Važna stručna napomena: Ovo je arhivski obrazovni tekst, a ne trenutna specifikacija dizajna, statički proračun ili upute za proizvodnju i sastavljanje. Dimenzioniranje i izvedba čeličnih konstrukcija mora slijediti važeće propise i standarde, projekt ovlaštenog inženjera, dokumentaciju proizvođača, kontrolu materijala i zavarenih ili mehaničkih spojeva, kao i propisane sigurnosne mjere.
Projektiranje i izvođenje čeličnih konstrukcija nije dio trenutne javne ponude Save Kusića. Današnji fokus proizvodnje čine drveni prozori, drveno-aluminijski prozori i vrata po narudžbi.
U čeličnim konstrukcijama postoje šipke, grede, posude, površinski nosači itd. sastavljeni od valjanih profila. Spojevi moraju povezivati pojedine profile na način da čine konstruktivne dijelove koji djeluju kao jedinstvena cjelina. To se postiže samo ako veze mogu sigurno prenijeti naprezanja koja se javljaju između pojedinih dijelova. Kada postoji samo pritisak u spoju između dva dijela, naprezanje se prenosi izravnim kontaktom između spojnog sredstva i elementa. Osim fiksnih spojeva, postoje i pokretni spojevi koji omogućuju određena kretanja (zglobovi, središnji čepovi, izvlakači, ležajevi i dr.).
Zakovice
O zakovicama će biti samo ono osnovno, jer danas gotovo da i nisu u upotrebi - zamijenili su ih vijci. To su čepovi, slični čavlima, koji se nalaze u otvorima na dijelovima koji se spajaju i zatim zakovicama. Sirove zakovice (sl. 1) izrađene su od valjanog okruglog čelika. Kod čeličnih konstrukcija, zakovice su zakovane u jarko crvenom sjaju. Kod zakivanja postojeća neobrađena glava zakovice dobro se podupre odgovarajućim alatom. Krajnja glava se oblikuje čekićem, većinom pneumatski, tek nakon što je vrat zakovice potpuno zabijen. Za kvalitetu zakivanja vrlo je važno da vrat zakovice mora u potpunosti ispuniti otvore. Promjer zakovice je 1mm manji od promjera rupe, vrat zakovice mora biti zbijen pritiskom ili udarcima prije nego što krajnja glava poprimi oblik.
Sl. 1 - a) Sirova zakovica; b) Zakovica s polukružnom glavom; c) Zakovica s upuštenom glavom; d) Zakovica s polukružnom glavom za kotlove
Naprezanje i čvrstoća pojedinačnih zakovica (statička)
Pomični spojevi (sl. 2) čine najvažnije područje primjene zakovica u čeličnim konstrukcijama. Prema broju posmično opterećenih dijelova vrata zakovice razlikuju se jednodijelni, dvodijelni i višedijelni spojevi (sl. 3). Sa spojem prikazanim na sl. 4 (dvostruki spoj) postoji simetrično stanje napona.
Sl. 2
Sl. 3 - Jednodijelni i dvodijelni spoj
Tlakovi između vrata i kućišta rupa ovise o debljini zakovica i dimenzijama spojenih dijelova; njihova distribucija je prikazana na sl. 4a. Za praktični izračun pretpostavljena je jednolika raspodjela napona po debljini lima (sl. 4b). Raspodjela naprezanja po obodu vrata zakovice prikazana je na sl. 4c. Za dimenzioniranje se računa s ravnomjernom raspodjelom po promjeru prema sl. 4d. Prosječna vrijednost σlm je napon na ovojnici otvora.
Sl. 4 - Naprezanja po ovojnici rupe; a) i c) pravi; b) i d) uobičajene pretpostavke izračuna
Uobičajeni proračun zakovica
Čvrstoća na smicanje prvenstveno ovisi o materijalu zakovice. Pri ocjeni rezultata ispitivanja treba imati na umu da je materijal zakovica drugačiji od materijala iz kojeg su listovi spojeni i da se zakivanjem povećava čvrstoća materijala zakovice.
Čvrstoća na pritisak po ovojnici otvora, kao najveća vrijednost opterećenja, nije tako jasno izražena kao čvrstoća na smicanje. Kad udaljenost e od kraja lima nije prevelika, zakovice ga trgaju; Slika 5 prikazuje slike kvarova. Napon gnječenja duž omotača otvora, potreban za rezanje krajeva listova, može biti za e < 2,5d prikazati obrascem σlB = σB e/d. Širina b je bez primetnog uticaja na jačinu gnječenja po omotaču rupe, σB je jačina na kidanje spojenih limova.
Sl. 5 - Vrste prijeloma
Povijesna pravila zakovice
Prostori za zakovice. Razmak zakovica e (osovinski razmak) ograničen je prema dolje zbog lakog zakivanja, vrhova naprezanja i smanjenja otpora rupa. Maksimalni razmak zakovica je ograničen, pa se spojnice ne smiju otvarati zbog opasnosti od hrđanja, niti se ploče smiju savijati pod pritiskom. Najveći razmak ovisi o debljini lima t. Uobičajeni razmaci zakovica za željezničke mostove i druge čelične konstrukcije razlikuju se unutar određenih granica. Udaljenost od kraja je e1, a nalazi se u smjeru sile. Udaljenost od kraja e2 je okomita na smjer sile.
Položaj zakivanja. Zakovice su uglavnom raspoređene u pravilnim uzorcima zakovica i postavljene u ravnim linijama jedna iza druge. Za veće poprečne presjeke potrebno je više redova zakovica (sl. 6), pri čemu treba slijediti tablicu 1. Za unutarnje konstrukcijske zakovice širokih zateznih šipki, može se povećati do udvostručenih vrijednosti iz tablice 1.
Sl. 6
Sl. 7 - Primjer zakovica za profilirani čelik
Vijci i čepovi
Vijci se gotovo uvijek koriste u konstrukcijama gdje je potrebno osigurati spoj. Vijci izrađeni od kvalitetnog materijala trebaju prenositi sile trenjem, a posmična čvrstoća i tlačna naprezanja na ljusci čepa ne doprinose značajno. U čeličnim konstrukcijama koriste se vijci s metričkim navojem. Pravila za primjenu vijaka odgovaraju onima za zakovice istog promjera otvora d. Međutim, najmanja udaljenost ne smije biti manja od e = 3,5d, po mogućnosti 4d. Ostale udaljenosti, korijeni i linearne mjere jednaki su kao i za zakovice. Vijci moraju biti udaljeniji jedan od drugoga nego zakovice, zbog veće potrebe za prostorom za matice i ključ za vijke.
Za čelične konstrukcije uglavnom se razmatraju sljedeći oblici:
Neobrađeni šesterokutni vijci: imaju šesterokutnu maticu i podlošku Promjer navoja d = 10 do 33 mm s promjerom otvora d1 = 11 do 34 mm. Ovi su vijci obrađeni samo u navojima, pa ostavite razmak od 0,5 do 2 mm između tijela i rupe. Treba biti oprezan s većim silama, jer spojevi s vijcima često pokazuju značajne deformacije.
Sl. 8 - Vijak
Kontravijci: dimenzijama odgovaraju sirovim šesterokutnim vijcima, ali imaju precizno cilindrično obrađeno tijelo tako da dobro ispunjavaju rupu. Ugrađeni vijci zamjenjuju neobrađene kada je potrebno prenijeti veće sile ili kada pokreti u spojevima moraju ostati unutar malih granica.
Podložne ploče: vijci se postavljaju s potpornim pločama. Debljina ploče ovisi o veličini upotrijebljenog vijka.
Oznake: oznake, veličine otvora i vijaka dane su u sljedećoj tablici:
Sl. 9 - Tragovi vijaka
Statičko naprezanje pojedinačnih vijaka
Smične veze: Stanje naprezanja u vijčanim spojevima slično je onom u spojevima zakovicama. Pri dimenzioniranju se izračunava s prosječnim vrijednostima posmičnih naprezanja τm i pritiska na kućište otvora σlm. Poznato je da se pritisak na kućište rupe jako povećava kada navoji uđu u rupu, što stoga treba izbjegavati.
Otpor trenja u normalnim spojevima s vijcima manji je nego kod spojeva zakovicama, jer se pri zatezanju matica mogu postići samo relativno male sile zatezanja. Prejako zatezanje oštetit će navoje. Odnosi se na visokovrijedne vijke zbog kojih je otpor trenja u spojevima ključan za njihovo ponašanje.
Čvrstoća na smicanje ugrađenih cilindričnih čepova ista je kao i kod zakovica. Statički test na trganje ne može, pod normalnim okolnostima, utvrditi nikakvu razliku između ugrađenih čepova i zakovica u smislu tlačne čvrstoće po ovojnici rupe. Pri opterećenju zamorom proporcionalno niži otpor trenja uzrok je bitno drugačijeg ponašanja spojeva s vijcima.
Sirovi vijci imaju niži otpor u spojevima pod opterećenjem na smicanje do 20% zbog razmaka između rupe i tijela vijka. Zbog toga su dopuštena naprezanja za neobrađene vijke niža nego za montirane. Za dimenzioniranje treba uzeti stvarni promjer tijela d.
Zglobne kapice
Zglobne kapice pružaju spoj otporan na napetost i pritisak gdje se spojeni elementi mogu okretati. Primjena na spojevima Gerberovih nosača, visećih pojaseva lančanih visećih mostova, spojeva zategnutih šipki u obliku zglobova itd. Rešetke sa spojevima u čvorovima na spoj, tzv. mostovi s čepovima gotovo da se više i ne grade. Velike sile trenja, koje se javljaju na čepovima, onemogućuju kretanje, dok se međusobna rotacija postiže samo većim momentima.
Sl. 10 - Kapice, a) kapica s vijkom; b) pluto s rascjepom; c) kapa jednog visećeg mosta
Stanje naprezanja u utikaču je uglavnom kao kod spojeva zakovicama. Čepovi su stoga dimenzionirani prema srednjem posmičnom naprezanju τm i prosječnom tlačnom naprezanju po ovojnici rupe σlm. Budući da se čepovi moraju lako okretati, σlm se uzima manje. Naprezanja savijanja u čepovima uglavnom su beznačajna, ali mogu doseći značajne vrijednosti kada su spojeni dijelovi visoko koncentrirani.
Za svaki stvarni objekt koriste se važeće metode proračuna, propisani detalji spojeva i projektna dokumentacija ovlaštenog stručnjaka. Ovaj je tekst sačuvan kao povijesni obrazovni izvor.