Arhivski stručni sadržaj: Članak čuva istorijske primjere i tvrdnje o zavarenim čeličnim nosačima, mostovima i rešetkama, ali nije dizajn, proračun, specifikacija spojeva, plan zavarivanja, kvalifikacija postupka, procjena zamora ili priručnik za popravku. Materijal, zavarljivost, žilavost, debljina, priprema spoja, materijal za punjenje, predgrijavanje, redoslijed, zaostala naprezanja, tolerancije, korozija, vatra, zamor i kontrola moraju se odrediti prema specifičnom projektu i važećim standardima. Zglobove ležajeva projektuju, izvode i kontrolišu odgovarajuće kvalifikovane osobe.
Danas je Savo Kusić fokusiran na drvene prozore, drvo-aluminijum prozori, prilagođeni prozori, vrata i zahtjevi za ponudu. Ovaj članak ostaje istorijski arhiv i ne predstavlja ponudu za projektovanje, zavarivanje, ispitivanje ili ojačanje čeličnih konstrukcija.
Potpuno zavareni nosači
Sekcije nosača
Pregled je dat na sl.1i2. Sl.1i prikazuje oslonac ojačan zavarenim pojasnim lamelama. Sekcije proizvoljne nosivosti mogu se sastaviti od širokog čelika i lima (sl.1b do e). Otvoreni spoj između uglovnih šavova treba izbjeći oštrenjem vertikalnog lima (sl.1c). Poprečni presjek nosača može se prilagoditi potrebnom momentu otpora pomoću dodatnih letvica pojasa. Sekcije na sl.2d do f imaju prednost u tome što šav na strani dolazi u području manje debljine rebra. Ovdje se šavovi mogu posebno lako pregledati rendgenskim zracima.
Slika 1 — preseci zavarenih nosača.
Slika2— sekcije nosača od specijalnih profila.
Kontrola zavarivanja: radiografsko ispitivanje koristi jonizujuće zračenje i obavlja ga samo u kontrolisanim uslovima od strane ovlašćenih stručnjaka. Izbor metode kontrole, obim prihvatanja i kriterijumi kvaliteta određuju se projektom i standardom; pregled fotografije ili vanjske površine nije dokaz unutrašnjeg kvaliteta zavara.
Nastavak vertikalnog lista
Razvoj se odvijao na potpuno odgovarajući način. Izvršene su ekstenzije sa podvezicama. Križni nastavak nije dobio veliki značaj u mostogradnji, ali se i dalje pokazao dobrim u građevinarstvu. Budući da su vertikalni nastavci na međuprostoru bili neekonomični zbog malih dopuštenih naprezanja, pronađena su proširenja s povećanom dužinom šava.
Univerzalni ekstenzije
Sl.3prikazuje produžetak glavnog nosača mosta na autoputu sa ojačanim rebrom. Sl.4daje nastavak jednog mosta na autoputu. U svom najboljem izdanju, ova ekstenzija se po izgledu i načinu djelovanja ne razlikuje od neprovučene potpore, samo je zamorna čvrstoća nešto manja. Rješenje proširenja ovisi o tome da li se radi o produžetku radionice ili montažnom proširenju. Budući da su bolji alati dostupni u radionici, zavarivanje na licu mjesta je ograničeno ako je moguće. Sl.5prikazuje podjelu jedne dugačke grede63m. Nosači su dopremljeni na gradilište u dijelovima38mi25mdužine, pri čemu su zavareni samo nastavci označeni sa “B”. Montažni nastavci su izrađeni kao U-nastavci, kako bi se izbjeglo zavarivanje iznad glave.
Slika3— nastavak nosača mosta na autoputu kod Hattenheima.
Slika4— istorijski detalj nastavka nosača mosta.
Slika5— raspored produžetaka radionice i montaže.
Kontinuirani puni oslonci su zavareni tokom montaže duž otvora bez skele, na primjer. u blizini drumskog mosta sa otvorima od42m. Dijelovi nosača montirani su plutajućom dizalicom i nakon ugradnje svih elemenata zavareni. Istovremeno, glavni nosači su pričvršćeni vijcima pomoću podvezica sa otvorima (sl.6). Kroz rupe na podvezicama, većina šavova vertikalnog lima se mogla zavariti, prije nego što su podvezice morale biti uklonjene. Sl.6sadrži dodatne informacije o pripremi U-šavova za posebne profile u gornjem i donjem pojasu.
Slika6— privremeni podvezi sa otvorima za pristup zavarivanju.
Instalacija i radovi na gradilištu: istorijski primjeri s plutajućom dizalicom, privremenim vezama, radovima na otvorima i zavarivanjem na gradilištu nisu plan instalacije. Potrebni su proračuni privremenih uslova, plan podizanja i učvršćenja, kontrola geometrije, zaštita od pada, požara i dima i sljedljiva kontrola svakog spoja prije uklanjanja privremenih oslonaca.
Stiffeners
Čvrste zavarene oslonce potrebno je dobro učvrstiti na izbočenje vertikalnog lima i bočno izvijanje pojaseva, osim toga, savijanje tokom zavarivanja treba držati na niskom nivou. Naprezanja skupljanja na vertikalnim elementima ukrućenja istraživala je O. Grafikon-a. U ispitivanom redoslijedu radova (prvo su zavarene ukrućenja, a zatim glavni šavovi) došlo je do značajnih naprezanja skupljanja u ukrućenjima i obližnjim trakama od vertikalnog lima. Ako su učvršćivači već na pojasevima prije nego što su glavni šavovi izvučeni, tada je spriječeno skupljanje lamela pojasa. U lamelama pojasa pojavile su se valovite krivine u uzdužnom smjeru do 2mm, u poprečnom smjeru oko 0,25mm (sl. 7). Stoga je u letvicama pojasa moralo postojati značajna naprezanja savijanja u oba smjera. Nosivost je bila ograničena pojavom velikih deformacija, a ne prekidnom čvrstoćom donjeg pojasa. Prema rezultatima ispitivanja na zamor, potrebno je da se mostovi između ukrućenja i pojasa ugrade dobro prilegajućim pločama koje su pričvršćene za ukrućenje sučeonim zavarom. Učvršćivači i spojevi su izrezani tako da glavni šav ostane slobodan (sl. 8). U građevinskoj industriji, u većini slučajeva, nema sumnje da se ukrućenja zavaruju direktno na nosače. Bolje je izbjeći rezanje šavova i njihovo previše nagomilavanje.
Slika7— deformacije pojaseva tokom zavarivanja.
Slika8— ukrućenje dobro postavljenim pločicama.
Skupljanje, deformacija i zamor: istorijski rezultati ispitivanja ne mogu se preneti na drugi detalj bez proračuna. Ukrućenja, završeci zavara, ukrštanja šavova, tolerancije i radni redoslijed utiču na zaostala naprezanja, izvijanje i čvrstoću na zamor; neprihvatljive pukotine i deformacije se ne rješavaju dodatnim zavarivanjem bez odobrenog postupka popravke.
Kompletni nosači i okviri
Nosači luka i vitki lukovi
Arch proteze nude nešto posebno u odnosu na prave pune proteze. Međutim, među najzanimljivijim konstrukcijama koje su zavarene spadaju veze dvozidnih konzolnih lukova sa jednozidnim gredama za ukrućenje, koje se izvode na dva najveća zavarena mosta na autoputu. Na mostu autoputa preko Lecha u blizini Duisburga, masivni obrađeni komad kovanog čelika korišten je na krajnjem čvoru kako bi se olakšao zavarivanje. Ovaj (sl. 9) preuzima sile sa luka i prenosi ih na gredu za ukrućenje. Isporučuje se sa 50 mm jakim izlazom, koji prolazi kroz jedan prorez do gornjeg pojasa grede za ukrućenje i zavaren je za vertikalnu ploču, ojačanu do debljine 50 mm.
Slika 9 — krajnji čvor lučnog mosta.
Konstrukcije okvira
Prednosti tehnike zavarivanja najbolje se vide na uglovima okvira, što omogućava izradu složenih oblika bez posebnih poteškoća. Jedan ugao okvira sa velikim opterećenjem prikazan je na sl.10. Konstrukcija ima zavarene radioničke dogradnje. Montažni nastavci su pričvršćeni samoreznim vijcima. Prilikom zavarivanja ukrućenja između nogu spojenih nosača dolazi do velikih naprezanja skupljanja, koja ponekad dovode do pukotina. Naprezanja skupljanja se značajno smanjuju kada umjesto čvrstih rebara (sl.11a) navara samo krila (sl.11b).
Slika10— ugao nosača okvira.
Slika11— poređenje detalja ukrućenja zavarenih spojeva.
Slika12— čvor belgijskog mosta sa okvirnim nosačima.
Spojevi uzdužnih nosača su kruti pri savijanju
Veliko pojednostavljenje može se postići u kolovoznoj mreži mostova upotrebom zavarenih spojeva. Čvrstoća na zamor spojeva uzdužnih oslonaca i sl. pod opterećenjem savijanjem, osvjetljava se ispitivanjem O. Grafikon-a (Sl.13). Zbog toga spoj sa šavom na međuprostoru na zategnutoj strani ima veću zamornu čvrstoću pri jednoličnom naprezanju savijanja σUb od spoja gdje je zategnuta noga povezana ugaonim šavovima.
Slika13— istorijske varijante uzdužnih nosača.
Rešetkasti nosači
Zavarene rešetkaste strukture
Oblici i spojevi starijih rešetki bili su kopije zakovanih konstrukcija (sl. 14). To nije svrsishodno, pri odabiru poprečnih presjeka moraju se uzeti u obzir posebna svojstva zavarenih spojeva. Važna je i veća krutost svih spojeva u odnosu na čvorove sa zakovicama. Veze dijagonalnih šipki u čvorovima mreže sa većim silama, posebno na gradilištu, teško su izvodljive. Budući da ovdje dolazi u pitanje spoj sa ugaonim šavovima, otpornost na zamor je relativno mala. Potpuno zavareni, tj. i u čvorovima zavarene mreže, dakle samo u nekim posebnim područjima čeličnih konstrukcija. Na primjer, sa spojnicama za krov, sa dizalicama koje nisu jako dinamički opterećene, itd.
Slika 14 — zavareni čvor rešetkastog nosača.
Na prvom mjestu za formiranje poprečnog presjeka u obzir dolaze ravni čelici i limovi. U slučaju zavarenih konstrukcija bez posebnih poteškoća se izrađuju šuplji profili, koji zbog svoje torzijske krutosti imaju prednost u odnosu na presovane šipke. Posebno treba spomenuti poseban slučaj okrugle cijevi. Zavarene cevaste konstrukcije našle su široku primenu, npr. u izgradnji dizalica ili lakih konstrukcija u građevinskoj industriji. U slučaju nastavka i spajanja šupljih profila, potrebno je voditi računa o određenim konstruktivnim poteškoćama i dodatnim troškovima. Zavareni dijelovi se često skupljaju na krajevima kako bi se spoj lakše zakivao (sl. 15). Posebne mjere potrebne u radionici i na gradilištu za zavarene rešetkaste konstrukcije otežavaju primjenu, osim ako se radi o nosačima s blagim ili pretežno statičkim opterećenjem. Za dinamički opterećene mreže i za one sa velikim silama važilo je pravilo da se zavaruju samo pojedinačni elementi, ali se njihovo međusobno spajanje vrši pomoću vijaka. Prije svega, otklonjene su poteškoće u instalaciji; a rešetke od zavarenih elemenata mogu se montirati prema istim procedurama kao i one od zakovanih šipki.
Slika 15 — oblikovanje kraja šupljeg dijela za spajanje.
Čvorni limovi, koji istovremeno primaju dijagonale, zakivaju se na uobičajen način za rebra kaiša ili sučeono zavareni sa njima (sl. 16a). Potonji ima nedostatak “početnih kutnih šavova”, koji su štetni za zamornu čvrstoću nosača. Odlučan korak ka pravilnom oblikovanju rešetkastih mostova zavarivanjem napravljen je na željezničkom mostu preko Rajne kod Mainza (Kaiserov most). Tamo, na 50 mm, ojačani nodalni limovi sa čeonim šavovima se ubacuju u vertikalne limove 30 mm debelih pojaseva. Prijelazi su postepeni, oblikovanje se vidi sa sl. 16b. Produžeci pojaseva se nalaze pored čvorova.
Slika 16 — čvorni listovi vjetro-spojnice i željezničkog mosta preko Rajne kod Mainza (Kaiser most, 1954).
Ojačanje zavarivanjem
Naknadno armiranje čeličnih konstrukcija je jedan od najtežih radova, posebno kada se mora izvesti na opterećenoj konstrukciji. Kod spojeva zakovicama, umetanje pojačanja, bušenje i spajanje na postojeće dijelove je dugotrajno i skupo. Kako je zavarivanje moguće bez dugotrajnih predpriprema, kao i bez razbijanja postojećih veznih sredstava, bilo je blizu pokušaja zavarivanja armature poprečnih presjeka i spojeva rešetki. Teorijski i eksperimentalno je detaljno ispitano zajedničko djelovanje zakovica i zavarenih spojeva u prijemnim silama u šipkama. Međutim, u praktičnoj primjeni pojavile su se pukotine i lomovi od zamora, dijelom tek nakon dužeg korištenja. Uzroci ovih poteškoća bili su efekti ureza zavarivanja i naglih promjena u presjeku, a neke od pukotina koje su se pojavile bile su uzrokovane velikim naprezanjima od skupljanja.
Jačanje postojeće strukture: zavarivanje napregnutog ili starog čelika može dovesti do pukotina, krtog loma, lokalnog gubitka stabilnosti i novog puta sile. Prije početka rada potrebno je utvrditi materijal, postojeća oštećenja i zamor, stvarno opterećenje, zavarljivost, redoslijed rasterećenja opterećenja i privremeno osiguranje. Armatura se izvodi samo po odobrenom projektu i proceduri, uz nadzor i kontrolu.
Kombinacija zavarivanja, zakivanja i zavrtanja
Neko vrijeme je bilo zabranjeno istovremeno primjenjivati zavarivanje i zakivanje. Posebna pažnja posvećena je “potpuno zavarenim konstrukcijama” u kojima su zakovice i vijci potpuno izbjegnuti. Danas se na istom objektu opet paralelno primjenjuju zavarivanje i zakivanje. U mnogim slučajevima je svrsishodno zavariti samo radioničke nastavke, a naprotiv, montažne zakivati. Treba izbjegavati primjenu oba tipa spoja u istom nastavku, jer se ne može postići jasna raspodjela sila zbog skupljanja vezanog za zavarivanje i klizanje zakovica/zavrtnja.
Završna napomena: zajedničko djelovanje zavara, zakovica i vijaka ne smije se pretpostaviti bez proračunskog modela, definiranog slijeda izvođenja, tolerancija i kontrole klizanja. Za svaki detalj nosivosti mora biti poznat put sile, kategorija zamora, dostupnost zavarivanju i pregledu, prihvatljivi nedostaci i plan održavanja tokom cijelog vijeka trajanja konstrukcije.