Sambungan ialah ikatan yang berfungsi untuk memanjangkan atau menambah. Sambungan, misalnya, diperlukan kerana panjang atau lebar kepingan yang tersedia tidak mencukupi; semasa pemasangan ia diperlukan untuk mengehadkan dimensi dan berat elemen-elemen yang diangkut. Pengikat ialah kepingan yang menutup pemutusan pada sambungan. Semua ikatan lain, khususnya yang antara batang rangka berarah berlainan dan penyokong pada satah yang berbeza, ditandakan sebagai sambungan.
Bagi sambungan biasa, pengikat dan paku keling sambungan direka bentuk mengikut daya penuh. Oleh itu, bagi sambungan biasa tidak disyaratkan bahawa permukaan sambungan bersentuhan.
Bidang utama penggunaan batang tegang dan batang mampat (iaitu batang sebenar yang dibebani terutamanya oleh daya normal) ialah rangka. Perbincangan dalam bahagian ini mengabaikan bahaya berlakunya lengkungan pada batang mampat. Mula-mula akan dibincangkan kekuatan statik.
Potongan lubang dalam batang yang ditegangkan
Kapasiti galas: Keadaan tegasan dalam batang tegang berubah dengan ketara secara setempat akibat lubang/bukaan. Dalam kawasan perkadaran, agihan tegasan pada keratan yang dilemahkan adalah sepadan (raj. 1). Tegasan memanjang terbesar dalam batang segi empat tepat menurut A. Henning ialah:
maxσ = σm*[3-(d/b) + 0,8(d/b)2]
Raj. 1 - Tegasan membujur dan melintang pada batang yang digerudi a) menurut A. Henning; b) menurut M. Rudeloff
Dalam kes had d/b = 0 bagi lamela yang sangat lebar, maka maxσ = 3σm dan bagi kes yang ditunjukkan pada raj. 1a d/b = 1/3 ialah maxσ = 2,42 σm. Selain tegasan memanjang, terdapat juga tegasan melintang dan tegasan ricih. Tegasan paling besar berada pada selubung lubang. Di sana muncul deformasi kekal yang pertama, iaitu puncak-puncak tegasan dipecahkan dan terjadilah penyamaan tegasan pada keratan. Deformasi kekal yang ketara di kawasan lubang hanya muncul apabila tegasan purata σm pada keratan yang dilemahkan melepasi had luluh σFO. Jumlah regangan batang pada SF = Fm * σF hanya sedikit lebih besar berbanding batang tanpa lubang. (Fm ialah luas keratan paling lemah)
Dalam ujian tegangan dengan batang yang dipaku, patah sentiasa berlaku pada keratan yang dilemahkan. Beban ketika patah, dalam keadaan biasa, cukup tepat SB = Fn * σB. Ujian pemutusan pada batang tegang dengan lubang terbuka menunjukkan corak patah seperti dalam raj. 2.
Raj. 2 - Gambar patahan batang tegang
Dalam ujian dengan sambungan berikat telah ditunjukkan bahawa sambungan dengan satu baris paku keling mempunyai rintangan yang lebih rendah berbanding sambungan dengan beberapa baris paku keling berturut-turut. Berdasarkan itu, tegasan purata ketika patah σB dalam keratan berguna ialah:
Prosedur penentuan dimensi untuk batang tegang: Mengikut kaedah pengiraan biasa, bagi tegasan tegangan purata hendaklah terpakai σm = S/Fm ≤ dozσ dan ini dalam semua keratan rentas Fm yang berkaitan. Tolakan lubang ditentukan untuk keratan tegak dengan bilangan lubang yang paling banyak, dan boleh berlaku bahawa keratan patah dengan lebih banyak lubang memberikan nilai Fm yang lebih kecil (raj. 2). Dalam pengertian ini, bagi profil gelek, Fm dikira dengan pengembangan. Bagi keratan gabungan, kaedah yang sama digunakan.
Nisbah Fm/F biasanya berada antara 0,8 dan 0,9, iaitu pengurangan akibat lubang ΔF = F – Fm berjumlah 10% hingga 20% daripada seluruh keratan F batang. Pada struktur besar, ΔF sangat mempengaruhi berat, maka wajar dicari keratan dengan pengurangan lubang yang lebih kecil.
Deformasi: Pemanjangan anjal batang tegangan dengan lubang hampir tidak lebih besar daripada batang tanpa tebukan yang setanding. Jumlah pemanjangan sambungan adalah hampir sama dengan jumlah pemanjangan lamela yang disambung. Oleh itu, bagi pengiraan deformasi struktur keluli, adalah memadai untuk menentukan pemanjangan anjal dengan nilai E dan F bagi batang yang tidak dilemahkan. Keselamatan terhadap aliran adalah lebih besar pada batang yang dilemahkan berbanding, contohnya, pada batang mampatan.
Agihan daya dalam paku keling
Raj. 3
Taburan daya S dalam batang pada rivet sambungan yang berasingan bergantung pada sifat elastiknya, ia adalah “tak tentu statik”. Dalam kes raj. 3 taburan N1, N2, … bergantung pada ubah bentuk rivet dan plat yang disambung, ia berubah mengikut nisbah Fpengikat/Fbatang. Untuk Fpengikat ≠ Fbatang, daya hujung dalam rivet tidak lagi sama besar (raj. 50a). Apabila nisbah Fpengikat/Fbatang berkurang, Nn menjadi lebih kecil, N1 menghampiri S. Penyambungan lamela dengan ketebalan yang sangat berbeza (raj. 4b) tidak wajar kerana lebihan beban pada rivet pertama.
Raj. 4 - Beban paku bagi Fbatang > Fpengikat
Rusuk dan pengikat kaku, hanya rivet elastik (raj. 5a). Maka semua rivet mendapat lenturan yang sama, semua daya dalam rivet mesti sama.
Paku kaku, hanya plat dan pengikat elastik (raj. 5b). Oleh sebab pemanjangan dalam batang dan pengikat antara paku pertama dan terakhir mesti sama, maka diperoleh N2 = N3 = … = Nn-1 = 0, kecuali N1 = S * x1.
Raj. 5
Taburan daya sebenar terletak di antara kes-kes had ini. Jika beban meningkat, pada mulanya ubah bentuk kekal muncul pada rivet hujung, rivet yang paling banyak dibebankan menjadi kurang beban dan taburan daya menjadi semakin seragam. Selepas berlakunya ubah bentuk yang lebih besar, taburan daya menghampiri kes di mana plat dan pengikat silang adalah tegar, iaitu daya dalam rivet adalah hampir sama, sekiranya ricihan rivet adalah penentu.
Beban pada kegagalan: Cara memaku rivet hampir tidak memberi pengaruh pada τBV. Kekuatan ricih τBV sambungan secara praktikal tidak bergantung pada bilangan rivet, susunannya, bentuk sambungan yang dipaku; beban pada kegagalan, dalam pendekatan yang baik, bersamaan dengan pembebanan seragam semua rivet. Kenyataan yang sama juga terpakai bagi sambungan bolt biasa, daripada sini dapat disimpulkan bahawa rintangan terhadap gelinciran tidak memberi pengaruh yang penting pada daya tahan.
Penentuan saiz: Dalam struktur keluli dan batang yang dikenakan beban secara sentrik, pengiraan dibuat dengan agihan seragam, iaitu bagi setiap rivet N = S/n. Oleh sebab pada sambungan yang panjang, rivet pertama sudah terbeban berlebihan pada peringkat awal, maka lebih daripada 6 rivet yang berturut-turut sebaik-baiknya dielakkan.
Rintangan gelinciran: Gelinciran pada sambungan sudah berlaku pada beban yang agak kecil. Rintangan gelinciran pada asasnya bergantung pada daya prategangan, yang berubah dipengaruhi oleh banyak faktor. Ia tetap diabaikan dalam pengiraan saiz sambungan dengan rivet dan skru yang selama ini biasa digunakan. Sambungan dengan skru berkekuatan tinggi adalah disarankan.
Taburan daya pada rivet mengikut lebar: Dengan jarak rivet yang sama tegak lurus terhadap arah daya (raj. 6a), setiap rivet mendapat jalur keratan rentas a yang sama lebar, maka dalam anggaran pertama daya pada rivet N = a t σ adalah sama besar. Taburan bagi jarak rivet yang tidak seragam adalah tak tentu statik; bagi kes pada raj. 6b ia berlaku mengikut hukum tuas.
Gamb. 6
Batang tegangan
Sambungan: Sambungan dengan pengikat simetri (raj. 3 dan 4). Daya S dalam batang pada tempat sambungan mesti ditanggung hanya oleh pengikat. Kancing pada sambungan juga hendaklah direka bentuk mengikut S, kerana ia mesti memindahkan seluruh daya daripada batang yang disambung ke pengikat.
Sambungan dengan penutup sebelah tunggal terikat dengan tegasan lentur tambahan yang ketara pada plat yang disambung, penutup dan paku keling. Penutupan sambungan secara sebelah tunggal disebabkan oleh ubah bentuk yang besar hanya digunakan (raj. 7) apabila rod itu tegar terhadap lenturan atau apabila ia disokong dari sisi supaya tidak dapat dibengkokkan.
Raj. 7
Sambungan pertengahan – Apabila plat pengikat tidak dapat terletak terus pada kepingan yang disambung, rivet dan kepingan akan menerima tegasan lenturan yang jauh lebih besar. Oleh itu, mengikut bilangan m lapisan antara, dipilih bilangan n’ rivet yang lebih besar daripada bilangan n bagi penutupan sambungan secara terus.
Raj. 8
Pada keratan rentas yang kompleks, penyangga silang disusun supaya kenaikan tegasan setempat dapat dielakkan; oleh itu, luas setiap penyangga silang ditentukan mengikut luas bahagian keratan yang ditutupinya, sebaik-baiknya dengan mengekalkan kedudukan pusat graviti. Agihan luas penyangga silang yang menyimpang daripada ini berkaitan dengan perubahan agihan tegasan. Dalam rajah 9 ditunjukkan sambungan batang satu dinding, dan dalam rajah 10 batang dua bahagian dengan 4 kepingan menegak dan satu permukaan di antara sudut besi.
Raj. 9
Gamb. 10
Sambungan: Bagi sambungan batang tegang, pada asasnya terpakai hubungan yang sama seperti bagi penyambungan. Ujian telah menunjukkan kelebihan besar terhadap pengenalan daya yang simetri. Dalam sambungan sebelah sahaja, berlaku lenturan yang kuat dalam arah memanjang dan melintang (raj. 11). Walaupun terdapat tegasan lentur tambahan yang besar, batang L dan C yang disambung sebelah sahaja boleh digunakan hampir sepenuhnya. Daya tampung sesuatu sambungan boleh menurun hingga separuh jika langkah-langkah untuk menyamakan momen lentur tambahan tidak diambil.
Raj. 11
Bagi menutup sambungan, jangan gunakan plat nod, untuk itu perlu disediakan penutup khas. Sambungan kepada plat nod dipermudah apabila sebahagian besar keratan rod jatuh pada satah plat nod.
Sl. 12 - Sambungan dengan dan tanpa sudut sambungan
Batang ditekan
Bagi sambungan dan penyambungan batang mampat, prinsip yang sama terpakai seperti bagi batang tegang, dan di sini juga jumlah daya dipindahkan oleh rivet dan pengikat, iaitu mengikut luas penuh F batang ditentukan Fpengikat dan Fs, iaitu Fl. Pada umumnya, permukaan sambungan tidak dipadankan. Dalam struktur keluli bangunan, pada tiang yang melalui beberapa tingkat dan hanya dikenakan beban mampatan, digunakan kemungkinan sambungan dengan penutup yang kurang rapat. Daya galas batang mampat telah habis, jika sebelum itu belum berlaku kes ketidakstabilan, paling lewat apabila had alah dicapai kerana pada masa itu berlaku deformasi besar dan batang melentur ke sisi. Lubang yang diisi dengan rivet pada masa itu tidak mempunyai pengaruh yang dapat ditentukan terhadap tingkah laku batang.
Kekuatan keletihan sambungan terpaku
Bagi kekuatan lesu sambungan terpaku, yang paling menentukan ialah puncak tegasan yang muncul pada lubang. Kekuatan lesu sudah banyak berkurang hanya dengan adanya lubang. Batang dengan lubang terbuka patah dalam ujian lesu di bawah tegangan pada keratan yang lemah dan patah lesu itu bermula dengan rekahan pada tepi lubang, yang terus memanjang melalui keratan. Oleh itu lubang yang licin amat penting. Pada raj. 13 ditunjukkan kekuatan lesu batang leper pada kelas yang berbeza (di sebelah kanan ialah kelas keluli yang lebih tinggi). Pada beban awal yang lebih besar σu, kedua-dua bahan menanggung kekuatan lesu σDz di atas had alah. Amplitud tegasan bagi kedua-dua kelas adalah kira-kira sama.
Raj. 13 - Kekuatan keletihan σDz
Bagi bebanan berselang-seli dalam tegangan dan mampatan pada sambungan terpaku, pada asasnya hubungan yang serupa digunakan seperti bagi beban sehala. Perlu diperhatikan bahawa amplitud tegasan di bawah bebanan berselang-seli adalah lebih besar kira-kira 1,5 kali (raj. 14), tetapi paku keling di bawah bebanan ini jelas lebih terancam berbanding di bawah beban sehala.
Raj. 14 - Kekuatan keletihan terhadap tegangan bagi sambungan rivet