опити с занитени съединения е показано, че наставките с една редица нитове имат по-малка устойчивост от наставките с няколко реда нитове един зад друг. Според това средното напрежение при разрушаване σB в полезното сечение е възлизало на:
Процедура за оразмеряване на опънати пръти: Според обичайния начин на изчисляване, за средното напрежение на опън трябва да е изпълнено σm = S/Fm ≤ допσ и то във всички меродавни сечения Fm. Нетното сечение от отнемане на отворите се определя за правото сечение с най-голям брой отвори, а може да се случи прекъснато сечение с повече отвори да дава по-малка стойност Fm (фиг. 2). В този смисъл при валцуваните профили Fm се изчислява с разгъване. При сложни сечения се постъпва по същия начин.
Отношението Fm/F по правило лежи между 0,8 и 0,9, т.е. отнемането на отвори ΔF = F – Fm възлиза на 10% до 20% от целия пререз F на пръта. При големи обекти ΔF силно влияе върху теглото, така че е изгодно да се намерят сечения с по-малко отнемане на отвори.
Деформации: Еластичното удължение на опънати пръти с отвори едва е по-голямо от това на сравними неотворени пръти. Общото удължение на наставките е почти толкова, колкото и на наставените ламели. Оттук е достатъчно за изчисляване на деформациите на стоманените конструкции да се определят еластичните удължения с стойностите E и F на ненарушените пръти. Сигурността срещу текучест е при пръти с отслабване по-голяма, отколкото например при натискани пръти.
Разпределение на силите в нитове
Фиг. 3
Разпределението на силата S в пръта към отделните нитове на съединението зависи от неговите еластични свойства, то е „статически неопределено“. В случая на сл. 3 зависи разпределението на N1, N2, … от деформацията на нитове и съединените листове, то се изменя с отношението Fподвръзка/Fпрът. За Fподвръзка ≠ Fпрът крайните сили в нитове вече не са еднакво големи (сл. 50a). С намаляването на отношението Fподвръзка/Fпрът Nn става по-малко, N1 се приближава до S. Свързването на ламели с много различна дебелина (сл. 4b) не е целесъобразно поради претоварването на първия нит.
Фиг. 4 - Натоварване на нитове за Fštap > Fpodvezice
Ламелите и подвръзките са твърди, само нитове са еластични (фиг. 5а). Тогава всички нитове получават еднакво огъване, всички сили в нитовете трябва да бъдат еднакви.
Нитовете са твърди, само ламелите и подвръзките еластични (фиг. 5b). Тъй като удълженията в пръта и подвръзките между първия и последния нит трябва да бъдат еднакви, следва N2 = N3 = … = Nn-1 = 0, с изключение на N1 = S * x1.
Фиг. 5
Действителното разпределение на силите лежи между тези гранични случаи. Ако натоварването се увеличава, най-напред в крайните нитове се появява постоянна деформация, най-силно натоварените нитове се разтоварват и разпределението на силите става все по-равномерно. След появата на по-големи деформации разпределението на силите се доближава до случая, при който ламелите и подвръзките са твърди, т.е. силите в нитове са почти еднакви, в случай че е меродавно срязването на нитове.
Натоварване при разрушаване: Начинът на занитване на нитове почти няма влияние върху τBV. Якостта на срязване τBV на съединението практически е независима от броя на нитове, тяхното разположение, формата на занитеното съединение; натоварването при разрушаване в добра степен съответства на равномерно натоварване на всички нитове. Същите твърдения важат и за обикновените болтови съединения, откъдето може да се заключи, че съпротивлението срещу приплъзване няма съществено влияние върху носимоспособността.
Оразмеряване: При стоманени конструкции и централно натоварени пръти се изчислява с равномерно разпределение, т.е. на всяка нитова връзка N = S/n. Понеже при дълги наставки първите нитове бързо се претоварват, повече от 6 нитове един след друг по възможност се избягват.
Съпротивление срещу приплъзване: Приплъзване в съединенията се появява още при сравнително малко натоварване. Съпротивлението срещу приплъзване зависи преди всичко от силата на притягане, която се изменя под влияние на много фактори. То остава пренебрегнато при оразмеряването на съединения с нитове и досега обичайните болтове. Обръща се внимание на съединения с високоякостни болтове.
Разпределение на силите в нитове по ширина: При равни разстояния между нитовете, перпендикулярно на посоката на силата (фиг. 6a), на отделните нитове се падат еднакво широки ивици a от напречното сечение, следователно в първо приближение силите в нитовете N = a t σ са еднакво големи. Разпределението при неравномерни разстояния между нитовете е статически неопределимо; за случая на фиг. 6b то се извършва по закона на лоста.
Фиг. 6
Опъната пръчка
Продължение: Продължение със симетрични подпревръзки (сл. 3 и 4). Силата S в пръта на мястото на наставката трябва да се поема само от подпревръзката. Нитовете в наставката също трябва да се оразмерят според S, защото те трябва да пренесат цялата сила от удължения прът към подпревръзките.
Удълженията с едностранно покритие са свързани със значителни допълнителни огъващи напрежения в съединените листове, покривните ленти и нитове. Едностранното покриване на удълженията поради големите деформации се прилага само тогава (фиг. 7) когато прътът е достатъчно твърд на огъване или когато е странично подпрян така, че да не може да се огъне.
Фиг. 7
Непосредствено съединяване – Когато лентите не могат да лежат непосредствено върху съединените листове, за нитове и листове се получават значително по-големи огъващи напрежения. Затова според броя m междинни слоеве се избира по-голям брой n’ нитове от броя n при непосредствено покриване на съединенията.
Сл. 8
При сложни сечения се разполагат подвръзки така, че да се избегнат локални повишения на напреженията, поради което отделните площи на подвръзките се определят според площта на частта от сечението, която те покриват, по възможност при запазване на положението на тежестта. Разпределенията на площите на подвръзките, които се отклоняват от това, са свързани с изменения в разпределението на напреженията. На фиг. 9 е показано продължение на едностенен, на фиг. 10 двуделен прът с 4 вертикални листа и един пояс между ъгловите профили.
Фиг. 9
Фиг. 10
Съединение: За съединенията на опънати пръти по същество важат същите зависимости както и за наставка. Опитите показаха голямото предимство на симетричното въвеждане на силата. При едностранно съединение се получава силно огъване в надлъжна и напречна посока (сл. 11). Въпреки значителните допълнителни огъващи напрежения едностранно съединените L и C пръти могат да бъдат почти напълно използвани. Носимоспособността на едно съединение може да спадне до половината, ако не са взети мерки за изравняване на допълнителните огъващи моменти.
Фиг. 11
За покриване на удълженията не трябва да се използват възлови листове, за това трябва да се предвидят специални покривни ленти. Прикрепването към възловия лист е улеснено, когато по-голямата част от сечението на пръта попада в равнината на възловия лист.
Фиг. 12 - Съединения с и без присъединен ъглов елемент
Натиснат прът
За наставяне и съединяване на притиснати пръти важат същите принципи, както и за опънати пръти, и при тях общата сила се предава чрез нитове и обхващащи скоби, т.е. според пълната площ F на пръта се оразмеряват Fподвъзка и Fs, съответно Fl. По правило площите на наставките не са напасвани. В стоманените конструкции в сградостроенето, при колони, които минават през повече етажи и са натоварени само на натиск, се използва възможността за преминаване с по-слабо припокриване на наставките. Носимоспособността на притиснатите пръти е изчерпана, ако преди това не настъпят случаи на нестабилност, най-късно с достигане на границата на провлачване, защото тогава се появяват големи деформации и прътът се огъва странично. Отворите, запълнени с нитове, нямат при това някакво установимо влияние върху поведението на пръта.
Якост на умора на занитени връзки
За якостта на умора на занитени връзки на първо място са определящи върховете на напрежението, които се появяват при отворите. Якостта на умора е значително намалена още от самите отвори. Прътите с открити отвори се чупят при изпитване на умора при опън в отслабените сечения и то разрушаването от умора започва с пукнатини на ръба на отвора, които непрекъснато се разпространяват все по-нататък през сечението. Затова гладките отвори са от особено значение. На фиг. 13 е дадена якостта на умора на плоски пръти при различни класове (вдясно е по-високият клас стомана). При по-големи предварителни натоварвания σu и двата материала понасят якост на умора σDz над границата на провлачване. Амплитудата на напрежението и за двата класа е приблизително еднаква.
Фиг. 13 - Якост на умора σDz
За променливото натоварване на опън и натиск на занитени съединения в основата си важат подобни зависимости, както и за еднопосочни натоварвания. Струва си да се отбележи, че амплитудата на напрежението при променливо натоварване е около 1,5 пъти по-голяма (фиг. 14), но нитове при това натоварване са очевидно по-увредими, отколкото при еднопосочно натоварване.
Фиг. 14 - Уморана якост на опън на занитени съединения