Arhivski stručni sadržaj: Članak čuva povijesne primjere i tvrdnje o zavarenim čeličnim nosačima, mostovima i rešetkama, ali nije projekt, proračun, specifikacija spoja, plan zavarivanja, kvalifikacija postupka, procjena zamora ili priručnik za popravak. Materijal, zavarljivost, žilavost, debljina, priprema spoja, dodatni materijal, predgrijavanje, redoslijed, zaostala naprezanja, tolerancije, korozija, požar, zamor i kontrola moraju se odrediti prema specifičnom projektu i primjenjivim standardima. Noseće spojeve projektiraju, izvode i kontroliraju odgovarajuće kvalificirane osobe.
Savo Kusić danas se fokusira na drvene prozore, drvo-aluminijske prozore, prozore po narudžbi, vrata i zahtjeve za ponudu. Ovaj članak ostaje povijesni arhiv i ne predstavlja ponudu za projektiranje, zavarivanje, ispitivanje ili armiranje čeličnih konstrukcija.
Potpuno zavareni nosači
Poprečni presjeci nosača
Pregled je dan na sl. 1 i 2. Sl. 1a prikazuje nosač ojačan zavarenim letvicama remena. Sekcije proizvoljne nosivosti mogu se sastaviti od širokog čelika i limova (sl. 1b do e). Otvoreni spoj između kutnih šavova treba izbjeći oštrenjem okomitog lima (sl. 1c). Poprečni presjek nosača može se prilagoditi potrebnom momentu otpora dodatnim letvicama pojasa. Sekcije na sl. 2d do f imaju prednost da šav na sučelju dolazi u području manje debljine rebra. Ovdje se šavovi mogu posebno lako pregledati rendgenskim zrakama.
Slika 1 — presjeci zavarenih nosača.
Slika 2 — dijelovi nosača od posebnih profila.
Kontrola zavara: radiografsko ispitivanje koristi ionizirajuće zračenje i provodi ga samo u kontroliranim uvjetima od strane ovlaštenih stručnjaka. Izbor metode kontrole, opseg prihvatljivosti i kriteriji kvalitete određeni su projektom i normom; pregled fotografije ili vanjske površine nije dokaz unutarnje kvalitete zavara.
Nastavak okomitog lista
Razvoj se odvijao na sasvim primjeren način. Izvedene su ekstenzije s podvezicama. Križni nastavak nije dobio veći značaj u mostogradnji, ali se ipak pokazao dobrim u visokogradnji. Budući da su okomita proširenja na međupovršinu bila neekonomična zbog niskih dopuštenih naprezanja, pronađeni su produžeci s povećanom duljinom šava.
Univerzalni bitovi
Sl. 3 prikazuje nastavak glavnog nosača autocestovnog mosta s ojačanim rebrom. Sl. 4 daje nastavak jednog mosta na autocesti. U najboljem slučaju, ovaj nastavak se izgledom i načinom djelovanja ne razlikuje od neproduženog nosača, samo je čvrstoća na zamor nešto manja. Rješenje proširenja ovisi o tome radi li se o proširenju radionice ili proširenju montaže. Budući da su bolji alati dostupni u radionici, zavarivanje na licu mjesta je ograničeno ako je moguće. Sl. 5 prikazuje podjelu jedne grede duljine 63m. Nosači su dopremljeni na gradilište u dionicama dužine 38m i 25m, pri čemu su zavareni samo nastavci označeni sa “B”. Produžeci za montažu izrađeni su kao U-produžeci, kako bi se izbjeglo zavarivanje iznad glave.
Slika 3 — nastavak nosača mosta na autocesti kod Hattenheima.
Slika 4 — povijesni detalj nastavka nosača mosta.
Slika 5 — raspored produžetaka radionica i montaže.
Kontinuirani puni nosači zavareni su tijekom napredovanja montaže kroz otvore bez skele, kao što je npr. u blizini cestovnog mosta s otvorima 42m. Dijelovi nosača montirani su plovnom dizalicom te su nakon montaže svih elemenata zavareni. U isto vrijeme, glavni nosači su pričvršćeni vijcima pomoću podveza s otvorima (sl. 6). Kroz rupe u podvezicama mogao se zavariti veći dio šava okomitog lima, prije nego što su se podvezice morale ukloniti. Sl. 6 sadrži dodatne informacije o pripremi U-šavova za posebne profile u gornjem i donjem pojasu.
Slika 6 — privremene podvezice s rupama za pristup za varenje.
Montaža i rad na gradilištu: povijesni primjeri s plovnom dizalicom, privremenim vezivanjem, radovima na grotlima i zavarivanjem na gradilištu nisu plan montaže. Potrebni su izračun privremenih uvjeta, plan podizanja i osiguranja, kontrola geometrije, zaštita od pada, zaštita od požara i dima i sljediva kontrola svakog spoja prije uklanjanja privremenih nosača.
Učvršćivači
Potrebno je dobro ukrutiti čvrste zavarene nosače protiv izbočenja okomitog lima i bočnog izvijanja remena, osim toga, savijanje tijekom zavarivanja treba održavati na niskoj razini. Naprezanja stezanja na okomitim ukrutima istraživao je O. Grafikon-a. Tijekom ispitivanog slijeda radova (prvo su zavareni ukruti, a zatim glavni šavovi) došlo je do značajnih naprezanja skupljanja u ukrutima i obližnjim trakama okomitog lima. Ako su ukrućenja već na pojasevima prije nego što su glavni šavovi izvučeni, tada je spriječeno skupljanje letvica pojasa. U lamelama pojasa pojavljuju se valoviti zavoji u uzdužnom smjeru do 2mm, u poprečnom smjeru oko 0,25mm (sl. 7). Stoga su u letvicama remena morala postojati značajna naprezanja savijanja u oba smjera. Nosivost je bila ograničena pojavom velikih deformacija, a ne prekidnom čvrstoćom donjeg remena. Prema rezultatima ispitivanja zamora, za mostove je potrebno između ukruta i pojasa ugraditi dobro prianjajuće ploče koje se na ukrute učvršćuju sučeonim zavarom. Učvršćivači i spojevi su izrezani tako da glavni šav ostane slobodan (sl. 8). U građevinskoj industriji, u većini slučajeva, nema sumnje da su ukrute zavarene izravno na nosače. Bolje je izbjegavati rezanje šavova i njihovo previše gomilanje.
Slika 7 — deformacija remena tijekom zavarivanja.
Slika 8 — učvršćivanje s dobro prianjajućim pločicama.
Skupljanje, deformacije i zamor: povijesni rezultati ispitivanja ne mogu se prenijeti na drugi detalj bez izračuna. Učvršćivači, završeci zavara, križanja šavova, tolerancije i redoslijed rada utječu na zaostala naprezanja, izvijanje i čvrstoću na zamor; neprihvatljive pukotine i deformacije ne rješavaju se dodatnim zavarivanjem bez odobrenog postupka popravka.
Pune zagrade i okviri
Nosači za lukove i vitki lukovi
Lučni aparatić nudi nešto posebno u usporedbi s pravim punim aparatićem. Međutim, među najzanimljivijim zavarenim konstrukcijama ubrajaju se spojevi konzolnih lukova s dvostrukom stijenkom na grede za ukrućenje s jednom stijenkom, kakvi su izvedeni na dva najveća zavarena mosta na autocestama. Na mostu autoceste preko Lecha u blizini Duisburga, masivni strojno obrađeni komad kovanog čelika korišten je na krajnjem čvoru kako bi se olakšao rad zavarivanja. Ovaj (sl. 9) preuzima sile s luka i prenosi ih na gredu za ukrućenje. Isporučuje se s jakim izlazom 50 mm, koji prolazi kroz jedan utor do gornjeg pojasa grede za ukrućenje i zavaren je na okomitu ploču, ojačanu do debljine 50 mm.
Slika 9 — krajnji čvor lučnog mosta.
Okvirne konstrukcije
Na uglovima okvira najbolje se vide prednosti tehnike zavarivanja koja omogućuje izradu kompliciranih oblika bez posebnih poteškoća. Jedan kut okvira s velikim opterećenjem prikazan je na sl. 10. Konstrukcija ima zavarena radionička proširenja. Nastavci za montažu pričvršćeni su samoreznim vijcima. Prilikom zavarivanja ukrućenja između krakova spojenih nosača dolazi do velikih naprezanja skupljanja, što ponekad dovodi do pukotina. Naprezanja skupljanja značajno su smanjena kada su, umjesto punih rebara (sl. 11a), zavareni samo krilni listovi (sl. 11b).
Slika 10 — kut nosača okvira.
Slika 11 — detaljna usporedba ukrućenja zavarenog spoja.
Slika 12 — Belgijski čvor mosta s nosačima okvira.
Spojevi uzdužnih nosača krutih na savijanje
U kolničkoj rešetki mostova može se postići veliko pojednostavljenje primjenom zavarenih veza. Čvrstoća na zamor spojeva uzdužnih oslonaca i sl. pod opterećenjem savijanja rasvijetljena je ispitivanjima O. Graf-a (sl. 13). Prema tome, veza sa šavom na sučelje na zategnutoj strani ima veću čvrstoću na zamor pri ravnomjernom naprezanju savijanja σUb od veze gdje je zategnuti krak spojen kutnim šavovima.
Slika 13 — povijesne varijante uzdužnih potpornih veza.
Grid podržava
Zavarene rešetkaste strukture
Oblici i spojevi starijih rešetki bili su kopije zakovanih konstrukcija (sl. 14). To je nesvrsishodno, posebna svojstva zavarenih spojeva moraju se uzeti u obzir pri izboru poprečnih presjeka. Važna je i veća krutost svih veza u usporedbi s čvorovima zakovicama. Spojevi dijagonalnih šipki u čvorovima mreže s većim silama, posebno na gradilištu, teško su izvedivi. Budući da ovdje dolaze u pitanje spojevi s kutnim šavovima, otpornost na zamor je relativno niska. Potpuno zavaren, tj. i u čvorovima zavarene rešetke, dakle samo u nekim posebnim područjima čeličnih konstrukcija. Na primjer, s krovnim vezama, s dizalicama koje nisu jako dinamički opterećene, itd.
Slika 14 — zavareni čvor rešetkaste potpore.
Za formiranje presjeka u prvom redu dolaze u obzir ravni čelici i limovi. Kod zavarenih konstrukcija bez posebnih poteškoća izrađuju se šuplji profili koji zbog svoje torzijske krutosti imaju prednost pred prešanim šipkama. Poseban slučaj okrugle cijevi zaslužuje poseban spomen. Zavarene cjevaste konstrukcije našle su široku primjenu, npr. u izradi kranova ili lakih konstrukcija u građevinarstvu. U slučaju nastavka i spajanja šupljih presjeka treba zapravo uzeti u obzir određene konstruktivne poteškoće i dodatne troškove. Zavareni dijelovi često su skupljeni na krajevima kako bi se veza mogla lakše zakivati (sl. 15). Posebne mjere potrebne u radionici i na gradilištu za zavarene rešetkaste konstrukcije otežavaju primjenu, osim ako se ne radi o nosačima s malim ili pretežno statičkim opterećenjem. Za dinamički opterećene rešetke i za one s velikim silama vrijedilo je pravilo da se zavaruju samo pojedinačni elementi, ali se njihovo međusobno spajanje vrši pomoću vijaka. Prije svega, uklonjene su poteškoće s instalacijom; a rešetke izrađene od zavarenih elemenata mogu se montirati prema istim postupcima kao i one izrađene od zakivane šipke.
Slika 15 — oblikovanje kraja šupljeg dijela za spajanje.
Čvorni limovi, koji istodobno primaju dijagonale, zakovicama se na uobičajen način pričvršćuju na rebra remena ili se s njima sučeono zavaruju (sl. 16a). Potonji ima nedostatak “početnih kutnih šavova”, koji su štetni za čvrstoću nosača na zamor. Odlučan korak prema ispravnom oblikovanju rešetkastih mostova zavarivanjem učinjen je na željezničkom mostu preko Rajne kod Mainza (Kaiserov most). Tamo, na 50 mm, ojačani nodalni listovi sa sučeonim šavovima umetnuti su u okomite listove debelih remena 30 mm. Prijelazi su postupni, oblikovanje je vidljivo sa sl. 16b. Produžeci šipki remena nalaze se pored čvorova.
Slika 16 — nodalni limovi spojnice za vjetar i željeznički most preko Rajne u blizini Mainza (Kaiserov most, 1954).
Ojačanje zavarivanjem
Naknadno armiranje čeličnih konstrukcija jedan je od najtežih radova, pogotovo kada se mora raditi na opterećenoj konstrukciji. Kod spojeva zakovicama, umetanje ojačanja, bušenje i spajanje na postojeće dijelove je dugotrajno i skupo. Budući da je zavarivanje moguće bez dugotrajnih predpriprema kao i bez kidanja postojećeg spoja, bilo je blizu pokušaja zavarivanja armature poprečnih presjeka i spojeva rešetki. Zajedničko djelovanje zakovica i zavara pri prihvaćanju sila u šipkama detaljno je teorijski i pokusno ispitano. Međutim, u praktičnoj primjeni pojavile su se pukotine i lomovi od zamora, djelomično tek nakon dulje uporabe. Uzroci ovih poteškoća bili su učinci zareza pri zavarivanju i nagle promjene presjeka, a neke od pukotina koje su se pojavile uzrokovane su velikim naprezanjem uslijed skupljanja.
Ojačanje postojeće strukture: zavarivanje napregnutog ili starog čelika može dovesti do pukotina, krhkog loma, lokalnog gubitka stabilnosti i novog puta sile. Prije rada potrebno je utvrditi materijal, postojeća oštećenja i zamor, stvarno opterećenje, zavarljivost, slijed rasterećenja i privremeno osiguranje. Armiranje se izvodi samo prema odobrenom projektu i postupku, uz nadzor i kontrolu.
Kombinacija zavarivanja, zakivanja i uvrtanja
Bila je zabranjena istovremena primjena zavarivanja i zakivanja. Posebna pažnja posvećena je “potpuno zavarenim konstrukcijama” kod kojih su u potpunosti izbjegnute zakovice i vijci. Danas se zavarivanje i zakivanje ponovno primjenjuju paralelno na istom predmetu. U mnogim slučajevima svrsishodno je zavariti samo radioničke nastavke, a montažne, naprotiv, zakivati. Primjenu obje vrste spoja u istom nastavku treba izbjegavati, jer se ne može postići jasna raspodjela sila zbog skupljanja uzrokovanog zavarivanjem i klizanjem zakovica/vijka.
Završna napomena: zajedničko djelovanje zavara, zakovica i vijaka ne smije se pretpostaviti bez proračunskog modela, definiranog redoslijeda izvođenja, tolerancija i kontrole klizanja. Za svaki nosivi detalj mora biti poznat put sile, kategorija zamora, dostupnost zavarivanju i pregledu, prihvatljivi nedostaci i plan održavanja tijekom životnog vijeka konstrukcije.