Ważna uwaga eksperta: Jest to archiwalny tekst edukacyjny, a nie aktualna specyfikacja projektowa, obliczenia statyczne ani instrukcja produkcji i montażu. Wymiarowanie i wykonanie konstrukcji stalowych musi być zgodne z obowiązującymi przepisami i normami, projektem uprawnionego inżyniera, dokumentacją producenta, kontrolą materiałów i połączeń spawanych lub mechanicznych, a także zalecanymi środkami bezpieczeństwa.
Projektowanie i budowa konstrukcji stalowych nie jest częścią aktualnej oferty publicznej Savo Kusić. Dzisiejsza produkcja koncentruje się na oknach drewnianych, oknach drewniano-aluminiowych i drzwiach na zamówienie.
W konstrukcjach stalowych znajdują się pręty, belki, zbiorniki, podpory powierzchniowe itp. składające się z odpowiednich profili. Połączenia muszą łączyć poszczególne profile w taki sposób, aby tworzyły elementy konstrukcyjne stanowiące jedną całość. Można to osiągnąć tylko wtedy, gdy połączenia mogą bezpiecznie przenosić naprężenia występujące pomiędzy poszczególnymi częściami. Gdy w połączeniu pomiędzy dwiema częściami występuje jedynie ciśnienie, naprężenie jest przenoszone przez bezpośredni kontakt pomiędzy środkami łączącymi a elementem. Oprócz połączeń stałych istnieją również połączenia ruchome, które umożliwiają określone ruchy (przeguby, korki centralne, ściągacze, łożyska itp.).
Nity
O nitach zostaną powiedziane tylko podstawy, ponieważ dziś prawie nie są używane - zastąpiono je śrubami. Są to zatyczki, przypominające gwoździe, które umieszcza się w otworach łączonych części, a następnie nituje. Nity surowe (rys. 1) wykonane są z walcowanej okrągłej stali. W przypadku konstrukcji stalowych nity nitowane są w jasnoczerwonym blasku. Podczas nitowania istniejący surowy łeb nitu jest dobrze podparty odpowiednim narzędziem. Łeb końcowy kształtuje się za pomocą młotka, przeważnie napędzanego pneumatycznie, dopiero po całkowitym wbiciu szyjki nitu. Dla jakości nitowania bardzo ważne jest, aby szyjka nitu całkowicie wypełniała otwory. Średnica nitu jest 1mm mniejsza niż średnica otworu, szyjka nitu musi zostać zagęszczona przez docisk lub stemple, zanim łeb końcowy nabierze kształtu.
Rys. 1 - a) Nit surowy; b) Nit z łbem półokrągłym; c) Nit z łbem stożkowym; d) Nit z łbem półokrągłym do kotłów
Naprężenie i wytrzymałość poszczególnych nitów (statyczne)
Połączenia ścinane (rys. 2) stanowią najważniejszy obszar zastosowania nitów w konstrukcjach stalowych. W zależności od liczby obciążonych ścinaniem odcinków szyjki nitu, rozróżnia się połączenia jednoczęściowe, dwuczęściowe i wieloczęściowe (rys. 3). Przy połączeniu pokazanym na rys. 4 (połączenie z podwójnym odcięciem) występuje symetryczny stan napięcia.
Rys. 2
Rys. 3 - Połączenie jednoczęściowe i dwuczęściowe
Naciski pomiędzy drzwiami a obudową otworów zależą od grubości nitów i wymiarów łączonych części; ich rozkład podaje ryc. 4a. Do obliczeń praktycznych założono równomierny rozkład napięcia na grubości blachy (rys. 4b). Rozkład naprężeń na obwodzie szyjki nitu pokazano na ryc. 4c. Do wymiarowania oblicza się go z równomiernym rozkładem na średnicy zgodnie z rys. 4d. Średnia wartość σlm to napięcie na obwiedni otworu.
Rys. 4 - Napięcia na obwiednię otworu; a) ic) rzeczywiste; b) id) zwykłe założenia obliczeniowe
Normalne obliczenia nitów
Wytrzymałość na ścinanie zależy przede wszystkim od materiału nitu. Oceniając wyniki badań należy mieć na uwadze, że materiał nitów różni się od materiału, z którego łączone są blachy oraz że nitowanie zwiększa wytrzymałość materiału nitu.
Wytrzymałość na ściskanie na obwiednię otworu, jako najwyższa wartość obciążenia, nie jest tak wyraźnie wyrażona jak wytrzymałość na ścinanie. Gdy odległość e od końca blachy nie jest zbyt duża, nity ją rozdzierają; Ryc. 5 przedstawia obrazy awarii. Naprężenie zgniatające wzdłuż otoczki otworu, wymagane do ścinania końców arkuszy, może wynosić 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.
Rys. 5 - Rodzaje złamań
Historyczne zasady dotyczące nitów
Odstęp nitów. Rozstaw nitów e (rozstaw osi) jest ograniczony w dół ze względu na łatwe nitowanie, szczyty naprężeń i zmniejszenie oporu otworu. Maksymalny rozstaw nitów jest ograniczony, dlatego nie wolno otwierać łączników ze względu na ryzyko rdzewienia ani zginać blach pod ciśnieniem. Największa odległość zależy od grubości blachy t. Zwykłe rozstawy nitów w mostach kolejowych i innych konstrukcjach stalowych różnią się w pewnych granicach. Odległość od końca wynosi e1 i jest zgodna z kierunkiem działania siły. Odległość od końca e2 jest prostopadła do kierunku działania siły.
Pozycja nitowania. Nity są przeważnie ułożone w regularne wzory nitów i umieszczone w prostych liniach jeden za drugim. W przypadku szerszych przekrojów wymagana jest większa liczba rzędów nitów (rys. 6), przy czym należy postępować zgodnie z tabelą 1. W przypadku wewnętrznych nitów konstrukcyjnych szerokich prętów rozciąganych można ją zwiększyć dwukrotnie w stosunku do wartości z tabeli 1.
Rys. 6
Rys. 7 - Przykład nitów do stali profilowanej
Śruby i kołki
Wkręty są prawie zawsze stosowane w konstrukcjach, w których konieczne jest zabezpieczenie połączenia. Śruby wykonane z wysokiej jakości materiału powinny przenosić siły poprzez tarcie, podczas gdy wytrzymałość na ścinanie i naprężenia ściskające działające na panewkę korka nie mają znaczącego wpływu. W konstrukcjach stalowych stosuje się śruby z gwintem metrycznym. Zasady stosowania wkrętów odpowiadają zasadom dla nitów o tej samej średnicy otworu d. Jednakże najmniejsza odległość nie może być mniejsza niż e = 3,5d, najlepiej 4d. Pozostałe odległości, pierwiastki i wymiary liniowe są takie same jak w przypadku nitów. Śruby muszą być bardziej odsunięte od siebie niż nity, ze względu na większe zapotrzebowanie na miejsce na nakrętki i klucz do śrub.
W przypadku konstrukcji stalowych brane są pod uwagę głównie następujące formy:
Surowe śruby sześciokątne: mają nakrętkę sześciokątną i podkładkę Średnica gwintu d = 10 do 33 mm z otworami o średnicy d1 = 11 do 34 mm. Śruby te są obrabiane tylko w gwintach, dlatego należy pozostawić odstęp od 0,5 do 2 mm pomiędzy korpusem a otworem. Należy zachować ostrożność przy większych siłach, ponieważ połączenia śrubowe często wykazują znaczne odkształcenia.
Rys. 8 - Śruba
Śruby: ich wymiary odpowiadają surowym śrubom sześciokątnym, ale mają precyzyjnie obrobiony cylindryczny korpus, dzięki czemu dobrze wypełniają otwór. Wkręty pasowane zastępują surowe, gdy trzeba przenieść większe siły lub gdy ruchy w połączeniach muszą mieścić się w małych granicach.
Płytki mocujące: śruby są mocowane wraz z płytkami mocującymi. Grubość płytki zależy od rozmiaru użytej śruby.
Oznaczenia: oznaczenia, rozmiary otworów i śrub podano w poniższej tabeli:
Rys. 9 - Ślady śrub
Naprężenia statyczne poszczególnych śrub
Połączenia ścinane: Stan naprężeń w połączeniach śrubowych jest podobny do tego w połączeniach nitowych. Podczas wymiarowania oblicza się go ze średnich wartości naprężenia ścinającego τm i nacisku na osłonę otworu σlm. Wiadomo, że nacisk na osłonę otworu znacznie wzrasta, gdy gwint wchodzi do otworu, czego zatem należy unikać.
Opór tarcia w normalnych połączeniach śrubowych jest niższy niż w połączeniach nitowanych, ponieważ podczas dokręcania nakrętek można uzyskać jedynie stosunkowo małe siły dokręcające. Zbyt mocne dokręcenie spowoduje uszkodzenie gwintów. Odnosi się do śrub o dużej wartości, które powodują, że opór tarcia w połączeniach ma kluczowe znaczenie dla ich zachowania.
Wytrzymałość na ścinanie pasowanych kołków cylindrycznych jest taka sama jak wytrzymałość nitów. W normalnych warunkach statyczny test rozdarcia nie pozwala określić żadnej różnicy pomiędzy pasowanymi zatyczkami i nitami pod względem wytrzymałości na ściskanie w przeliczeniu na otoczkę otworu. Podczas obciążenia zmęczeniowego proporcjonalnie mniejsze opory tarcia są przyczyną znacząco odmiennego zachowania się połączeń za pomocą śrub.
Śruby surowe mają niższą wytrzymałość w połączeniach obciążonych ścinaniem do 20% ze względu na szczelinę pomiędzy otworem a korpusem śruby. Z tego powodu dopuszczalne naprężenia dla śrub surowych są niższe niż dla śrub pasowanych. Do wymiarowania należy przyjąć rzeczywistą średnicę korpusu d.
Zaślepki
Zaślepki złącza zapewniają połączenie odporne na rozciąganie i nacisk, przy którym łączone elementy mogą się obracać. Zastosowanie na połączeniach podpór Gerbera, pasów podwieszanych, łańcuchowych mostów podwieszanych, połączeń prętów naprężonych w formie przegubów itp. Siatki z połączeniami węzłowymi do złącza, tzw. mostów z korkami już prawie nie buduje się. Duże siły tarcia występujące na grzybach uniemożliwiają ruch, natomiast wzajemny obrót uzyskuje się tylko przy większych momentach.
Rys. 10 - Zaślepki, a) kołpak ze śrubą; b) korek z dwoiną; c) wtyczka jednego mostu wiszącego
Stan naprężenia we wtyczce jest w większości taki sam jak w połączeniach nitowanych. Dlatego też korki są wymiarowane na podstawie średniego naprężenia ścinającego τm i średniego naprężenia ściskającego na otoczkę otworu σlm. Ponieważ jednak świece muszą być łatwo obracane, σlm zajmuje mniej. Naprężenia zginające w wtyczkach są w większości nieznaczne, ale mogą osiągnąć znaczne wartości, gdy łączone sekcje są silnie skoncentrowane.
Dla każdego obiektu rzeczywistego stosowane są aktualne metody obliczeniowe, wymagane szczegóły połączeń oraz dokumentacja projektowa uprawnionego rzeczoznawcy. Tekst ten zachował się jako historyczny zasób edukacyjny.