חיבורים במסמרות ובברגים – קורות הנתונות לכיפוף

כושר הנשיאה של הקורה מוגבל כמעט בכל המקרים על ידי הסטת המיתר הדחוס. תופעה זו מופיעה רק לאחר שמגיעים לגבול הכנ屈 לאחר השוואת המאמצים בכל הכנף הדחוסה. רק באמצעות תמיכות צד חזקות ניתן להעלות את מאמץ השפה המותר עד לאזור ההתקשות של פלדת הבנייה. בעת הערכת כושר הנשיאה יש להביא בחשבון את התפלגות המאמצים בפועל. בהנחת התפלגות מאמצים ישרת-קו כושר הנשיאה היה מוערך בחסר. יש לבדוק במיוחד תופעות של אי-יציבות.

ניכוי חורים בנשאים העמוסים בכפיפה

בצד המתוח של הקורה פועל החלשת חתך כמו במוטות מתוחים (קריעת המיתר המתוח בחתך מוחלש). לצורך דחיית חורים במובן זה חלים אותם כללים כמו לגבי מוט מתוח.

מאחר שחורים המלאים במסמרות בצד הלחוץ של הקורה משפיעים רק במעט על התפלגות המאמצים והעיוותים, וכושר הנשיאה מוגבל ברובו על ידי התעקמות צדית של האגף הלחוץ, גודל ההחלשה של החתך בקורות בעלות חתך סימטרי אינו משפיע במידה ניכרת על העומס הנושא. לכן כבר F. Hartmann העלה את השאלה אם בקורות סימטריות בכלל יש להביא בחשבון את ההחלשה הנגרמת על ידי החורים. בחתכים לא־סימטריים (הצד הלחוץ חזק יותר) עלול ניכוי החורים בצד המתוח של הקורה להיות הקובע לגבי כושר הנשיאה. בעומס החוזר לעיתים קרובות יש לחורים השפעה ניכרת, גם כאשר הם מצויים במרחק גדול מסיבי השפה.

כיום בחישוב כושר הנשיאה של חתך בכפיפה משתמשים בחתך גולמי ובחתך נטו (לצד סוגי כשל אחרים הרלוונטיים). כשל לפי החתך הגולמי מתרחש בחלק של החתך שאינו נחלש על ידי חורים. כשל לפי החתך הנטו מתרחש לפי החתך שנחלש על ידי חורים, והשטח הנלקח בחשבון הוא השטח הגולמי בניכוי שטח כל הפתחים.

מסמרות בצוואר ובראש

בכיפוף, נוסף על מאמצים נורמליים, מופיעים גם מאמצי גזירה, שבקורות עם חגורות מקבילות הם פרופורציונליים לכוח הרוחבי Q. בחתכים מורכבים מתקבלים מאמצי הגזירה במשטחי המגע בין הפרופילים המגולגלים הבודדים על ידי המסמרות המחברות אותם. התפלגות כוחות הגזירה T בקורת היא פרבולית, ובחגורות כמעט קווית. בקורות עם חגורות כבדות שונה T בקורה רק מעט מן הערך הממוצע Tm, שלעתים קרובות די בו להערכה ראשונית.

איור. 1

המסמרות בראש (איור 1b) צריכות יחד לשאת את כוח המוט TK < TH. כוח המוט בין לוחות החגורה הבודדים קטן עוד יותר, ובמקרה שבאיור 1c הוא מתחלק למספר גדול יותר של מסמרות.

המשכו של הנושא

המשך אורכי של הלוח האנכי נדרש כאשר גובה הלוח גדול מן הרוחבים של הלוחות הזמינים. הוא עשוי להיות נחוץ גם מטעמי ייצור והובלה. המוטות המחברים והמסמרות בהמשך האורכי של נשא אחד צריכים לקלוט את אותו הכוח TL, שהיה מתקבל בלוח שאינו מוארך במפרק האורכי. מאחר שהחלשות עקב חורים במוט המחבר זהות לאלו שבלוח האנכי, עובי המוט המחבר חייב להיות גדול או שווה לעובי הצלע.

איור 2 - המשך אורכי של הפח האנכי

חיבור רוחבי תחת עומס כפיפה יכול להיות מכוסה בדרכים שונות באמצעות רצועות קשירה. איור 3 מציג כמה אפשרויות של חיבור סדנאי, שבו מוארך רק הפח האנכי. אם רצועות הקשירה נמצאות רק בין זוויתוני הפלאנג’ (איור 3a), נשארות רצועות לא מכוסות של הפח האנכי מתחת לזוויתוני הפלאנג’. אז הזוויתונים והמסמרות באזור החיבור של הפח האנכי נתונים לעומס גבוה בהרבה, ולכן יש להגביל סוג זה של חיבורים לקשרים פחות חשובים עם כוחות קטנים. תמיד יש להעדיף חיבור מכוסה במלואו. רצועות קשירה מיוחדות על הזרועות האנכיות של הזוויתונים קולטות את המאמצים האורכיים של רצועה זו, אך משתתפות רק במידה מועטה בקליטת הכוח הרוחבי. שיפור מסוים בכך נותן איור 3c. בכוחות גדולים יש לשאוף לרצועות קשירה לכל גובה הפח האנכי (איור 3d), דבר שמניח שיש לקטוע את זוויתוני הפלאנג’. רצועות הקשירה מקבלות את עובי זרוע הזוויתן, ובמקרים של עוביים גדולים של הזוויתון משתמשים בפסי השוואה כדי לחסוך בעובי מיותר של רצועת הקשירה.

Sl. 3 - חיבור רוחבי (מבית המלאכה) של פח אנכי

המשך של פח אנכי תחת עומס של כוח רוחבי: התמך במקום ההמשך נתון רק ל-Q (M = 0). עבור המשך עם מרווחים שווים של מסמרות (איור 4) יש להניח שהכוחות במסמרות NiQ מתאימים בקירוב לאלמנט המשטח המתאים e*t של מחבר ההמשך, כלומר שהכוחות במסמרות מחולקים כמו מאמצי הגזירה לאורך גובה התמך, NiQ = e*t*τi = e*Ti. אף על פי כן, בעת המידות מחשבים עם חלוקה שווה על כל n המסמרות NiQ = Q/n.

איור 4 - המשך הפח האנכי עם חלוקת כוח הגזירה

איור 5 מציג את ההמשך המפעלי של הפח האנכי (הזוויתנים והרצועות המישוריות הושלמו במקום אחר).

Fig. 5

כפיפה עם כוח צירי: קורות הנתונות בו-זמנית למומנטי כפיפה ולכוחות ציריים מתוכננות לפי אותם עקרונות ובהנחת התפלגות מאמצים קווית. בעת הפחתה מלאה של המסמרות בשני האגפים, המקטע היעיל ומיקומו של קו האפס אינם תלויים במקרה ההעמסה, ולכן ניתן לחבר בפשטות את המאמצים מ-M ומ-N. העומס על המסמרות בהמשך מתקבל בסופרפוזיציה של הכוחות מן מקרי ההעמסה החלקיים M, בהתאמה N.

הישענות וחיבור של קורה

כאן יידונו רק הפתרון הנפוץ ביותר מבין הרבים. בעת ההערכה יש תמיד לחשוב על הכוחות הנוספים המתקבלים מהחריגות מן החישובים האידיאליים פחות או יותר של החוזק.

תמיכה פשוטה של נושא אחד על המיתר העליון של אלמנט מבני אחר באה בחשבון כאשר עומד לרשותנו גובה מבני גדול. המקרה הרגיל הוא חיבור קשיח במסמרות או בברגים. באיור 6 מוצגת תמיכה רגילה של קורות I רציפות בבנייה, שגם היא מונעת קידוח בחגורות I צרות. יש לאבטח את הנושאים במקרה הנתון מפני התהפכות וכן מפני כוחות רוחביים (איור 7 ו־8). בבניית גשרים נהוג לעיתים לחבר נושאים בזוגות (איור 9); תמיכה קבועה של נושא אורכי על נושא רוחבי (איור 10). יש להקשיח את הנושאים, כאשר כוחות התמך גדולים יותר, באמצעות זוויתן מותאם או פרופילים מולחמים (איור 8 עד 10). בנושאים מורכבים יש להעביר את העומס אל הצלע.

איור 6 - חיבור קורות גג

איור 7 ו-8

איור 9 ו-10

חיבור הצלע: באיור 11 ו־12 מוצגים חיבורי קורות I, המשמשים בבנייה כחיבורים רגילים. החיתוך מקבל עיגול גדול, כדי למנוע סדיקה של צלע הקורה. קיבוע אלסטי של חיבור הצלע מביא לעלייה מסוימת בנשיאה. העיוותים המתוארים אמנם אינם מסוכנים בעומס בעיקרו שקט, כגון בגשרים ישנים יותר.

איור 11. - חיבורים רגילים של קורת I עם חתך קצה מאונך

איור 12 - חיבורים סטנדרטיים עם קצוות חתוכים של קורת I

חיבורים קשיחים לכפיפה מבוצעים כאשר דרוש חיבור ללא שינוי זווית (נשאים רציפים, פינות קשיחות של מסגרות) או כאשר קיימת סכנה לכשל עקב עייפות בעומס משתנה, במיוחד בגשרים מסילתיים. ניתן להשתמש בלמלים להמשכיות, חיבורים קשיחים לכפיפה, פינות קשיחות לכפיפה, פינות מסגרת.

• לוחות לקיום רציפות – אם יש לחבר נשאים השוכנים באותו מישור, מחברים את שני החגורות העליונות באמצעות לוחית או רצועת קשר לרציפות. כך ריתוכי החיבור משוחררים מכוחות מתיחה ונמנעות התעוותויות גדולות.

איור 13 - חיבור עם למלה להמשכיות

איור 14 - חיבור הקורות האורכיות של א) גשר בכביש מהיר; ב) גשר רכבת

• חיבורים קשיחים לכיפוף – סוג זה של חיבור נמצא בקונסולות מלאות של שבילי הולכי רגל בגשרים לכבישים. ברגעי כיפוף קטנים הפח האנכי שלהם מחובר רק בדו-מסב שניים בין הזוויתנים להקשחת הקורה הראשית. המומנט המופעל מתחלק באמצעות ההקשחה על פני כל גובה הקורה הראשית, כלומר מוכנס לחגורותיה כזוג כוחות.

איור 15 ו־16

• זוויות קשיחות לכפיפה – יש לתכנן זוויות קשיחות לכפיפה בין עמודים וקורות משניות בבנייה כך שהזווית תהיה בלתי משתנה ושלא יתרחשו חריגות מקומיות כלשהן במאמצים. חיבורים אמינים בזוויות מתקבלים למשל לפי איור 16 כאשר משתמשים בלוחות כנף, או לפי איור 100 כאשר מומנט הקיבוע בחגורות העמוד מתקבל כצמד כוחות.
• זוויות המסגרת – במסגרות פוליגונליות ניתן לבצע את ההמשכיות בנקודת השבירה אם הפרש הזווית קטן; המוטות המחוברים מכוסים באמצעות חבקים כמוטות מתוחים ולחוצים. כוחות הסיבוב מרוכזים בנקודת השבירה ויש לקלוט אותם באמצעות קשיחות. באיור 101 יש לשים לב להבדל בכיסוי ההמשכיות ובקשיחות, בהתאם לכיוון של מומנט הכיפוף וכוחות ההסטה. במקרה של כוחות גדולים והפרש זווית ניכר, נמנעים מכך שההמשכיות תגיע לחלק מעוקל מאוד של המסגרת. המשכיות ליד זוויות המסגרת מאפשרות צורה קונסטרוקטיבית טובה יותר ומקלות על הייצור. דוגמאות עם המשכיות אוניברסליות מסומרות משני צדי נקודת השבירה מובאות באיור 102a ובאיור 102b, שבו הזווית מורכבת מחלק מרותך. באיור 103 מוצג חיבור קשיח לכיפוף של עמוד המסגרת עם קורה רציפה.

איור 17a

איור 17ב

חיבורים משופעים: בחיבורים שנדונו עד כה הצלעות עמדו זו לזו בניצב. אם הזווית, לעומת זאת, אינה ישרה, אז מסובבים את הזוויות (איור 18), ובזוויות חדות מאוד משתמשים בתומכנים טריזיים. יש להשתמש ברצועות המשכיות ובחלקי סמך במקרה המתאים, כמו בחיבורים ישרים. לוחות חיבור מכופפים (איור 19) מחוברים באקסצנטריות גדולה ובכוחות משלימים ניכרים. ביצוע חיבורים משופעים נעשה קל יותר כאשר משתמשים בלוחות חיבור מולחמים (איור 20).

Fig. 18

איור 19

איור 20