रिवेट और बोल्ट वाले जोड़ – खिंचे और संपीडित छड़ें

जोड़ उन संबंधों को कहते हैं जो बढ़ाने या विस्तार के लिए काम आते हैं। उदाहरण के लिए, जोड़ इसलिए आवश्यक होते हैं क्योंकि उपलब्ध रोल्ड शीटों की लंबाई या चौड़ाई पर्याप्त नहीं होती; संयोजन के समय वे परिवहन किए जाने वाले अलग-अलग तत्वों के आयाम और वजन की सीमाओं के कारण आवश्यक होते हैं। जोड़-पट्टियाँ उन शीटों को कहा जाता है जो जोड़ में बनी रुकावट को ढकती हैं। अन्य सभी संबंध, विशेषकर विभिन्न दिशाओं के ट्रस-रॉडों और विभिन्न समतलों में स्थित वाहकों के बीच के संबंध, कनेक्शन कहलाते हैं।

सामान्य जोड़-स्थलों में जोड़-पट्टियों और जोड़ के रिवेटों का आकार पूर्ण बल के अनुसार निर्धारित किया जाता है। इसलिए सामान्य जोड़ में जोड़ की सतहों का आपस में छूना आवश्यक नहीं होता।

तन्य और संपीडित दंडों (अर्थात् सीधे दंड, जिन पर मुख्यतः सामान्य बल लगते हैं) के उपयोग का मुख्य क्षेत्र जालिकाएँ हैं। इस खंड के विचार संपीडित दंडों के अवनमन (बकलिंग) के जोखिम को ध्यान में नहीं लेते। सबसे पहले स्थैतिक सामर्थ्य पर विचार किया जाएगा।

तन्य छड़ों में छिद्रों की कटौती

भार-क्षमता: तन्य छड़ में तनाव की स्थिति छिद्रों/खोलों के कारण स्थानीय रूप से काफी बदल जाती है। समानुपातिकता क्षेत्र में तनाव का वितरण कमजोर किए गए क्रॉस-सेक्शन के अनुसार होता है (चित्र 1). आयताकार छड़ में सबसे बड़ा अनुदैर्ध्य तनाव A. Henning के अनुसार:

maxσ = σm*[3-(d/b) + 0,8(d/b)2]

चित्र 1 - छिद्रित छड़ में अनुदैर्ध्य और अनुप्रस्थ तनाव, a) A. Henning के अनुसार; b) M. Rudeloff के अनुसार

सीमांत स्थिति d/b = 0 पर बहुत चौड़ी लैमेलाओं के लिए इससे maxσ = 3σm प्राप्त होता है, और आक. 1a में दिखाए गए मामले के लिए d/b = 1/3 है तथा maxσ = 2,42 σm। अनुदैर्ध्य तनाव के अलावा अनुप्रस्थ और अपरूपण तनाव भी होते हैं। अधिकतम तनाव छिद्र के आवरण पर होता है। वहीं पहले स्थायी विक्षेप उत्पन्न होते हैं, अर्थात् तनाव के शीर्ष टूटते हैं और अनुप्रस्थ काट में तनावों का समानीकरण होता है। छिद्रों के क्षेत्र में उल्लेखनीय स्थायी विक्षेप तभी उत्पन्न होते हैं जब कमजोर किए गए अनुप्रस्थ काट में औसत तनाव σm उपज-सीमा σFO से अधिक हो जाए। SF = Fm * σF पर दंड का कुल विस्तार छिद्ररहित दंड की तुलना में केवल थोड़ा अधिक होता है। (Fm सबसे कमजोर अनुप्रस्थ काट का क्षेत्रफल है)

खींच परीक्षणों में, रिवेट किए गए छड़ों के साथ, टूटना हमेशा कमजोर किए गए क्रॉस-सेक्शन में ही होता है। सामान्य परिस्थितियों में टूटने के समय का भार पर्याप्त रूप से सटीक रूप से SB = Fn * σB होता है। खुले छेदों वाली तनावग्रस्त छड़ों पर तोड़ने के प्रयोगों से, चित्र 2 में दिखाए गए टूटन-रूप प्राप्त हुए।

चित्र 2 - तन्य छड़ों के टूटने के चित्र

रिवेटेड जोड़ों पर किए गए प्रयोगों से यह दिखाया गया कि एक पंक्ति वाले रिवेटों के साथ बने जोड़, एक के पीछे एक कई पंक्तियों वाले रिवेटों के जोड़ों की तुलना में कम प्रतिरोध रखते हैं। इसके अनुसार उपयोगी अनुप्रस्थ काट में टूटन पर औसत तनाव σB निम्न था:

तन्य छड़ों के लिए आयामी निर्धारण की प्रक्रिया: सामान्य गणना विधि के अनुसार, औसत तन्य तनाव के लिए σm = S/Fm ≤ अनुमσ होना चाहिए और यह सभी प्रासंगिक क्रॉस-सेक्शनों Fm में लागू होता है। छिद्रों की कटौती उस लम्बवत क्रॉस-सेक्शन के लिए निर्धारित की जाती है जिसमें छिद्रों की संख्या सबसे अधिक हो, और ऐसा हो सकता है कि अधिक छिद्रों वाला टूटा हुआ क्रॉस-सेक्शन Fm का कम मान दे (चित्र 2). इस दृष्टि से रोल्ड प्रोफाइलों में Fm की गणना अनफोल्डिंग के साथ की जाती है। जटिल क्रॉस-सेक्शनों में भी इसी प्रकार कार्य किया जाता है।

अनुपात Fm/F सामान्यतः 0,8 और 0,9 के बीच होता है, अर्थात छिद्रों की कटौती ΔF = F – Fm पूरे अनुप्रस्थ काट F का 10% से 20% भाग होती है। बड़े ढाँचों में ΔF भार पर बहुत प्रभाव डालती है, इसलिए कम छिद्र-कटौती वाले अनुप्रस्थ काट खोजना लाभदायक है।

विकृतियाँ: छिद्रों वाले तना हुए छड़ों का प्रत्यास्थीय लंबाई-वृद्धि, तुलनीय बिना-छिद्र वाले छड़ों की तुलना में, केवल थोड़ा ही अधिक होता है। जोड़ों का कुल लंबाई-वृद्धि लगभग उतना ही होता है जितना जोड़े गए लैमेलाओं का। इसलिए इस्पात संरचनाओं की विकृति की गणना के लिए अपरिवर्तित छड़ों के E और F मानों के साथ प्रत्यास्थीय लंबाई-वृद्धियों का निर्धारण पर्याप्त है। यील्डिंग के विरुद्ध सुरक्षा, कमजोर किए गए छड़ों में, उदाहरण के लिए दाबित छड़ों की तुलना में अधिक होती है।

रिवेटों में बलों का वितरण

क्र.सं.3

छड़ में बल S का वितरण संयुक्त के अलग-अलग रिवेटों पर उसके प्रत्यास्थ गुणों पर निर्भर करता है; यह “स्थैतिक रूप से अनिर्धारित” है। चित्र 3 के मामले में वितरण N1, N2, … रिवेटों और जुड़े हुए प्लेटों की विकृति पर निर्भर करता है, यह Fटाई-बार/Fछड़ के अनुपात के साथ बदलता है। Fटाई-बार ≠ Fछड़ होने पर रिवेटों में अंतिम बल अब समान रूप से बड़े नहीं रहते (चित्र 50a)। Fटाई-बार/Fछड़ अनुपात के घटने पर Nn छोटा हो जाता है, N1 S के निकट आ जाता है। बहुत भिन्न मोटाई वाली लैमेलाओं का जोड़ (चित्र 4b) पहले रिवेट के अतिभार के कारण उपयुक्त नहीं है।

चित्र 4 - Fštap > Fpodvezice के लिए रिवेटों पर भार

लैमेला और टाई-बार कठोर हैं, केवल रिवेट प्रत्यास्थ हैं (चित्र 5a)। तब सभी रिवेट समान रूप से मुड़ते हैं, रिवेटों में सभी बल समान होने चाहिए।

रिवेट कठोर, केवल लैमेलाएँ और टाइ-रॉड लचीले (चित्र 5b)। चूँकि पहले और अंतिम रिवेट के बीच छड़ और टाइ-रॉड में होने वाले विस्तार समान होने चाहिए, इसलिए N2 = N3 = … = Nn-1 = 0, सिवाय N1 = S * x1 के।

क्र.सं.5

बलों का वास्तविक वितरण इन सीमांत स्थितियों के बीच स्थित होता है। यदि भार बढ़ाया जाए, तो सबसे पहले अंतिम रिवेटों में स्थायी विकृति उत्पन्न होती है, सबसे अधिक भारित रिवेटों पर भार कम हो जाता है और बलों का वितरण अधिकाधिक समान होता जाता है। अधिक विकृतियों के उत्पन्न होने के बाद बलों का वितरण उस स्थिति के निकट पहुँचता है जहाँ लैमेलाएँ और टाई-बार कठोर हों, अर्थात् रिवेटों में बल लगभग समान होते हैं, यदि निर्णायक कतरनी रिवेटों की हो।

विफलता भार: रिवेटों की जकड़न की विधि का τBV पर लगभग कोई प्रभाव नहीं पड़ता। संधि की कतरनी-शक्ति τBV व्यावहारिक रूप से रिवेटों की संख्या, उनके विन्यास, तथा रिवेटेड संधि के आकार से स्वतंत्र है; विफलता भार सभी रिवेटों पर समान रूप से वितरित भार के अच्छे सन्निकटन के अनुरूप होता है। वैसे ही कथन साधारण बोल्टेड जोड़ों पर भी लागू होते हैं, जिससे यह निष्कर्ष निकलता है कि फिसलन-प्रतिरोध का वहन-क्षमता पर कोई महत्वपूर्ण प्रभाव नहीं है।

आकार-निर्धारण: इस्पात संरचनाओं और केन्द्रीय रूप से लोडित दण्डों के लिए गणना समान वितरण के आधार पर की जाती है, अर्थात प्रत्येक रिवेट पर N = S/n। चूँकि लंबे जोड़नों में पहले रिवेट बहुत जल्दी ही अधिक भारग्रस्त हो जाते हैं, इसलिए 6 से अधिक रिवेटों को एक के बाद एक रखने से यथासंभव बचा जाता है।

फिसलन के विरुद्ध प्रतिरोध: जोड़ों में फिसलन अपेक्षाकृत छोटे भार पर ही उत्पन्न हो जाती है। फिसलन-प्रतिरोध मुख्यतः कसे जाने वाले बल पर निर्भर करता है, जो अनेक प्रभावों के साथ बदलता रहता है। रिवेटेड जोड़ तथा अब तक प्रचलित बोल्टों के आयाम-निर्धारण में इसे उपेक्षित माना गया है। उच्च-गुणवत्ता वाले बोल्टों वाले जोड़ों की ओर ध्यान दिलाया जाता है।

रिवेटों में बलों का चौड़ाई के अनुसार वितरण: बल की दिशा के लंबवत समान दूरी पर स्थित रिवेटों (चित्र 6a) में, प्रत्येक रिवेट को समान चौड़ाई की अनुप्रस्थ काट की पट्टियाँ a प्राप्त होती हैं, इसलिए प्रथम सन्निकटन में रिवेटों में बल N = a t σ समान रूप से बड़े होते हैं। असमान रिवेट-अंतरालों में वितरण स्थैतिक रूप से अनिर्धारित होता है; चित्र 6b के मामले में यह लीवर के नियम के अनुसार होता है।

चित्र। 6

तनावग्रस्त रॉड

जोड़: सममित पट्टियों के साथ जोड़ (चित्र 3 और 4). जोड़ के स्थान पर दंड में लगने वाला बल S केवल पट्टी द्वारा ही वहन किया जाना चाहिए। जोड़ में रिवेटों का आकार-निर्धारण भी S के अनुसार ही करना चाहिए, क्योंकि उन्हें पूरे जुड़े हुए दंड का बल पट्टियों तक स्थानांतरित करना होता है।

एकतरफ़ा पट्टियों वाले जोड़ जुड़े हुए शीटों, पट्टियों और रिवेटों में उल्लेखनीय अतिरिक्त वक्रण तनावों से संबंधित होते हैं। बड़े विकृतियों के कारण जोड़ों की एकतरफ़ा आवरण-व्यवस्था केवल तभी लागू की जाती है (आकृति 7) जब छड़ वक्रण के प्रति कठोर हो या जब उसे पार्श्व से इस प्रकार थामा गया हो कि वह मुड़ न सके।

चित्र। 7

Posredni nastavak – Kad podvezice ne mogu da naležu neposredno na nastavljenim limovima, zakivci i limovi dobijaju znatno veća naprezanja savijanja. Zato se prema broju m međuslojeva bira veći broj n’ zakivaka od broja n kod neposrednog pokrivanja nastavaka.

क्र.सं. 8

जटिल क्रॉस-सेक्शनों में टाई-बार इस प्रकार लगाए जाते हैं कि स्थानीय तनाव वृद्धि से बचा जा सके; इसलिए टाई-बारों के अलग-अलग क्षेत्रफल उनके द्वारा आवृत क्रॉस-सेक्शन भाग के क्षेत्रफल के अनुसार निर्धारित किए जाते हैं, जहाँ तक संभव हो, गुरुत्व-केंद्र की स्थिति बनाए रखते हुए। इससे भिन्न टाई-बार क्षेत्रफल-वितरण तनाव-वितरण में परिवर्तनों से जुड़े होते हैं। चित्र 9 में एक-दीवारी, तथा चित्र 10 में द्वि-भागी छड़ के 4 ऊर्ध्वाधर प्लेटों और कोनों के बीच एक चेहरे सहित विस्तार दिखाया गया है।

आकृ. 9

चित्र। 10

जोड़: तनावग्रस्त छड़ों के जोड़ के लिए मूलतः वही संबंध लागू होते हैं जो जोड़ाव के लिए होते हैं। परीक्षणों ने बल के सममित प्रवेश का बड़ा लाभ दिखाया है। एकतरफा जोड़ में, अनुदैर्ध्य और अनुप्रस्थ दिशा में तीव्र मोड़ उत्पन्न होता है (आकृति 11). महत्वपूर्ण अतिरिक्त मोड़-तनावों के बावजूद, एकतरफा जुड़े L और C छड़ें लगभग पूरी तरह उपयोग की जा सकती हैं। यदि अतिरिक्त मोड़ आघूर्णों के समतुल्य करने के उपाय न किए गए हों, तो एक जोड़ की वहन क्षमता आधी तक घट सकती है।

क्र.सं.11

जोड़ों को ढकने के लिए नोडल शीटों का उपयोग नहीं करना चाहिए; इसके लिए विशेष पट्टियों की व्यवस्था करनी चाहिए। नोडल शीट से संबंध तब सरल हो जाता है जब छड़ के अनुप्रस्थ काट का बड़ा भाग नोडल शीट के समतल में आता है।

चित्र 12 - जोड़ने वाले कोणीय तत्व के साथ और बिना जोड़

दाबित छड़

दबावग्रस्त छड़ों के विस्तार और जोड़ के लिए वही सिद्धांत लागू होते हैं जो तनावग्रस्त छड़ों के लिए होते हैं; इनमें भी कुल बल रिवेटों और पट्टियों (स्ट्रैप्स) द्वारा वहन किया जाता है, अर्थात् छड़ के पूर्ण क्षेत्रफल F के अनुसार Fपद्वेज़िका और Fs, या Fl का मापन किया जाता है। सामान्यतः जोड़-क्षेत्र मिलाए हुए नहीं होते। भवन-निर्माण की इस्पाती संरचनाओं में, बहुमंज़िला स्तंभों के लिए, जिन पर केवल संपीडन भार होता है, जोड़ों के कम आच्छादन के साथ निरंतरता की सुविधा अपनाई जाती है। यदि इससे पहले अस्थिरता की स्थिति उत्पन्न न हो, तो दबावग्रस्त छड़ों की वहन क्षमता यील्ड सीमा तक पहुँचने पर समाप्त हो जाती है, क्योंकि तब बड़े विरूपण उत्पन्न होते हैं और छड़ पार्श्वतः बकल हो जाती है। रिवेटों से भरे छिद्रों का छड़ के व्यवहार पर कोई ऐसा प्रभाव नहीं पड़ता जिसे स्थापित किया जा सके।

रिवेटेड जोड़ो की थकान-क्षमता

रिवेटेड जोड़ की थकान-शक्ति के लिए मुख्यतः छिद्रों पर उत्पन्न होने वाले तनाव-शीर्ष निर्णायक होते हैं। केवल छिद्रों के कारण ही थकान-शक्ति में काफी कमी आ जाती है। खुले छिद्रों वाले डंडे खिंचाव के अंतर्गत थकान-परीक्षण में कमजोर अनुप्रस्थ काटों पर टूटते हैं, और थकान-भंग छिद्र के किनारे से शुरू होने वाली दरारों से आरंभ होता है, जो लगातार अनुप्रस्थ काट के आर-पार और आगे फैलती जाती हैं। इसलिए चिकने छिद्र विशेष महत्त्व रखते हैं। आकृति 13 में विभिन्न वर्गों के लिए चपटे डंडों की थकान-शक्ति दी गई है (दाईं ओर उच्चतर इस्पात वर्ग है)। अधिक पूर्व-भार σu पर दोनों पदार्थ प्रवाह-सीमा से ऊपर की थकान-शक्ति σDz सहन करते हैं। दोनों वर्गों के लिए तनाव का आयाम लगभग समान है।

चित्र 13 - थकान सामर्थ्य σDz

रिवेटेड जोड़ों पर तन्यता और संपीडन के चक्रीय भार के लिए मूलतः वही निर्भरताएँ लागू होती हैं जो एकदिश भारों के लिए होती हैं। यह ध्यान देने योग्य है कि चक्रीय भार के अंतर्गत तनाव का आयाम लगभग 1,5 गुना (आकृति 14) बड़ा होता है, लेकिन इस भार के अधीन रिवेट एकदिश भार की तुलना में स्पष्ट रूप से अधिक जोखिम में होते हैं।

चित्र 14 - रिवेटेड जोड़ों की तन्यता थकान सामर्थ्य