Sujungimais vadinamos jungtys, kurios naudojamos pailginimui arba padidinimui. Sujungimai, pavyzdžiui, būtini, nes turimi valcuoti lakštų ilgiai arba plotiai yra nepakankami, o montuojant jie reikalingi siekiant apriboti transportuojamų atskirų elementų matmenis ir masę. Apkabomis vadinami lakštai, dengianti nutraukimą sujungime. Visos kitos jungtys, ypač tarp įvairių krypčių grotos strypų ir įvairiose plokštumose esančių laikiklių, vadinamos prijungimais.
Įprastų sujungimų atveju sujungimo apkabos ir kniedės skaičiuojamos pagal visą jėgą. Todėl normaliame sujungime nereikalaujama, kad sujungimo paviršiai liestųsi.
Pagrindinė įtemptų ir suspaustų strypų (tai yra tiesių strypų, kurie daugiausia apkrauti normaliosiomis jėgomis) taikymo sritis yra grotelės. Šio skyriaus nagrinėjimuose neatsižvelgiama į suspaustų strypų išlinkimo pavojų. Pirmiausia bus nagrinėjamas statinis stipris.
Skylių atskaitymas įtemptuose strypuose
Laikomoji galia: Įtempių būvis tempiamajame strype žymiai lokaliai pakinta dėl skylių / angų. Proporcingumo srityje įtempių pasiskirstymas atitinka susilpninto skerspjūvio būvį (pav. 1). Didžiausias išilginis įtempis stačiakampiame strype pagal A. Henningą yra:
maxσ = σm*[3-(d/b) + 0,8(d/b)2]
Pav. 1 - Išilginiai ir skersiniai įtempiai išgręžtame strype a) pagal A. Henningą; b) pagal M. Rudeloffą
Ribiniu atveju d/b = 0 labai plačių lamelių gaunama maxσ = 3σm, o sl. 1a parodytu atveju d/b = 1/3 yra maxσ = 2,42 σm. Be išilginės įtampos yra ir skersinės bei šlyties įtampos. Didžiausia įtampa yra ties skylės išore. Ten atsiranda pirmosios negrįžtamos deformacijos, t. y. įtempių viršūnės suskaidomos ir skerspjūvyje atsiranda įtempių suvienodinimas. Pastebimos negrįžtamos deformacijos skylių srityje atsiranda tik tada, kai vidutinė įtampa σm susilpnintame skerspjūvyje viršija takumo ribą σFO. Bendras strypo pailgėjimas esant SF = Fm * σF yra tik nežymiai didesnis negu strypo be skylių. (Fm yra silpniausio skerspjūvio plotas)
Atliekant tempimo bandymą su kniedytais strypais, lūžis visada įvyksta susilpnintuose skerspjūviuose. Lūžio apkrova įprastomis sąlygomis pakankamai tiksliai yra SB = Fn * σB. Lūžio bandymai tempiant strypus su atviromis skylėmis parodė lūžių vaizdus kaip pav. 2.
Pav. 2 - Įtemptų strypų lūžio vaizdai
Bandymuose su kniedinėmis jungtimis parodyta, kad užlaidiniai sujungimai su viena kniedžių eile turi mažesnį atsparumą nei sujungimai su keliomis vienas paskui kitą išdėstytomis kniedžių eilėmis. Pagal tai vidutinė lūžio įtampa σB naudingojoje skerspjūvio dalyje buvo:
Matmenų parinkimo tvarka tempiamiesiems strypams: Pagal įprastą skaičiavimo būdą vidutiniam tempiamajam įtempiui turi galioti σm = S/Fm ≤ leidžσ ir tai visuose svarbiuose skerspjūviuose Fm. Skylių atskaitymas nustatomas statmenajam skerspjūviui su didžiausiu skylių skaičiumi, tačiau gali atsitikti, kad lūžtinis skerspjūvis su daugiau skylių duoda mažesnę Fm reikšmę (pav. 2). Šiuo požiūriu valcuotiems profiliams Fm skaičiuojamas su išvyniojimu. Sudėtiniams skerspjūviams taikoma ta pati tvarka.
Santykis Fm/F paprastai yra tarp 0,8 ir 0,9, t. y. skylių atskaitymas ΔF = F – Fm sudaro 10% iki 20% viso strypo skerspjūvio F. Dideliuose statiniuose ΔF labai veikia svorį, todėl verta parinkti skerspjūvius su mažesniu skylių atskaitymu.
Deformacijos: tempiamų strypų su skylėmis elastingas pailgėjimas vos didesnis nei palyginamų negręžtų strypų. Bendras sujungimų pailgėjimas yra beveik toks pat kaip ir sujungtų lamelių. Todėl plieninių konstrukcijų deformacijoms apskaičiuoti pakanka nustatyti nepažeistų strypų elastingus pailgėjimus, taikant E ir F reikšmes. Atsparumas takumui strypuose su susilpninimu yra didesnis negu, pavyzdžiui, gniuždomuose strypuose.
Jėgų pasiskirstymas kniedėse
Pav. 3
Jėgos S pasiskirstymas strype į atskiras jungties kniedes priklauso nuo jos elastingųjų savybių, ji yra „statistiškai neapibrėžta“. Pav. 3 atveju pasiskirstymas N1, N2, … priklauso nuo kniedžių ir sujungtų lakštų deformacijos, jis kinta priklausomai nuo santykio Fįstrižainės/Fstrypo. Kai Fįstrižainės ≠ Fstrypo, kraštinės jėgos kniedėse nebe yra vienodai didelės (pav. 50a). Mažėjant santykiui Fįstrižainės/Fstrypo, Nn tampa mažesnė, N1 artėja prie S. Labai skirtingo storio lamelių sujungimas (pav. 4b) nėra tikslingas dėl pirmosios kniedės perkrovos.
Pav. 4 - Kniedžių apkrova, kai Fstrypas > Fįtvarų
Lamelės ir ryšiai standūs, tik kniedės elastingos (pav. 5a). Tada visos kniedės gauna vienodą lenkimą, visos jėgos kniedėse turi būti vienodos.
Kniedės standžios, tik lamelės ir įtvarai elastingi (pav. 5b). Kadangi strypo ir įtvarų pailgėjimai tarp pirmosios ir paskutinės kniedės turi būti vienodi, iš to seka N2 = N3 = … = Nn-1 = 0, išskyrus N1 = S * x1.
Pav. 5
Tikrasis jėgų pasiskirstymas yra tarp šių ribinių atvejų. Didėjant apkrovai, pirmiausia kraštiniuose kniedėse atsiranda pastovi deformacija, labiausiai apkrautos kniedės atleidžiamos ir jėgų pasiskirstymas tampa vis tolygesnis. Atsiradus didesnėms deformacijoms, jėgų pasiskirstymas artėja prie atvejo, kai lamelės ir įtempiamieji strypai yra standūs, t. y. jėgos kniedėse beveik visos vienodos, jei lemiančiu laikomas kniedžių kirpimas.
Lūžio apkrova: Kniedžių kniedijimo būdas beveik neturi įtakos τBV. Jungties kirpimo stipris τBV praktiškai nepriklauso nuo kniedžių skaičiaus, jų išdėstymo, kniedytos jungties formos; lūžio apkrova geru tikslumu atitinka tolygią visų kniedžių apkrovą. Tie patys teiginiai, beje, galioja ir paprastoms varžtinėms jungtims, iš ko galima daryti išvadą, kad slydimo pasipriešinimas neturi esminės įtakos laikomajai galiai.
Matmenų parinkimas: Plieninėms konstrukcijoms ir centriniu būdu apkrautiems strypams skaičiuojama pagal tolygų pasiskirstymą, t. y. kiekvienai kniedei N = S/n. Kadangi ilguose sujungimuose pirmosios kniedės jau greitai perkraunamos, daugiau kaip 6 kniedžių viena po kitos, jei įmanoma, vengiama.
Atsparumas slydimui: slydimas jungtyse pasireiškia jau esant santykinai nedidelei apkrovai. Atsparumas slydimui pirmiausia priklauso nuo prispaudimo jėgos, kuri kinta dėl daugelio veiksnių. Jis lieka neįvertintas projektuojant sujungimus su kniedėmis ir iki šiol įprastais varžtais. Nurodoma į sujungimus su didelio stiprio varžtais.
Jėgų pasiskirstymas kniedėse pagal plotį: Esant vienodiems kniedžių atstumams statmenai jėgos krypčiai (pav. 6a), atskiroms kniedėms tenka vienodo pločio skerspjūvio juostos a, todėl pirmu aproximavimu jėgos kniedėse N = a t σ yra vienodo dydžio. Esant nevienodiems kniedžių tarpams pasiskirstymas yra statiškai neapibrėžtas; pav. 6b atveju jis vyksta pagal sverto dėsnį.
pav. 6
Įtemptasis strypas
Tęsinys: Tęsinys su simetriškomis įtempėmis (pav. 3 ir 4). Jėgą S strype ties tęsinio vieta turi perimti tik įtempė. Sujungimo kniedės tęsinio vietoje taip pat turi būti parenkamos pagal S, nes jos turi perduoti visą jėgą iš pratęsto strypo į įtempes.
Jungtys su vienpuse uždanga susijusios su dideliais papildomais lenkimo įtempiais sujungtuose lakštuose, uždangoje ir kniedėse. Dėl didelių deformacijų vienpusis jungčių dengimas taikomas tik tada (pav. 7) kai strypas yra standus lenkimui arba kai jis iš šono laikomas taip, kad negalėtų išlinkti.
Pav. 7
Tarpinis sujungimas – Kai apkalos negali gulėti tiesiogiai ant sujungiamų lakštų, kniedėms ir lakštams tenka gerokai didesnės lenkimo įtampos. Todėl, atsižvelgiant į m tarpsluoksnių skaičių, parenkamas didesnis n’ kniedžių skaičius negu n tiesioginio sujungimų uždengimo atveju.
Pav. 8
Sudėtiniuose skerspjūviuose rišamosios juostos išdėstomos taip, kad būtų išvengta vietinių įtempių padidėjimų, todėl atskirų rišamųjų juostų plotai nustatomi pagal skerspjūvio dalies, kurią jos dengia, plotą, pageidautina išlaikant svorio centro padėtį. Nuo to besiskiriantys rišamųjų juostų plotų paskirstymai yra susiję su įtempių pasiskirstymo pokyčiais. Pav. 9 parodytas vienos sienelės, o pav. 10 dviejų dalių strypo pratęsimas su 4 vertikalių lakštų ir vienu atbrailu tarp kampuočių.
Pav. 9
Pav. 10
Jungtis: Įtemptų strypų jungtims iš esmės galioja tos pačios priklausomybės kaip ir tęsinio atveju. Bandymų rezultatai parodė didelį simetriško jėgos įvedimo pranašumą. Vienpusės jungties atveju susidaro didelis lenkimas išilgine ir skersine kryptimi (pav. 11). Nepaisant ženklių papildomų lenkimo įtempių, L ir C strypai, prijungti vienoje pusėje, gali būti beveik visiškai išnaudojami. Vienos jungties laikomoji galia gali sumažėti perpus, jeigu nebuvo imtasi priemonių papildomiesiems lenkimo momentams sulyginti.
Pav. 11
Jungčių dengimui nereikia naudoti mazginių skardų; tam reikia numatyti specialias uždangas. Prijungimas prie mazginės skardos palengvėja, kai didesnė strypo skerspjūvio dalis patenka į mazginės skardos plokštumą.
Sl. 12 - Jungtys su jungiamuoju kampuočiu ir be jo
Spaudžiamas strypas
Prailginant ir sujungiant gniuždomuosius strypus galioja tie patys principai kaip ir tempiamiesiems strypams, ir jų atveju visa jėga perduodama kniedėmis ir apkabomis, t. y. pagal visą strypo skerspjūvio plotą F projektuojami Fpodvezica ir Fs, atitinkamai Fl. Paprastai sujungimų paviršiai nėra tiksliai suderinti. Plieninėse statybos konstrukcijose, kolonuose, einančiuose per kelis aukštus ir veikiamuose tik gniuždymo, naudojama galimybė jungtis su mažesniu sujungimų užleidimu. Gniuždomųjų strypų laikomoji galia išnaudota, jeigu iki tol neatsiranda nestabilumo atvejų, vėliausiai pasiekus takumo ribą, nes tada atsiranda didelės deformacijos ir strypas išsilenkia į šoną. Kniedėmis užpildytos skylės šiuo požiūriu neturi pastebimos įtakos strypo elgsenai.
Kniedytų jungčių atsparumas nuovargiui
Rivetinių jungčių nuovargio stipriui pirmiausia reikšmingos įtempimų viršūnės, kurios atsiranda ties skylėmis. Nuovargio stipris jau vien dėl skylių žymiai sumažėja. Strypai su atviromis skylėmis nuovargio bandymuose tempiant lūžta susilpnintuose skerspjūviuose, ir nuovargio lūžis prasideda nuo įtrūkimų skylės krašte, kurie nuolat toliau plinta per skerspjūvį. Todėl glotnios skylės yra ypač svarbios. Pav. 13 pateiktas plokščių strypų nuovargio stipris skirtingose klasėse (dešinėje – aukštesnė plieno klasė). Esant didesnėms ankstesnėms apkrovoms σu, abu medžiagų tipai atlaiko nuovargio stiprį σDz virš takumo ribos. Įtempimo amplitudė abiem klasėms yra maždaug vienoda.
Pav. 13 - Atsparumas nuovargiui σDz
Kintamai tempimo ir gniuždymo apkrovai kniedytoms jungtims iš esmės galioja panašios priklausomybės kaip ir vienakryptėms apkrovoms. Verta pastebėti, kad įtempių amplitudė esant kintamai apkrovai yra maždaug 1,5 kartus didesnė (pav. 14), tačiau kniedės esant šiai apkrovai akivaizdžiai labiau pažeidžiamos negu esant vienakryptei apkrovai.
Pav. 14 - Kniedinių jungčių atsparumas tempimo nuovargiui