Važna stručna napomena: Ovo je arhivski edukativni tekst, a ne aktuelna projektantska specifikacija, statički proračun ili uputstvo za izradu i montažu. Dimenzionisanje i izvođenje čeličnih konstrukcija mora pratiti važeće propise i standarde, projekat ovlašćenog inženjera, dokumentaciju proizvođača, kontrolu materijala i zavarenih ili mehaničkih spojeva, kao i propisane mere bezbednosti.
Projektovanje i izvođenje čeličnih konstrukcija nije deo aktuelne javne ponude firme Savo Kusić. Današnji proizvodni fokus čine drveni prozori, drvo-aluminijumski prozori i vrata po meri.
U čeličnim konstrukcijama su štapovi, grede, sudovi, površinski nosači itd. sastavljeni od valjanih profila. Veze moraju tako da spajaju pojedine profile da oni sačinjavaju konstruktivne delove, koji deluju kao jedna celina. To se postiže samo ako veze mogu sigurno da prenesu napone koji se javljaju između pojedinih delova. Kada u vezi dva dela postoji samo pritisak, napon se prenosi neposrednim kontaktom između sredstva za vezu i elementa. Pored čvrstih veza postoje i pokretne veze koje omogućavaju izvesna pomeranja (zglobovi, sredičnji čepovi, izvlačnjaci, ležišta, itd.).
Zakivci
O zakivcima će biti rečeno samo osnovno, jer danas gotovo i da nisu u upotrebi – zamenili su ih zavrtnjevi. To su čepovi, slični ekserima, koji se nalaze u otvorima u delovima koje treba spojiti i zatim zakovati. Sirovi zakivci (sl. 1) se izrađuju od valjanog okruglog čelika. Kod čeličnih konstrukcija se zakivci zakivaju u svetlo crvenom stanju usijanja. Pri zakivanju se postojeća glava sirovog zakivka dobro podupre odgovarajućim alatom. Završna glava dobija oblik pomoću čekića, mahom na pneumatski pogon, tek pošto je vrat zakivka potpuno nabijen. Za kvalitet zakivanja vrlo je važno da vrat zakivka mora potpuno da ispuni otvore. Prečnik zakivka je 1mm manji od prečnika otvora, vrat zakivka se mora sabiti pritiskom ili udarcima pre nego što završna glava dobije oblik.
Sl. 1 - a) Sirovi zakivak; b) Zakivak sa polukružnom glavom; c) Zakivak sa upuštenom glavom; d) Zakivak sa polukružnom glavom za kotlove
Naprezanje i jačina pojedinih zakivaka (statičko)
Veze koje rade na smicanje (sl. 2) obrazuju najvažniju oblast primene zakivaka u čeličnim konstrukcijama. Prema broju za smicanje opterećenih preseka vrata zakivaka razlikuju se jednosečne, dvosečne i višesečne veze (sl. 3). Kod veze prikazane na sl. 4 (dvosečna veza) postoji simetrično naponsko stanje.
Sl. 2
Sl. 3 - Jednosečna i dvosečna veza
Pritisci između vrata i omotača rupa zavise i od debljine zakivaka i dimenzije spojenih delova; njihovu raspodelu daje sl. 4a. Za praktični proračun pretpostavljena je ravnomerna raspodela napona po debljini limova (sl. 4b). Raspodelu napona po obimu vrata zakivka daje sl. 4c. Za dimenzionisanje računa se sa ravnomernom raspodelom nad prečnikom prema sl. 4d. Prosečna vrednost σlm je napon po omotaču rupe.
Sl. 4 - Naponi po omotaču rupe; a) i c) stvarni; b) i d) uobičajene pretpostavke proračuna
Uobičajeni proračun zakivaka
Jačina na smicanje zavisi u prvom redu od materijala zakivaka. Prilikom procene rezultata ogleda treba imati na umu da je materijal zakivaka različit od onoga od koga su spojeni limovi i da je jačina materijala zakivaka povišena zakivanjem zakivaka.
Jačina na pritisak po omotaču rupe, kao najveća vrednost opterećenja, nije tako jasno izražena kao jačina na smicanje. Kad rastojanje e od kraja lima nije suviše veliko, zakivci ga cepaju; sl. 5 prikazuje slike sloma. Napon gnječenja po omotaču rupe, potreban za smicanje krajeva limova, može se za e < 2,5d prikazati obrascem σlB = σB e/d. Širina b je bez primetnog uticaja na jačinu gnječenja po omotaču rupe, σB je jačina na kidanje spojenih limova.
Sl. 5 - Vrste lomova
Istorijska pravila o zakivcima
Razmaci zakivaka. Međusobni razmak zakivaka e (osovinsko rastojanje), ograničen je prema dole s obzirom na lako zakivanje zakivaka, naponske vrhove i smanjivanje otpornosti rupama. Najveći razmak zakivaka je ograničen, prošto se ne smeju otvarati spojnice zbog opasnosti od rđanja, niti se smeju izvijati limovi pod opterećenjem na pritisak. Najveći razmak zavisi od debljine lima t. U izvesnim granicama razlikuju se uobičajeni razmaci zakivaka za železničke mostove i druge čelične konstrukcije. Rastojanje od kraja je e1, i ono je u pravcu dejstva sile. Rastojanje od kraja e2 je upravno na pravac dejstva sile.
Položaj zakivaka. Zakivci su većinom raspoređeni u pravilne slike zakivaka i stavljeni u pravim linijama jedni iza drugih. Kod širih preseka potrebno je više redova zakivaka (sl. 6), pri čemu se treba pridržavati tablice 1. Za unutrašnje konstruktivne zakivke širokih zategnutih štapova može e da se poveća do dvostrukih vrednosti iz tablice 1.
Sl. 6
Sl. 7 - Primer zakivaka za profilisan čelik
Zavrtnjevi i čepovi
Zavrtnjevi se gotovo uvek koriste u konstrukcijama u kojima je neophodno obezbediti vezu. Zavrtnjevi od visokovrednog materijala treba da prenesu sile trenjem, dok jačina na smicanje i naponi pritiska na omotač čepa znatnije ne sadejstvuju. U čeličnim konstrukcijama koriste se zavrtnjevi sa metričkim navojima. Pravila za primenu zavrtnjeva odgovaraju onima za zakivke istog prečnika rupe d. Međutim, najmanje rastojanje ne sme da bude manje od e = 3,5d, bolje 4d. Ostala odstojanja, koreni i linijske mere ista su kao i za zakivke. Zavrtnjevi moraju biti više pomereni jedni od drugih u odnosu na zakivke, zbog veće potrebe za mestom za navrtke i ključ za zavrtnjeve.
Za čelične konstrukcije dolaze u obzir poglavito sledeći oblici:
Sirovi šestougaoni zavrtnjevi: imaju šestougaonu navrtku i podlošku Prečnik navoja d = 10 do 33 mm sa prečnicima rupa d1 = 11 do 34 mm. Ovi zavrtnjevi obrađeni su samo u navojima, tako da treba računati sa zazorom od 0,5 do 2 mm između tela i rupe. Potrebna je opreznost kod većih sila jer veze sa zavrtnjevima često pokazuju znatne deformacije.
Sl. 8 - Zavrtanj
Upasovani zavrtnjevi: njihove dimenzije odgovaraju sirovim šestougaonim zavrtnjevima, ali imaju tačno cilindrično obrađeno telo tako da dobro ispunjavaju rupu. Upasovani zavrtnjevi zamenjuju sirove kad treba preneti veće sile ili kad pomeranja u vezama treba da ostanu u malim granicama.
Podložne pločice: zavrtnjevi se primenjuju sa podložnim pločicama. Debljina pločice zavisi od veličine zavrtnja koji se koristi.
Oznake: oznake, veličine otvora i zavrtnjeva su date na sledećoj tablici:
Sl. 9 - Oznake zavrtnjeva
Statičko naprezanje pojedinih zavrtnjeva
Veze koje rade na smicanje: naponsko stanje u vezama sa zavrtnjevima je slično kao i u vezama sa zakivcima. Pri dimenzionisanju računa se sa prosečnim vrednostima napona smicanja τm i pritiska po omotaču rupe σlm. Zna se da pritisak po omotaču rupe jako raste kad navoji ulaze u otvor, što stoga treba izbegavati.
Otpor trenja u normalnim vezama sa zavrtnjevima manji je nego u zakovanim nastavcima jer se pri zatezanju navrtki mogu postići samo srazmerno male sile pritezanja. Suviše velikim pritezanjem ugrožavaju se navoji. Ukazuje se na visokovredne zavrtnjeve koji čine da je otpor trenja u vezama presudan za njihovo ponašanje.
Jačina na smicanje upasovanih cilindričnih čepova ista je kao kod zakivaka. Pri statičkom ogledu kidanjem ne može, pod uobičajenim okolnostima, da se utvrdi neka razlika između upasovanih čepova i zakivaka u pogledu na jačinu na pritisak po omotaču rupe. Pri opterećenju na zamor, srazmerno manji otpor trenja uzrok je znatno drugačijem ponašanju veza sa zavrtnjevima.
Sirovi zavrtnjevi imaju u vezama opterećenim na smicanje i do 20% manju otpornost zbog međuprostora između rupe i tela zavrtnja. Iz tog razloga su dozvoljeni naponi za sirove zavrtnjeve manji nego za upasovane. Za dimenzionisanje treba uzeti stvarni prečnik tela d.
Čepovi zglobova
Čepovi zglobova daju vezu otpornu na zatezanje i pritisak, kod koje se spojeni elementi mogu okretati. Primena kod zglobova Gerberovih nosača, obešenih pojaseva lančanih visećih mostova, priključaka zategnutih štapova u vidu zgloboda i sl. Rešetke sa vezama u čvorovima na zglob, tzv. mostovi sa čepovima, skoro se više i ne grade. Velike sile trenja, koje se javljaju na čepovima, sprečavaju pokrete, dok se međusobno okretanje postiže samo većim momentima.
Sl. 10 - Čepovi, a) čep sa zavrtnjem; b) čep sa rascepkom; c) čep jednog visećeg mosta
Naponsko stanje u čepu je uglavnom kao kod zakovanih veza. Čepovi se prema tome dimenzionišu prema srednjem naponu smicanja τm i prosečnom naponu pritiska po omotaču rupe σlm. Pošto se čepovi moraju lako okretati, ipak se σlm uzima manje. Naponi savijanja u čepovima su većinom bez značaja, ali mogu da dostignu znatne veličine kad su spojeni preseci jako koncentrisani.
Za svaki stvarni objekat koriste se aktuelne proračunske metode, propisani detalji spojeva i projektna dokumentacija ovlašćenog stručnjaka. Ovaj tekst se čuva kao istorijski edukativni izvor.