Arhivski stručni sadržaj: članak čuva istorijske primere i tvrdnje o zavarenim čeličnim nosačima, mostovima i rešetkama, ali nije projekat, proračun, specifikacija spoja, plan zavarivanja, kvalifikacija postupka, procena zamora ili uputstvo za sanaciju. Materijal, zavarljivost, žilavost, debljina, priprema spoja, dodatni materijal, predgrevanje, redosled, rezidualni naponi, tolerancije, korozija, požar, zamor i kontrola moraju se odrediti prema konkretnom projektu i važećim standardima. Nosive spojeve projektuju, izvode i kontrolišu odgovarajuće kvalifikovane osobe.
Savo Kusić danas je usmeren na drvene prozore, drvo-aluminijumske prozore, prozore po meri, vrata i zahteve za ponudu. Ovaj članak ostaje kao istorijski arhiv i ne predstavlja ponudu projektovanja, zavarivanja, ispitivanja ili pojačanja čeličnih konstrukcija.
Puni zavareni nosači
Preseci nosača
Pregled daju sl. 1 i 2. Sl. 1a prikazuje nosač pojačan navarenim pojasnim lamelama. Iz širokog čelika i limova mogu se sastaviti preseci proizvoljne nosivosti (sl. 1b do e). Otvorenu spojnicu između ugaonih šavova treba izbeći zašiljavanjem vertikalnog lima (sl. 1c). Presek nosača može se prilagoditi potrebnom otpornom momentu dodatnim pojasnim lamelama. Preseci na sl. 2d do f imaju to preimućstvo što šav na sučeljak dolazi u područje manje debljine rebra. Ovde šavovi mogu biti naročito lako ispitivani rendgenskim zracima.
Slika 1 — preseci zavarenih nosača.
Slika 2 — preseci nosača od specijalnih profila.
Kontrola zavara: radiografsko ispitivanje koristi jonizujuće zračenje i izvodi se samo u kontrolisanim uslovima od ovlašćenih stručnjaka. Izbor metode kontrole, obim prihvatanja i kriterijumi kvaliteta određuju se projektom i standardom; pregled fotografije ili spoljne površine nije dokaz unutrašnjeg kvaliteta zavara.
Nastavak vertikalnog lima
Razvoj se odvijao na potpuno odgovarajući način. Izvođeni su nastavci sa podvezicama. Krstasti nastavak nije zadobio veći značaj u mostogradnji, ali se ipak pokazao dobar u zgradarstvu. Pošto su upravni nastavci na sučeljak zbog malih dozvoljenih napona bili neekonomični, pronađeni su nastavci sa povećanom dužinom šava.
Univerzalni nastavci
Sl. 3 prikazuje nastavak glavnog nosača jednog mosta na autoputu sa pojačanim rebrom. Sl. 4 daje nastavak jednog mosta na autoputu. Ovaj se nastavak ne razlikuje pri najboljem izvođenju po izgledu i načinu dejstva od nenastavljenog nosača, samo je jačina na zamor nešto niža. Rešenje nastavka zavisi od toga da li je u pitanju radionički ili montažni nastavak. Pošto u radionici na raspolaganju stoje bolja pomoćna sredstva, po mogućnosti se zavarivanje na gradilištu ograničava. Sl. 5 prikazuje podelu jedne grede duge 63m. Nosači su isporučeni na gradilište u delovima od 38m i 25m dužine, gde su bili zavareni samo sa „B“ označeni nastavci. Montažni nastavci su izvedeni kao U-nastavci, da bi se izbeglo zavarivanje nad glavom.
Slika 3 — nastavak nosača mosta na autoputu kod Hattenheima.
Slika 4 — istorijski detalj nastavka mostovskog nosača.
Slika 5 — raspored radioničkih i montažnih nastavaka.
Zavarivani su kontinualni puni nosači pri napredovanju montaže po otvorima bez skela, tako npr. kod jednog drumskog mosta sa otvorima od 42m. Delovi nosača namešteni su plovnim kranom i posle ugradnje svih elemenata zavareni. Glavni nosači su pri tome bili vezani zavrtnjevima pomoću podvezica sa otvorima (sl. 6). Kroz otvore u podvezicama mogao se veći deo šava vertikalnog lima zavariti, pre nego što su morale biti skinute podvezice. Sl. 6 sadrži dalje podatke o pripremi U-šavova za specijalne profile u gornjem i donjem pojasu.
Slika 6 — privremene podvezice sa otvorima za pristup zavaru.
Montaža i rad na gradilištu: istorijski primeri sa plovnim kranom, privremenim podvezicama, radom nad otvorom i zavarivanjem na gradilištu nisu plan montaže. Potrebni su proračun privremenih stanja, plan podizanja i osiguranja, kontrola geometrije, zaštita od pada, požara i dima i sledljiva kontrola svakog spoja pre uklanjanja privremenih oslonaca.
Ukrućenja
Pune zavarene nosače je neophodno dobro ukrutiti protiv izbočavanja vertikalnog lima i bočnog izvijanja pojaseva, sem toga treba održati krivljenja pri zavarivanju na malom nivou. Naponi od skupljanja na vertikalnim ukrućenjima su istraživani od O. Graf-a. Pri ispitivanom redosledu radova (prvo su zavarena ukrućenja, onda glavni šavovi) nastupili su u ukrućenjima i obližnjim trakama vertikalnog lima znatni naponi od skupljanja. Ako ukrućenja već naležu na pojaseve pre izvlačenja glavnih šavova, onda je sprečeno skupljanje pojasnih lamela. U pojasnim lamelama pojavila su se u podužnom pravcu talasasta savijanja do 2mm, u poprečnom pravcu oko 0,25mm (sl. 7). Prema tome, u pojasnim lamelama mora da su postojali znatni naponi savijanja u oba pravca. Nosivost je bila ograničena pojavom velikih deformacija, a ne jačinom na kidanje donjeg pojasa. Prema rezultatu ogleda na zamor, kod mostova se zahteva da se ugrade dobro upasovane pločice između ukrućenja i pojasa, koje su osigurane za ukrućenja prihvatnim varom. Ukrućenja i priključci su tako izrezani da glavni šav ostaje slobodan (sl. 8). U zgradarstvu u većini slučajeva ne postoje nikakve sumnje u to da se ukrućenja zavaruju neposredno za pojaseve. Presecanje šavova i njihovo suviše jako gomilanje ipak je i ovde bolje izbegavati.
Slika 7 — deformacija pojaseva pri zavarivanju.
Slika 8 — ukrućenje sa dobro upasovanim pločicama.
Skupljanje, deformacije i zamor: istorijski rezultati ispitivanja ne mogu se preneti na drugi detalj bez proračuna. Ukrućenja, završeci zavara, ukrštanje šavova, tolerancije i redosled rada utiču na rezidualne napone, izbočavanje i zamornu čvrstoću; neprihvatljive pukotine i deformacije ne rešavaju se dodatnim zavarivanjem bez odobrenog postupka sanacije.
Puni nosači i okviri
Lučni nosači i vitki lukovi
Lučni nosači pružaju u odnosu na prave pune nosače malo specijalnog. Međutim, priključci dvozidnih štapastih lukova za jednozidne grede za ukrućenje, kakvi su bili izvedeni na dva najveća zavarena mosta na autoputu, spadaju u najinteresantnije konstrukcije koje su bile zavarivane. Na mostu na autoputu preko Leha kod Duisburga bio je korišćen u krajnjem čvoru, radi olakšanja radova na zavarivanju, masivni obrađeni komad od kovanog čelika. Ovaj (sl. 9) preuzima sile iz luka i prenosi ih u gredu za ukrućenje. On je snabdeven sa 50 mm jakim ispustom, koji prolazi kroz jedan prorez do gornjeg pojasa grede za ukrućenje i koji je zavaren za vertikalni lim, pojačan na debljinu 50 mm.
Slika 9 — krajnji čvor lučnog mosta.
Okvirne konstrukcije
Na uglovima okvira najbolje se vide preimućstva tehnike zavarivanja, koja dozvoljava da se izvedu komplikovani oblici bez naročitih teškoća. Jedan ugao okvira sa velikim opterećenjem prikazan je na sl. 10. Konstrukcija ima zavarene radioničke nastavke. Montažni nastavci vezani su upasovanim zavrtnjevima. Pri navarivanju ukrućenja između nožica spojenih nosača, javljaju se visoki naponi od skupljanja koji su ponekad dovodili do naprslina. Naponi od skupljanja su znatno smanjeni kad se umesto punih rebara (sl. 11a) navare samo krilni limovi (sl. 11b).
Slika 10 — ugao okvirnog nosača.
Slika 11 — poređenje detalja ukrućenja zavarenog priključka.
Slika 12 — čvor belgijskog mosta sa okvirnim nosačima.
Priključci podužnih nosača kruti na savijanje
U kolovoznom roštilju mostova može se postići veliko uprošćenje primenom zavarenih veza. Jačina na zamor priključaka podužnih nosača itd. pri opterećenju na savijanje, osvetljena je ogledima O. Graf-a (sl. 13). Po tome, priključak sa šavom na sučeljak na zategnutoj strani ima veću jačinu na zamor pri jednomislenom naprezanju na savijanje σUb od veze kod koje je zategnuta nožica priključena ugaonim šavovima.
Slika 13 — istorijske varijante priključaka podužnih nosača.
Rešetkasti nosači
Zavarene rešetkaste konstrukcije
Starije rešetke su bile po oblicima i priključcima kopije zakovanih konstrukcija (sl. 14). To je necelishodno, naročite osobine zavarenih veza moraju biti uzete u obzir već pri izboru poprečnih preseka. Od značaja je i veća krutost svih veza u odnosu na zakovane čvorove. Priključci dijagonalnih štapova u čvorovima rešetke kod većih sila, a naročito na gradilištu, teško se izvode. Pošto ovde u prvom redu dolaze u pitanje veze sa ugaonim šavovima, jačina na zamor je srazmerno mala. Veće praktično značenje dobile su potpuno zavarene, tj. i u čvorovima zavarene rešetke prema tome samo u nekim specijalnim oblastima čeličnih konstrukcija. Tako npr. kod krovnih vezača, kod kranova ne visoko dinamički opterećenih, itd.
Slika 14 — zavareni čvor rešetkastog nosača.
Za obrazovanje preseka dolaze u obzir u prvom redu plošti čelici i limovi. Kod zavarenih konstrukcija izrađuju se šuplji preseci bez naročite teškoće, koje su od prednosti pritisnutih štapova zbog svoje torzione krutosti. Specijalni slučaj okrugle cevi zaslužuje naročiti pomen. Zavarene cevaste konstrukcije našle su široku primenu npr. u izgradnji kranova ili lakih konstrukcija u zgradarstvu. Kod nastavka i priključka šupljih preseka mora se u stvari računati s izvesnim konstruktivnim teškoćama i dopunskim koštanjima. Zavareni preseci često se na krajevima skupljaju da bi se priključak mogao lakše zakovati (sl. 15). Naročite mere potrebne u radionici i na gradilištu kod zavarenih rešetkastih konstrukcija otežavaju primenu, ukoliko se ne radi o nosačima sa neznatnim ili pretežno mirnim opterećenjem. Za dinamički opterećene rešetke i za one sa velikim silama, pravilo je bilo da se samo pojedini elementi zavaruju, ali se njihovo međusobno spajanje vršilo pomoću zavrtnjeva. Time su pre svega uklonjene i teškoće pri montaži; i rešetke od zavarenih elemenata mogu se montirati po istim postupcima kao i one iz zakovanih štapova.
Slika 15 — oblikovanje kraja šupljeg preseka za priključak.
Čvorni limovi, koji jednovremeno primaju dijagonale, zakivaju se na uobičajen način za rebra pojaseva ili se sa njima tupo zavaruju (sl. 16a). Poslednje ima manu „ugaonih šavova koji počinju“, koji su štetni za jačinu na zamor nosača. Odlučujući korak ka ispravnom davanju oblika rešetkastih mostova prema zavarivanju učinjen je kod železničkog mosta preko Rajen kod Majnz-a (Kaiserov most). Tamo su na 50 mm pojačani čvorni limovi pomoću šavova na sučeljak umetnuti u vertikalne limove pojaseva 30 mm debljine. Prelazi su postepeni, oblikovanje se može videti sa sl. 16b. Nastavci pojasnih štapova nalaze se pored čvorova.
Slika 16 — čvorni limovi sprega protiv vetra i železničkog mosta preko Rajne kod Majnca (Kaiserov most, 1954).
Pojačanje zavarivanjem
Naknadno pojačanje čeličnih konstrukcija ubraja se u najteže radove, naročito kad ga treba izvršiti na opterećenoj konstrukciji. Kod zakovanih veza je upasivanje pojačanja, bušenje i povezivanje sa postojećim delovima dugotrajno i skupo. Pošto je zavarivanje mogućno bez dugotrajnih prethodnih priprema kao i bez raskivanja postojećih veznih sredstava, bilo je blisko da se pokuša putem zavarivanja pojačanje preseka i priključaka rešetki. Zajedničko delovanje zakivaka i varova u prijemu sila u štapovima doduše je podrobno ispitano teorijski i u ogledima. Ipak, u praktičnom izvođenju pojavile su se, delom tek posle duže upotrebe, naprsline i slomovi od zamora. Uzroci ovih teškoća bila su dejstva zareza uvarom i nagle promene preseka, a poneke od pojavljenih naprslina prouzrokovane su visokim naponima od skupljanja.
Pojačanje postojeće konstrukcije: zavarivanje opterećenog ili starog čelika može uvesti pukotine, krti lom, lokalni gubitak stabilnosti i novu putanju sila. Pre rada moraju se utvrditi materijal, postojeća oštećenja i zamor, stvarno opterećenje, zavarljivost, redosled rasterećenja i privremeno osiguranje. Pojačanje se izvodi samo po odobrenom projektu i postupku, uz nadzor i kontrolu.
Kombinovanje zavarivanja, zakivaka i zavrtnjeva
Neko vreme je bilo zabranjeno da se jednovremeno primenjuje zavarivanje i zakivanje. Naročitu pažnju su uživale „potpuno zavarene konstrukcije“ u kojima su bili potpuno izbegnuti zakivci i zavrtnjevi. Danas se opet primenjuju zavarivanje i zakivanje paralelno na istom objektu. U mnogim slučajevima je celishodno zavarivati samo radioničke nastavke, a montažne naprotiv zakovati. Treba izbegavati primenu obe vrste spajanja u istom nastavku, jer se ne može postići jasna raspodela sila zbog skupljanja vezanih za zavarivanje i klizanje zakivaka/zavrtnjeva.
Završna napomena: zajedničko delovanje zavara, zakivaka i zavrtnjeva ne sme se pretpostaviti bez proračunskog modela, definisanog redosleda izvođenja, tolerancija i kontrole proklizavanja. Za svaki nosivi detalj moraju biti poznati putanja sile, kategorija zamora, pristupačnost zavaru i pregledu, prihvatljivi nedostaci i plan održavanja tokom celog veka konstrukcije.