Nastavkom se nazivaju veze koje služe za produženje ili povećanje. Nastavci su, na primjer, potrebni zato što raspoložive valjane dužine ili širine limova nisu dovoljne, a pri montaži su potrebni zbog ograničenja dimenzija i težine pojedinih elemenata koji se transportuju. Podvezicama se nazivaju limovi koji prekrivaju prekid u nastavku. Sve ostale veze, naročito one između štapova rešetke različitih pravaca i nosača u raznim ravnima, označavaju se kao priključci.
Kod uobičajenih nastavaka dimenzionišu se podvezice i zakivci nastavaka prema punoj sili. Prema tome se kod normalnog nastavka ne zahtijeva da se površine nastavaka dodiruju.
Glavnu oblast primjene zategnutih i pritisnutih štapova (to su pravi štapovi, koji su opterećeni pretežno normalnim silama) predstavljaju rešetke. Razmatranja ovog odjeljka ispuštaju iz vida opasnost od izvijanja pritisnutih štapova. Najprije će se razmatrati statička jačina.
Odbitak otvora u zategnutim štapovima
Nosivost: Naponsko stanje u zategnutom štapu znatno je lokalno promijenjeno usljed rupa/otvora. U oblasti proporcionalnosti odgovara raspodjela napona po oslabljenom presjeku (sl. 1). Najveći podužni napon u pravougaonom štapu je prema A. Henning-u:
maxσ = σm*[3-(d/b) + 0,8(d/b)2]
Sl. 1 - Uzdužni i poprečni naponi u bušenom štapu a) prema A. Henning-u; b) prema M. Rudeloff-u
U graničnom slučaju d/b = 0 veoma širokih lamela dobija se maxσ = 3σm, a za slučaj prikazan na sl. 1a d/b = 1/3 je maxσ = 2,42 σm. Pored podužnog napona postoje i poprečni i smični naponi. Najveće naprezanje je na omotaču rupe. Tamo se javljaju prve trajne deformacije, tj. vrhovi napona se razgrađuju i nastaje izjednačenje napona po presjeku. Primjetne trajne deformacije u području rupa tek se tada javljaju, kad prosječni napon σm u oslabljenom presjeku prekorači granicu razvlačenja σFO. Ukupna dilatacija štapa je pri SF = Fm * σF samo neznatno veća nego kod štapa bez rupa. (Fm je površina najslabijeg presjeka)
Kod ogleda na zatezanje sa zakovanim štapovima javlja se lom uvijek u oslabljenim presjecima. Opterećenje pri lomu je, kod uobičajenih prilika, dovoljno tačno SB = Fn * σB. Ogledi kidanjem na zategnutim štapovima sa otvorenim rupama pokazali su slike lomova kao na sl. 2.
Sl. 2 - Prikazi loma zategnutih štapova
U ogledima sa zakovanim vezama pokazano je da nastavci sa podvezicama i jednim redom zakivaka imaju manju otpornost od nastavaka s više redova zakivaka postavljenih jedan iza drugog. Prema tome, srednji napon pri lomu σB u korisnom preseku iznosio je:
Postupak dimenzionisanja za zategnute štapove: Prema uobičajenom načinu proračuna, za prosječni napon zatezanja mora da važi σm = S/Fm ≤ dozσ i to u svim mjerodavnim presjecima Fm. Odbitak rupa određuje se za upravni presjek sa najvećim brojem rupa, a može se desiti da izlomljeni presjek sa više rupa daje manju vrijednost Fm (sl. 2). U tom smislu se kod valjanih profila Fm računa sa razvijanjem. Kod složenih presjeka postupa se u istom smislu.
Odnos Fm/F po pravilu leži između 0,8 i 0,9, tj. odbitak rupa ΔF = F – Fm iznosi 10% do 20% cijelog presjeka F štapa. Kod velikih objekata ΔF jako utiče na težinu, tako da vrijedi potražiti presjeke s manjim odbitkom rupa.
Deformacije: Elastično izduženje zategnutih štapova s rupama jedva je veće od uporedivih nebušenih štapova. Ukupno izduženje nastavaka je skoro isto toliko koliko i nastavljenih lamela. Otuda je dovoljno da se za proračun deformacije čeličnih konstrukcija odrede elastična izduženja s vrijednostima E i F neoslabljenih štapova. Sigurnost protiv tečenja je kod štapova sa slabljenjem veća nego npr. kod pritisnutih štapova.
Raspodjela sila u zakivcima
Slika 3
Raspodjela sile S u štapu na pojedine zakivke veze zavisi od njenih elastičnih osobina, ona je “statički neodređena”. U slučaju sl. 3 zavisi raspodjela N1, N2, … od deformacije zakivaka i spojenih limova, ona se mijenja s odnosom Fpodvezice/Fštapa. Za Fpodvezice ≠ Fštapa krajnje sile u zakivcima više nisu jednako velike (sl. 50a). Sa opadanjem odnosa Fpodvezice/Fštapa postaje Nn manje, N1 se približava S. Spajanje lamela vrlo različite debljine (sl. 4b) nije celishodno zbog preopterećenja prvog zakivka.
Sl. 4 - Opterećenje zakovica za Fštap > Fpodvezice
Letvice i podveze su krute, samo su zakivci elastični (sl. 5a). Tada svi zakivci imaju jednako savijanje, sve sile u zakivcima moraju biti jednake.
Zakivci kruti, samo lamele i podvezice elastične (sl. 5b). Pošto izduženja u štapu i podvezicama između prvog i posljednjeg zakivka moraju da budu podjednaka, to slijedi N2 = N3 = … = Nn-1 = 0, izuzev N1 = S * x1.
Slika 5
Stvarna raspodjela sila nalazi se između ovih graničnih slučajeva. Ako se opterećenje povećava, najprije se u krajnjim zakivcima javlja trajna deformacija, najviše opterećeni zakivci se rasterećuju i raspodjela sila postaje sve ujednačenija. Nakon pojave većih deformacija, raspodjela sila se približava slučaju kada su lamele i podvezice krute, tj. sile u zakivcima su gotovo jednake, u slučaju kada je mjerodavno smicanje zakivaka.
Opterećenje pri slomu: Način zakivanja zakivaka gotovo je bez uticaja na τBV. Jačina na smicanje τBV veze praktično je nezavisna od broja zakivaka, njihovog rasporeda, oblika zakivane veze; opterećenje pri slomu odgovara u dobroj aproksimaciji ravnomjernom opterećenju svih zakivaka. Ista tvrđenja važe uostalom i za obične veze sa zavrtnjima, odakle se može zaključiti da otpor prema klizanju nema bitan uticaj na nosivost.
Dimenzionisanje: Kod čeličnih konstrukcija i centrično opterećenih štapova računa se ravnomjernom raspodjelom, tj. po svakom zakovku N = S/n. Pošto su kod dugačkih nastavaka prvi zakovci već rano preopterećeni, to se više od 6 zakovaka jedan iza drugog po mogućnosti izbjegavaju.
Otpor klizanju: Klizanje u nastavcima javlja se već kod relativno malog opterećenja. Otpor klizanju zavisi prvenstveno od sile pritezanja, koja se mijenja pod mnogim uticajima. On se zanemaruje pri dimenzionisanju spojeva sa zakovicama i dosad uobičajenim vijcima. Ukazuje se na spojeve s visokovrijednim vijcima.
Raspodjela sila u zakivcima po širini: Pri jednakim rastojanjima zakivaka upravno na pravac sile (sl. 6a), pojedinim zakivcima pripadaju jednako široke trake a poprečnog presjeka, pa su prema tome u prvom približenju sile u zakivcima N = a t σ podjednako velike. Raspodjela kod neravnomjernih razmaka zakivaka je statički neodređena; za slučaj na sl. 6b ona se vrši prema zakonu poluge.
Slika 6
Zategnuta šipka
Nastavak: Nastavak sa simetričnim podvezicama (sl. 3 i 4). Silu S u štapu na mjestu nastavka mora nositi samo podvezica. Zakivke u nastavku treba isto tako dimenzionisati prema S, jer oni moraju da prenesu cijelu silu sa nastavljenog štapa u podvezice.
Nastavci s jednostranom podvezicom vezani su sa znatnim dopunskim naponima savijanja u spojenim limovima, podvezicama i zakivcima. Jednostrano pokrivanje nastavaka se zbog velikih deformacija primjenjuje samo onda (sl. 7) kad je štap krut na savijanje ili kad je bočno držan tako da se ne može saviti.
Slika 7
Posredni nastavak – Kad podvezice ne mogu ležati neposredno na nastavljenim limovima, zakivci i limovi izloženi su znatno većim naprezanjima pri savijanju. Stoga se prema broju m međuslojeva bira veći broj n’ zakivaka od broja n kod neposrednog pokrivanja nastavaka.
Slika 8
Kod složenih presjeka raspoređuju se podvezice tako da se izbjegnu lokalna povećanja napona, stoga se pojedine površine podvezica određuju prema površini dijela presjeka koji one pokrivaju, po mogućnosti uz zadržavanje položaja težišta. Raspodjele površina podvezica koje od toga odstupaju vezane su s promjenama raspodjele napona. Na sl. 9 prikazan je nastavak jednozidnog, na sl. 10 dvodijelnog štapa sa 4 vertikalna lima i jednim obrazom između ugaonika.
Slika 9
Slika 10
Priključak: Za priključke zategnutih štapova važe u osnovi iste zavisnosti kao i za nastavak. Ogledi su pokazali veliko preimućstvo simetričnog uvođenja sile. Kod jednostranog priključka, dobija se jako savijanje u podužnom i poprečnom pravcu (sl. 11). Uprkos znatnim dopunskim naponima savijanja mogu da budu gotovo potpuno iskorišćeni i jednostrano priključeni L i C štapovi. Nosivost jednog priključka može da opadne na polovinu ako nisu preduzete mere za izjednačenje dopunskih momenata savijanja.
Slika 11
Za pokrivanje nastavaka ne treba uzimati čvorne limove, za to treba predvidjeti posebne podvezice. Priključak za čvorni lim je olakšan kad veći dio presjeka štapa pada u ravan čvornog lima.
Sl. 12 - Priključci s priključnim ugaonikom i bez njega
Pritisnuta šipka
Za nastavak i priključak pritisnutih štapova važe isti principi kao i za zategnute štapove, i kod njih se ukupna sila prenosi zakovicama i podvezicama, tj. prema punoj površini F štapa dimenzioniše se Fpodvezica i Fs, odn. Fl. Po pravilu površine nastavaka nisu upasovane. U čeličnim konstrukcijama zgradarstva, kod stubova koji idu kroz više spratova, opterećenih samo na pritisak, upotrebljava se mogućnost prolaza sa slabijim pokrivanjem nastavaka. Nosivost pritisnutih štapova iscrpljena je, ako prije toga ne nastupe slučajevi nestabilnosti, najkasnije sa dostizanjem granice tečenja jer se tada javljaju velike deformacije i štap se bočno izvija. Rupe ispunjene zakovicama pri tome nemaju neki uticaj koji se može utvrditi na ponašanje štapa.
Otpornost na zamor zakovanih spojeva
Za jačinu na zamor zakovanih veza u prvom redu su mjerodavni naponski vrhovi koji se javljaju na rupama. Jačina na zamor znatno je smanjena već samim rupama. Štapovi sa otvorenim rupama lome se kod ogleda na zamor pod zatezanjem u oslabljenim presjecima i to slom od zamora počinje naprslinama na ivici rupe, koje se stalno sve dalje protežu kroz presjek. Stoga su glatke rupe od naročitog značaja. Na sl. 13 data je jačina na zamor pljosnatih štapova pri različitim klasama (desno je veća klasa čelika). Pri većim prethodnim opterećenjima σu podnose oba materijala jačine na zamor σDz iznad granice tečenja. Amplituda napona je za obje klase približno jednaka.
Sl. 13 - Otpornost na zamor σDz
Za naizmjenično opterećenje na zatezanje i pritisak zakovanih veza važe u osnovi slične zavisnosti kao i za jednoznačna opterećenja. Vrijedi primijetiti da je amplituda napona pod naizmjeničnim opterećenjem velika oko 1,5 puta (sl. 14), ali da su zakivci pod ovim opterećenjem očigledno više ugroženi nego pod jednoznačnim opterećenjem.
Sl. 14 - Čvrstoća na zamor pri zatezanju zakovanih spojeva