Samling kaldes forbindelser, der tjener til forlængelse eller forøgelse. Samlinger er f.eks. nødvendige, fordi de tilgængelige valseformede længder eller pladebredder ikke er tilstrækkelige, og ved montage er de nødvendige for at begrænse dimensioner og vægt af de enkelte elementer, der transporteres. Dæklister kaldes de plader, der dækker afbrydelsen i samlingen. Alle andre forbindelser, især dem mellem gitterstænger i forskellige retninger og bjælker i forskellige planer, betegnes som tilslutninger.
Ved almindelige samlinger dimensioneres dæklister og samlingsnitter efter fuld kraft. Derfor kræves det ved en normal samling ikke, at samlingsfladerne berører hinanden.
Hovedområdet for anvendelse af træk- og trykstave (det er rette stave, som hovedsageligt belastes af normale kræfter) er gitre. Overvejelserne i dette afsnit ser bort fra faren for bukning af trykstave. Først behandles den statiske styrke.
Fradrag for huller i trækstænger
Bæreevne: Spændingstilstanden i en trækstang ændres betydeligt lokalt på grund af huller/åbninger. I proportionalitetsområdet svarer spændingsfordelingen til det svækkede tværsnit (fig. 1). Den største længdespænding i en rektangulær stang er ifølge A. Henning:
maxσ = σm*[3-(d/b) + 0,8(d/b)2]
Fig. 1 - Længde- og tværspændinger i en boret stav a) ifølge A. Henning; b) ifølge M. Rudeloff
I grænsetilfældet d/b = 0 for meget brede lameller fås heraf maxσ = 3σm, og for det tilfælde, der er vist på fig. 1a, er d/b = 1/3 så maxσ = 2,42 σm. Ud over længdespændingen findes også tvær- og forskydningsspændinger. Den største spænding er ved hullets omkreds. Her optræder de første permanente deformationer, dvs. spændingstoppene nedbrydes, og der opstår spændingsudligning over tværsnittet. Mærkbare permanente deformationer i området omkring hullerne opstår først, når middelspændingen σm i det svækkede tværsnit overskrider flydegrænsen σFO. Stangens samlede tøjning er ved SF = Fm * σF kun ubetydeligt større end for en stang uden huller. (Fm er arealet af det svageste tværsnit)
Ved trækprøver med nittede stænger opstår bruddet altid i de svækkede tværsnit. Brudbelastningen er under normale forhold tilstrækkeligt nøjagtigt SB = Fn * σB. Forsøg med brud på trækstænger med åbne huller viste brudbilleder som på fig. 2.
Fig. 2 - Brudbilleder af trækstænger
I forsøg med nittede samlinger blev det vist, at samlinger med forstærkninger med én række nitter har mindre modstand end samlinger med flere rækker nitter efter hinanden. Heraf fremgik den gennemsnitlige brudspænding σB i det nyttige tværsnit som:
Dimensioneringsprocedure for trækstænger: Efter den sædvanlige beregningsmetode skal gælde for den gennemsnitlige trækspænding σm = S/Fm ≤ tillσ og dette i alle relevante tværsnit Fm. Fradraget for huller bestemmes for det retvinklede tværsnit med det største antal huller, og det kan ske, at et brudtværsnit med flere huller giver en mindre værdi af Fm (fig. 2). I denne henseende beregnes Fm for valsede profiler med udvikling. For sammensatte tværsnit anvendes samme fremgangsmåde.
Forholdet Fm/F ligger som regel mellem 0,8 og 0,9, dvs. hulfradraget ΔF = F – Fm udgør 10% til 20% af hele stangens tværsnit F. Ved store konstruktioner påvirker ΔF vægten meget, så det kan betale sig at finde tværsnit med mindre hulfradrag.
Deformationer: Den elastiske forlængelse af trækstænger med huller er kun lidt større end for sammenlignelige udborede stænger. Den samlede forlængelse af samlinger er næsten lige så stor som for sammenhængende lameller. Derfor er det tilstrækkeligt ved beregning af deformationen af stålkonstruktioner at fastlægge de elastiske forlængelser med værdierne E og F for uforringede stænger. Sikkerheden mod flydning er for stænger med svækkelse større end f.eks. for trykstænger.
Fordeling af kræfter i nitterne
Fig. 3
Kraftfordelingen S i stangen til de enkelte nitter i forbindelsen afhænger af dens elastiske egenskaber; den er “statisk ubestemt”. I tilfældet på fig. 3 afhænger fordelingen N1, N2, … af deformationen af nitterne og de sammenføjede plader; den ændrer sig med forholdet Ftværbånd/Fstang. Når Ftværbånd ≠ Fstang, er endekræfterne i nitterne ikke længere lige store (fig. 50a). Når forholdet Ftværbånd/Fstang falder, bliver Nn mindre, N1 nærmer sig S. Sammenføjning af lameller med meget forskellig tykkelse (fig. 4b) er ikke hensigtsmæssig på grund af overbelastning af den første nit.
Fig. 4 - Belastning af nitter for Fstang > Fforbindelsesstang
Lamel- og båndpladerne er stive, kun nitterne er elastiske (fig. 5a). Så får alle nitter ens bøjning, alle kræfter i nitterne må være lige store.
Nitterne er stive, kun lamellerne og forbindelsesstængerne er elastiske (fig. 5b). Da forlængelserne i stangen og forbindelsesstængerne mellem den første og den sidste nit skal være ens, følger det, at N2 = N3 = … = Nn-1 = 0, undtagen N1 = S * x1.
Fig. 5
Den faktiske kraftfordeling ligger mellem disse grænsetilfælde. Hvis belastningen øges, opstår der først varig deformation i de yderste nitter, de mest belastede nitter aflaster, og kraftfordelingen bliver mere og mere jævn. Efter større deformationer nærmer kraftfordelingen sig tilfældet, hvor lameller og tværbånd er stive, dvs. kræfterne i nitterne er næsten ens, når den styrende virkning er nitternes forskydning.
Brudbelastning: Nittesamlingens måde at blive nittet på har næsten ingen indflydelse på τBV. Forskydningsstyrken τBV for samlingen er praktisk talt uafhængig af antallet af nitter, deres placering og den nittede samlings form; brudbelastningen svarer med god tilnærmelse til en ensartet belastning af alle nitter. Det samme gælder i øvrigt også for almindelige boltesamlinger, hvoraf det kan sluttes, at friktionsmodstand ikke har væsentlig betydning for bæreevnen.
Dimensionering: Ved stålkonstruktioner og centrisk belastede stænger regnes der med en jævn fordeling, dvs. for hver nitte N = S/n. Da de første nitter i lange samlinger allerede tidligt bliver overbelastede, bør mere end 6 nitter efter hinanden så vidt muligt undgås.
Glidningsmodstand: Glidning i samlinger optræder allerede ved en forholdsvis lille belastning. Glidningsmodstanden afhænger i første række af forspændingskraften, som ændrer sig under mange påvirkninger. Den kan negligeres ved dimensionering af forbindelser med nitter og de hidtil sædvanlige bolte. Der henvises til forbindelser med højstyrkebolte.
Fordeling af kræfter i nitterne efter bredde: Ved lige store nitafstande vinkelret på kraftens retning (fig. 6a) tildeles de enkelte nitter lige brede strimler a af tværsnittet; derfor er kræfterne i nitterne i første tilnærmelse N = a t σ lige store. Fordelingen ved uens nitafstande er statisk ubestemt; for tilfældet på fig. 6b sker den efter vægtstangsprincippet.
Fig. 6
Trækstang
Fortsættelse: Fortsættelse med symmetriske bånd (fig. 3 og 4). Kraften S i stangen ved samlingen skal bæres udelukkende af båndet. Nitterne i samlingen skal ligeledes dimensioneres efter S, fordi de skal overføre hele kraften fra den fortsatte stang til båndene.
Samlinger med ensidig dækkplade er forbundet med betydelige ekstra bøjespændinger i de sammenføjede plader, dækkplader og nitter. Ensidig dækning af samlinger anvendes på grund af de store deformationer kun, når (fig. 7) stangen er bøjningsstiv, eller når den er sideværts fastholdt, så den ikke kan bøjes.
Fig. 7
Mellemliggende samling – Når dæklapperne ikke kan ligge direkte på de sammenføjede plader, opstår der betydeligt større bøjespændinger i nitter og plader. Derfor vælges ud fra antallet m af mellemlag et større antal n’ nitter end antallet n ved direkte dækning af samlingerne.
Fig. 8
Ved sammensatte tværsnit anordnes båndene, så lokale spændingsforhøjelser undgås, og derfor bestemmes de enkelte båndarealer efter arealet af den del af tværsnittet, de dækker, om muligt under opretholdelse af tyngdepunktets placering. Fordelinger af båndarealer, der afviger herfra, er knyttet til ændringer i spændingsfordelingen. På fig. 9 vises en forlængelse af en envægget, på fig. 10 en todelt stang med 4 lodrette plader og én flange mellem vinkelprofilerne.
Fig. 9
Fig. 10
Tilslutning: For tilslutninger af trækstænger gælder i princippet de samme sammenhænge som for samling. Forsøg har vist den store fordel ved symmetrisk kraftindføring. Ved ensidig tilslutning opstår der kraftig bøjning i længde- og tværretningen (fig. 11). Trods betydelige ekstra bøjespændinger kan ensidigt tilsluttede L- og C-stænger næsten udnyttes fuldt ud. Bæreevnen af en tilslutning kan falde til det halve, hvis der ikke træffes foranstaltninger til udligning af de ekstra bøjningsmomenter.
Fig. 11
Til afdækning af samlinger skal man anvende knudebeslag; hertil bør der forudses særlige ophængningsbeslag. Tilslutningen til knudebeslaget lettes, når den større del af stangens tværsnit falder i knudebeslagets plan.
Fig. 12 - Forbindelser med og uden forbindelsesvinkeljern
Trykket stang
For samlinger og tilslutning af trykstænger gælder de samme principper som for trækstænger, og også her overføres den samlede kraft via nitter og lasker, dvs. ud fra stangens fulde areal F dimensioneres Flasker og Fs, hhv. Fl. Som regel er samlingsfladerne ikke tilpassede. I stålkonstruktioner i byggeri anvendes ved søjler, der går gennem flere etager og kun er belastet i tryk, muligheden for gennemgående samlinger med mindre overlapning. Trykstængers bæreevne er opbrugt, hvis der ikke forinden indtræder ustabilitet, senest ved nået flydegrænse, fordi der da opstår store deformationer, og stangen knækker lateralt. Huller fyldt med nitter har i den forbindelse ingen påviselig indflydelse på stangens opførsel.
Udmatningsstyrke for nittede forbindelser
For udmattelsesstyrken af nittede forbindelser er det i første række spændingsspidserne ved hullerne, der er afgørende. Udmattelsesstyrken er allerede væsentligt reduceret alene ved hullerne. Stænger med åbne huller brister ved udmattelsesprøver under træk i svækkede tværsnit, og udmattelsesbruddet begynder med revner ved hullets kant, som hele tiden breder sig længere gennem tværsnittet. Derfor er glatte huller af særlig betydning. På fig. 13 er udmattelsesstyrken for flade stænger vist ved forskellige klasser (til højre er den højere stålkvalitet). Ved større forudgående belastninger σu tåler begge materialer udmattelsesstyrker σDz over flydegrænsen. Spændingsamplituden er for begge klasser omtrent den samme.
Fig. 13 - Udmattelsesstyrke σDz
For vekslende træk- og trykbelastning af nittede forbindelser gælder i princippet lignende sammenhænge som for ensrettede belastninger. Det er værd at bemærke, at spændingsamplituden under vekslende belastning er omkring 1,5 gange større (fig. 14), men at nitterne under denne belastning er betydeligt mere udsatte end under ensrettet belastning.
Fig. 14 - Udmattelsesstyrke i træk for nitforbindelser