Savienojumiem sauc savienojumus, kas kalpo pagarināšanai vai palielināšanai. Savienojumi ir, piemēram, vajadzīgi tāpēc, ka pieejamie velmētie lokšņu garumi vai platumi nav pietiekami; montāžā tie ir nepieciešami atsevišķu transportējamo elementu izmēru un svara ierobežošanai. Siksnām sauc loksnes, kas pārklāj pārtraukumu savienojumā. Visas pārējās saites, īpaši tās starp režģa stieņiem dažādos virzienos un balstiem dažādās plaknēs, tiek apzīmētas kā pieslēgumi.
Parastajās savienojuma vietās siksnas un savienojuma kniedes tiek dimensionētas atbilstoši pilnajam spēkam. Tāpēc normālā savienojumā netiek prasīts, lai savienojuma virsmas saskartos.
Galveno stieņu pielietojuma jomu stieņiem, kas ir nostiepti un nospiesti (tie ir taisni stieņi, kuri pārsvarā ir pakļauti normālajiem spēkiem), veido režģi. Šīs nodaļas apsvērumos netiek ņemts vērā nospiesto stieņu izlieces risks. Vispirms tiks aplūkota statiskā izturība.
Atveru atskaitījums stieptos stieņos
Nestspēja: Sprieguma stāvoklis spriegotā stiegrā caurumu/atveru dēļ ir būtiski lokāli mainīts. Proporcionalitātes apgabalā spriegumu sadalījums atbilst vājinātajam šķērsgriezumam (sk. 1). Lielākais garenvirziena spriegums taisnstūra stiegrā pēc A. Heninga ir:
maxσ = σm*[3-(d/b) + 0,8(d/b)2]
Att. 1 - Gareniskie un šķērseniskie spriegumi urbtā stienī a) pēc A. Henninga; b) pēc M. Rudelofa
Robežgadījumā d/b = 0 ļoti platām lamelēm no tā izriet maxσ = 3σm, un gadījumā, kas parādīts att. 1a, d/b = 1/3 ir maxσ = 2,42 σm. Papildus gareniskajam spriegumam pastāv arī šķērs- un bīdes spriegumi. Vislielākā spriedze ir cauruma apvalkā. Tur parādās pirmās paliekošās deformācijas, t. i., spriegumu virsotnes tiek izlīdzinātas un šķērsgriezumā rodas spriegumu izlīdzināšanās. Pamanāmas paliekošās deformācijas caurumu zonā parādās tikai tad, kad vidējais spriegums σm novājinātajā šķērsgriezumā pārsniedz tecēšanas robežu σFO. Kopējā stieņa deformācija pie SF = Fm * σF ir tikai nedaudz lielāka nekā stienim bez caurumiem. (Fm ir vājākā šķērsgriezuma laukums)
Veicot stiepes pārbaudi ar kniedētiem stieņiem, lūzums vienmēr notiek novājinātajos šķērsgriezumos. Lūzuma slodze parastos apstākļos ir pietiekami precīzi SB = Fn * σB. Pārrāvuma mēģinājumi nospriegotiem stieņiem ar atklātiem caurumiem parādīja lūzumu veidus kā attēlā 2.
Att. 2 - Stiepto stieņu lūzuma attēli
Pētījumos ar kniedētām savienojuma vietām ir pierādīts, ka savienojumiem ar vienu kniedžu rindu ir mazāka izturība nekā savienojumiem ar vairākām kniedžu rindām vienai aiz otras. Tādējādi vidējais spriegums lūzuma brīdī σB lietderīgajā šķērsgriezumā bija:
Dimensiju noteikšanas procedūra spriegotām stiegrām: Saskaņā ar parasto aprēķina metodi vidējam stiepes spriegumam jāizpildās σm = S/Fm ≤ dozσ, un tas visos noteicošajos šķērsgriezumos Fm. Caurumu atskaitīšana tiek noteikta taisnajam šķērsgriezumam ar lielāko caurumu skaitu, un var gadīties, ka salauzts šķērsgriezums ar vairāk caurumiem dod mazāku Fm vērtību (sk. 2). Šajā ziņā valcprofiliem Fm rēķina ar izritināšanu. Sarežģītiem šķērsgriezumiem rīkojas tādā pašā nozīmē.
Attiecība Fm/F parasti ir robežās no 0,8 līdz 0,9, t. i., caurumu atskaitījums ΔF = F – Fm ir 10% līdz 20% no visa stieņa šķērsgriezuma F. Lielās būvēs ΔF būtiski ietekmē svaru, tādēļ ir vērts atrast šķērsgriezumus ar mazāku caurumu atskaitījumu.
Deformācijas: Stiepto stieņu ar caurumiem elastīgais pagarinājums tik tikko ir lielāks nekā salīdzināmiem neurbtiem stieņiem. Savienojumu kopējais pagarinājums ir gandrīz tikpat liels kā savienoto lamelu pagarinājums. Tāpēc tērauda konstrukciju deformāciju aprēķinā pietiek noteikt elastīgos pagarinājumus ar E un F vērtībām neatslābinātiem stieņiem. Drošība pret tecēšanu stieņiem ar vājumiem ir lielāka nekā, piemēram, saspiestiem stieņiem.
Spēku sadalījums kniedēs
Att. 3
Spēka S sadalījums stienī uz atsevišķām savienojuma kniedēm ir atkarīgs no tā elastīgajām īpašībām; tas ir “statistiski nenoteikts”. Attēla 3 gadījumā sadalījums N1, N2, … ir atkarīgs no kniežu un savienoto lokšņu deformācijas, un tas mainās atkarībā no Fsaites/Fstieņa attiecības. Ja Fsaites ≠ Fstieņa, tad gala spēki kniedēs vairs nav vienādi lieli (att. 50a). Samazinoties Fsaites/Fstieņa attiecībai, Nn kļūst mazāks, N1 tuvojas S. Ļoti atšķirīga biezuma lameļu savienošana (att. 4b) nav lietderīga pirmās kniedes pārslodzes dēļ.
Att. 4 - Kniedu slodze pie Fštap > Fpodvezice
Lāstes un saites ir stingras, tikai kniedes ir elastīgas (sk. 5a). Tad visas kniedes iegūst vienādu lieci, visiem spēkiem kniedēs jābūt vienādiem.
Kniedes stingras, tikai plāksnes un saites elastīgas (att. 5b). Tā kā stieņa un saišu pagarinājumiem starp pirmo un pēdējo kniedi jābūt vienādiem, seko N2 = N3 = … = Nn-1 = 0, izņemot N1 = S * x1.
Att. 5
Patiesais spēku sadalījums atrodas starp šiem robežgadījumiem. Palielinoties slodzei, vispirms gala kniedēs rodas pastāvīga deformācija, visvairāk noslogotās kniedes tiek atslogotas, un spēku sadalījums kļūst arvien vienmērīgāks. Pēc lielāku deformāciju rašanās spēku sadalījums tuvojas gadījumam, kurā lameles un saites ir stingras, t. i., kniedēs esošie spēki ir gandrīz vienādi, ja noteicošā ir kniežu bīde.
Bojājuma slodze: Kniedu stiprinājuma veids gandrīz neietekmē τBV. Savienojuma bīdes stiprība τBV praktiski nav atkarīga no kniežu skaita, to izvietojuma, kniedētā savienojuma formas; bojājuma slodze labā tuvinājumā atbilst visu kniežu vienmērīgai noslogošanai. Tie paši apgalvojumi turklāt attiecas arī uz parastajiem skrūvsavienojumiem, no kā var secināt, ka pretestībai pret slīdēšanu nav būtiskas ietekmes uz nestspēju.
Dimensiju noteikšana: Tērauda konstrukcijām un centrāli slogotiem stieņiem aprēķinu veic pēc vienmērīga sadalījuma, t. i., uz katru kniedi N = S/n. Tā kā garos savienojumos pirmās kniedes jau drīz tiek pārslogotas, tad vairāk nekā 6 kniedes vienu aiz otras pēc iespējas izvairās lietot.
Pretestība slīdēšanai: slīdēšana savienojumos rodas jau pie salīdzinoši mazas slodzes. Pretestība slīdēšanai pirmām kārtām ir atkarīga no pievilkšanas spēka, kas mainās daudzu ietekmju dēļ. Tā tiek ignorēta, dimensionējot savienojumus ar kniedēm un līdz šim ierastajām skrūvēm. Tiek norādīts uz savienojumiem ar augstas stiprības skrūvēm.
Spēku sadalījums kniedēs pa platumu: Pie vienādiem kniežu attālumiem perpendikulāri spēka virzienam (att. 6a), atsevišķām kniedēm atbilst vienāda platuma šķērsgriezuma joslas a, tāpēc pirmajā tuvinājumā spēki kniedēs N = a t σ ir vienādi lieli. Sadalījums pie nevienādiem kniežu attālumiem ir statiski nenoteikts; gadījumā att. 6b tas notiek pēc sviras likuma.
att. 6
Stiegrāns
Pagarinājums: Pagarinājums ar simetriskām pārlaidēm (att. 3 un 4). Spēku S stienī pagarinājuma vietā uzņem tikai pārlaidne. Savienojuma kniedes arī jādimensionē pēc S, jo tām jāpārnes viss spēks no pagarinātā stieņa uz pārlaidnēm.
Savienojumi ar vienpusēju uzlikas pārklājumu ir saistīti ar ievērojamiem papildu lieces spriegumiem savienotajās loksnēs, uzlikās un kniedēs. Vienpusēju savienojumu pārklāšanu lielo deformāciju dēļ lieto tikai tad (att. 7), kad stienis ir stingrs liecē vai kad tas ir sāniski balstīts tā, ka to nevar saliekt.
Att. 7
Starpsavienojums – Kad saites nevar atrasties tieši uz savienotajām loksnēm, kniedes un loksnes saņem ievērojami lielākus lieces spriegumus. Tāpēc atkarībā no m starpslāņu skaita izvēlas lielāku n’ kniežu skaitu nekā n tiešas savienojuma pārklāšanas gadījumā.
Att. 8
Sarežģītos šķērsgriezumos saites tiek izvietotas tā, lai izvairītos no lokāliem spriegumu pieaugumiem, tādēļ atsevišķās saišu virsmas nosaka pēc to nosegtās šķērsgriezuma daļas platības, pēc iespējas saglabājot smaguma centra stāvokli. Saišu virsmas sadalījumi, kas no tā atkāpjas, ir saistīti ar spriegumu sadalījuma izmaiņām. Attēlā 9 parādīts vienas sienas, attēlā 10 divdaļīga stieņa savienojums ar 4 vertikālām skārda plāksnēm un vienu plāksni starp leņķdzelžiem.
Att. 9
att. 10
Savienojums: Ziedto stieņu savienojumiem pamatā ir spēkā tās pašas sakarības kā turpinājumam. Pētījumi ir parādījuši lielo simetriskas spēka ievadīšanas priekšrocību. Vienpusēja savienojuma gadījumā rodas stipra liece garenvirzienā un šķērsvirzienā (att. 11). Neskatoties uz ievērojamiem papildu lieces spriegumiem, var gandrīz pilnīgi izmantot vienpusēji savienotus L un C stieņus. Viena savienojuma nestspēja var samazināties uz pusi, ja nav veikti pasākumi papildu lieces momentu izlīdzināšanai.
Att. 11
Savienojumu pārklāšanai nevajag izmantot mezgla plāksnes, tam jāparedz īpašas uzlikas. Pieslēgums pie mezgla plāksnes ir vieglāks, ja lielākā stieņa šķērsgriezuma daļa iekrīt mezgla plāksnes plaknē.
Att. 12 - Savienojumi ar un bez savienojuma leņķīša
Spiežamais stienis
Neslēgto stieņu pagarināšanai un pievienošanai attiecas tie paši principi kā stiepes stieņiem, un arī tajos kopējais spēks tiek pārnests ar kniedēm un apsaitēm, t. i., pēc stieņa pilnās virsmas F tiek noteikta Fpodvezica un Fs, resp. Fl. Parasti pagarinājumu virsmas nav saskaņotas. Tērauda konstrukcijās ēku būvniecībā, kolonnām, kas iet cauri vairākiem stāviem un ir pakļautas tikai spiedei, izmanto iespēju savienojumus veidot ar mazāku pārklājumu. Saspiestu stieņu nestspēja ir izsmelta, ja pirms tam neiestājas nestabilitātes gadījumi, vēlākais sasniedzot tecēšanas robežu, jo tad rodas lielas deformācijas un stienis sāniski izliecas. Kniedēm aizpildītajiem caurumiem šajā ziņā nav konstatējamas būtiskas ietekmes uz stieņa uzvedību.
Nogatavības izturība kniedētiem savienojumiem
Noguruma stiprības ziņā kniedētu savienojumu gadījumā galvenokārt noteicošie ir spriegumu maksimumi, kas rodas pie caurumiem. Noguruma stiprība jau pašu caurumu dēļ ir būtiski samazināta. Stieņi ar atvērtiem caurumiem noguruma pārbaudē stiepē lūst novājinātajos šķērsgriezumos, un noguruma lūzums sākas ar plaisām cauruma malā, kas nepārtraukti izplatās tālāk caur šķērsgriezumu. Tāpēc gludiem caurumiem ir īpaša nozīme. Att. 13 dots plakanu stieņu noguruma stiprums pie dažādām klasēm (pa labi ir augstāka tērauda klase). Pie lielākām iepriekšējām slodzēm σu abi materiāli ar noguruma stiprību σDz iztur virs tecēšanas robežas. Sprieguma amplitūda abām klasēm ir aptuveni vienāda.
Att. 13 - Noguruma stiprība σDz
Mainīgai slodzei uz stiepi un spiedi kniedētās savienojumos pamatā ir spēkā līdzīgas sakarības kā vienvirziena slodzēm. Ir vērts atzīmēt, ka sprieguma amplitūda pie mainīgas slodzes ir aptuveni 1,5 reizes lielāka (att. 14), taču kniedes pie šādas slodzes ir būtiski vairāk apdraudētas nekā pie vienvirziena slodzes.
Att. 14 - Kniedētu savienojumu stiepes noguruma stiprība