Nadstavcom sa nazývajú spoje, ktoré slúžia na predĺženie alebo zväčšenie. Nadstavce sú napr. potrebné preto, že dostupné valcované dĺžky alebo šírky plechov nie sú postačujúce, pri montáži sú potrebné z dôvodu obmedzenia rozmerov a hmotnosti jednotlivých prepravovaných prvkov. Pásnicami sa nazývajú plechy, ktoré prekrývajú prerušenie v nadstavci. Všetky ostatné spoje, najmä tie medzi prútmi priehradových nosníkov rôznych smerov a nosníkmi v rôznych rovinách, sa označujú ako pripojenia.
Pri bežných nadstavcoch sa pásnice a nitované spoje nadstavcov dimenzujú na plnú silu. Preto sa pri normálnom nadstavci nevyžaduje, aby sa plochy nadstavcov dotýkali.
Glavno področje uporabe nateznih in tlačnih palic (to so prave palice, ki so obremenjene pretežno z normalnimi silami) predstavljajo rešetke. Obravnave tega poglavja izpuščajo iz vidika nevarnost uklona tlačnih palic. Najprej bo obravnavana statična trdnost.
Odpočet otvorov v ťahaných tyčiach
Nosnosť: Napäťový stav v ťahanom prúte je miestne výrazne zmenený vplyvom otvorov/výrezov. V oblasti proporcionality zodpovedá rozdelenie napätia oslabenému prierezu (obr. 1). Najväčšie pozdĺžne napätie v pravouhlom prúte je podľa A. Henninga:
maxσ = σm*[3-(d/b) + 0,8(d/b)2]
Sl. 1 - Vzdolžne in prečne napetosti v izvrtani palici a) po A. Henningu; b) po M. Rudeloffu
V skrajnem primeru d/b = 0 zelo širokih lamel od tod izhaja maxσ = 3σm in za primer, prikazan na sl. 1a d/b = 1/3 je maxσ = 2,42 σm. Poleg vzdolžne napetosti obstajajo tudi prečne in strižne napetosti. Največja napetost je na plašču luknje. Tam se pojavijo prve trajne deformacije, tj. vrhovi napetosti se razgradijo in nastane izenačenje napetosti po prerezu. Opazne trajne deformacije v območju lukenj se pojavijo šele takrat, ko povprečna napetost σm v oslabljenem prerezu preseže mejo tečenja σFO. Skupna dilatacija palice je pri SF = Fm * σF le neznatno večja kot pri palici brez lukenj. (Fm je površina najslabšega prereza)
Pri preizkusu na nateg z zakovičenimi palicami pride do preloma vedno v oslabljenih prerezih. Obtežitev pri prelomu je pri običajnih razmerah dovolj natančno SB = Fn * σB. Preizkusi lomljenja natezno obremenjenih palic z odprtimi luknjami so pokazali slike lomov kot na sl. 2.
Sl. 2 - Prikazi loma nateznih palic
V poskusih z zakovičenimi vezmi je bilo pokazano, da imajo nastavki s podvezicami z eno vrsto kovic manjšo odpornost kot nastavki z več vrstami kovic ena za drugo. Po tem je povprečna napetost pri lomu σB v uporabnem prerezu znašala:
Postup dimenzovania pre ťahané prúty: Podľa obvyklého spôsobu výpočtu musí pre priemerné ťahové napätie platiť σm = S/Fm ≤ dovσ a to vo všetkých rozhodujúcich prierezoch Fm. Odpočítanie otvorov sa určuje pre kolmý prierez s najväčším počtom otvorov, pričom sa môže stať, že lomený prierez s viacerými otvormi dá menšiu hodnotu Fm (obr. 2). V tomto zmysle sa pri valcovaných profiloch Fm počíta s rozvinutím. Pri zložených prierezoch sa postupuje v tom istom zmysle.
Razmerje Fm/F po pravilu leži med 0,8 in 0,9, tj. odbitek lukenj ΔF = F – Fm znaša 10% do 20% celotnega preseka F palice. Pri velikih objektih ΔF močno vpliva na težo, zato se izplača najti prereze z manjšim odbitkom lukenj.
Deformacije: Elastično podaljšanje nateznih palic z luknjami je komaj večje od primerljivih neizvrtanih palic. Skupno podaljšanje nastavkov je skoraj enako kot podaljšanje nadaljevanih lamel. Zato je za preračun deformacij jeklenih konstrukcij dovolj določiti elastična podaljšanja z vrednostmi E in F neoslabljenih palic. Varnost proti tečenju je pri palicah z oslabitvijo večja kot npr. pri tlačenih palicah.
Rozdelenie síl v nitoch
Obr. 3
Porazdelitev sile S v palici na posamezne zakovice spoja je odvisna od njegovih elastičnih lastnosti; je »statično nedoločena«. V primeru sl. 3 je porazdelitev N1, N2, … odvisna od deformacije zakovic in spojenih pločevin, spreminja pa se z razmerjem Fpodvezice/Fštapa. Pri Fpodvezice ≠ Fštapa končne sile v zakovicah niso več enako velike (sl. 50a). Z zmanjševanjem razmerja Fpodvezice/Fštapa postaja Nn manjši, N1 se približuje S. Spajanje lamel zelo različne debeline (sl. 4b) ni smotrno zaradi preobremenitve prve zakovice.
Obr. 4 - Zaťaženie nitov pre Fštap > Fpodvezice
Lišty a spojky sú tuhé, iba nitky sú pružné (obr. 5a). Potom všetky nitky dostanú rovnaké ohýbanie, všetky sily v nitkách musia byť rovnaké.
Nitované spoje sú tuhé, iba pásnice a vzpery sú pružné (obr. 5b). Keďže predĺženia v tyči a vo vzperách medzi prvým a posledným nitom musia byť rovnaké, vyplýva N2 = N3 = … = Nn-1 = 0, okrem N1 = S * x1.
Obr. 5
Dejanska porazdelitev sil leži med tema mejnima primeroma. Če se obremenitev povečuje, se najprej v skrajnih zakovicah pojavi trajna deformacija, najbolj obremenjene zakovice se razbremenijo in porazdelitev sil postane vse bolj enakomerna. Po pojavu večjih deformacij se porazdelitev sil približuje primeru, ko so lamele in veznice toge, torej so sile v zakovicah skoraj vse enake, v primeru, ko je merodajno striženje zakovic.
Obremenitev pri porušitvi: Način kovičenja kovic ima skoraj nobenega vpliva na τBV. Strižna trdnost τBV spoja je praktično neodvisna od števila kovic, njihove razporeditve, oblike kovičenega spoja; obremenitev pri porušitvi v dobrem približku ustreza enakomerni obremenitvi vseh kovic. Enake trditve veljajo sicer tudi za navadne vijačne spoje, iz česar je mogoče sklepati, da upor proti zdrsu nima bistvenega vpliva na nosilnost.
Dimenzionisanje: Pri jeklenih konstrukcijah in centrično obremenjenih palicah se računa z enakomerno porazdelitvijo, tj. na vsako kovičenje N = S/n. Ker so pri dolgih nastavkih prvi zakovi že kmalu preobremenjeni, se zato po možnosti izogibamo več kot 6 kovicam eno za drugo.
Odpornost proti drsenju: Drsenje v spojih se pojavi že pri razmeroma majhni obtežbi. Odpornost proti drsenju je v prvi vrsti odvisna od vpenjalne sile, ki se spreminja pod vplivom številnih dejavnikov. Pri dimenzioniranju zvez z zakovicami in doslej običajnimi vijaki se zanemarja. Opozarja se na zveze z visokovrednimi vijaki.
Porazdelitev sil v kovicah po širini: Pri enakih razdaljah med kovicami pravokotno na smer sile (sl. 6a) posameznim kovicam pripadajo enako široki trakovi a preseka, zato so v prvi približku sile v kovicah N = a t σ enako velike. Porazdelitev pri neenakomernih razmikih kovic je statično nedoločena; za primer na sl. 6b poteka po zakonu vzvoda.
Obr. 6
Natezna palica
Pokračovanie: Pokračovanie so symetrickými podviazkami (obr. 3 a 4). Silu S v prúte v mieste pokračovania musí niesť iba podviazka. Nitované spoje v pokračovaní treba tiež dimenzovať podľa S, pretože musia preniesť celú silu z nadstaveného prúta do podviazok.
Nadstavce s jednostranným krytím sú spojené so značnými dodatočnými ohybovými napätiami v spojených plechoch, krycích pásoch a nitoch. Jednostranné prekrytie nadstavcov sa pre veľké deformácie používa len vtedy (obr. 7) keď je prút tuhý na ohyb alebo keď je bočne podopretý tak, že sa nemôže ohnúť.
Obr. 7
Posredni spoj – Kadar vezne ploščice ne morejo ležati neposredno na spojenih pločevinah, imajo zakovice in pločevine bistveno večje upogibne napetosti. Zato se glede na število m vmesnih plasti izbere večje število n’ zakovic kot n pri neposrednem prekrivanju spojev.
Obr. 8
Pri zložených prierezoch sa podväzice rozmiestňujú tak, aby sa zabránilo miestnemu zvýšeniu napätia, preto sa jednotlivé plochy podväzíc určujú podľa plochy časti prierezu, ktorú zakrývajú, podľa možnosti pri zachovaní polohy ťažiska. Rozdelenia plôch podväzíc, ktoré sa od toho odchyľujú, sú spojené so zmenami rozdelenia napätia. Na obr. 9 je zobrazené predĺženie jednozidového, na obr. 10 dvojdielneho prúta so 4 zvislými plechmi a jedným pásom medzi uhlovníkmi.
Obr. 9
Obr. 10
Priključek: Za priključke nateznih palic v osnovi veljajo iste odvisnosti kot za podaljšek. Poskusi so pokazali veliko prednost simetričnega uvajanja sile. Pri enostranskem priključku nastane močno upogibanje v vzdolžni in prečni smeri (sl. 11). Kljub znatnim dodatnim upogibnim napetostim so lahko skoraj povsem izkoriščene tudi enostransko priključene L in C palice. Nosilnost enega priključka se lahko zmanjša na polovico, če niso bili izvedeni ukrepi za izenačenje dodatnih upogibnih momentov.
Obr. 11
Na prekrytie nadstavcov sa nemajú používať uzlové plechy, na to treba predvídať osobitné krycie pásy. Pripojenie k uzlovému plechu je uľahčené, keď väčšia časť prierezu prúta pripadá do roviny uzlového plechu.
Sl. 12 - Priključki z in brez priključnega kotnika
Tlačená tyč
Na predĺženie a pripojenie tlačených prútov platia tie isté zásady ako pre ťahané prúty, aj tu sa celková sila prenáša nitmi a obväzmi, t. j. podľa plochy F prúta sa dimenzuje Fpodvezica a Fs, resp. Fl. Spravidla plochy spojov nie sú presne zladené. V oceľových konštrukciách pozemných stavieb sa pri stĺpoch prechádzajúcich cez viac podlaží, zaťažených len tlakom, používa možnosť prechodu s menším prekrytím spojov. Nosnosť tlačených prútov je vyčerpaná, ak predtým nenastanú prípady nestability, najneskôr dosiahnutím medze klzu, pretože vtedy sa objavia veľké deformácie a prút sa bočne vybočí. Otvory vyplnené nitmi pritom nemajú preukázateľný vplyv na správanie prúta.
Trdnost kovičenih spojev pri utrujanju
Za utrujenostno trdnost kovičenih spojev so v prvi vrsti odločilni napetostni vrhovi, ki se pojavljajo na luknjah. Utrujenostna trdnost je že sama zaradi lukenj precej zmanjšana. Palice z odprtimi luknjami pri preskusu utrujenosti pri natezu lomijo v oslabljenih presekih, in sicer se utrujenostni lom začne z razpokami na robu luknje, ki se stalno širijo skozi presek. Zato so gladke luknje še posebno pomembne. Na sl. 13 je prikazana utrujenostna trdnost ploščatih palic pri različnih kakovostih (desno je višja kakovost jekla). Pri večjih predhodnih obtežitvah σu oba materiala prenašata utrujenostno trdnost σDz nad mejo tečenja. Amplituda napetosti je za obe kakovosti približno enaka.
Sl. 13 - Utrujenostna trdnost σDz
Za izmenično obremenitev na nateg in tlak pri kovičenih spojev veljajo v osnovi podobne zveze kot za enosmerne obremenitve. Vredno je opozoriti, da je amplituda napetosti pri izmenični obremenitvi približno 1,5-krat večja (sl. 14), vendar so kovičeni spoji pri tej obremenitvi očitno bolj ogroženi kot pri enosmerni obremenitvi.
Sl. 14 - Utrujenostna natezna trdnost kovičenih spojev