Nastavkom se imenujejo zveze, ki služijo za podaljšanje ali povečanje. Nastavki so npr. potrebni, ker razpoložljive valjane dolžine ali širine pločevine niso zadostne, pri montaži pa so potrebni zaradi omejitve dimenzij in teže posameznih transportiranih elementov. Podvezice so pločevine, ki prekrivajo prekinitev v nastavku. Vse druge zveze, zlasti tiste med palicami rešetk različnih smeri in nosilci v različnih ravninah, se označujejo kot priključki.
Pri običajnih nastavkih se podvezice in zakovice nastavkov dimenzionirajo na polno silo. Zato pri normalnem nastavku ni zahtevano, da se površine nastavkov stikajo.
Glavno področje uporabe nateznih in tlačnih palic (to so prave palice, ki so obremenjene pretežno z normalnimi silami) predstavljajo rešetke. Obravnave tega odseka spregledajo nevarnost uklona tlačnih palic. Najprej bo obravnavana statična trdnost.
Odbitek lukenj v nateznih palicah
Nosilnost: Napetostno stanje v nateznem drogu je zaradi lukenj/odprtin bistveno lokalno spremenjeno. V območju sorazmernosti ustreza porazdelitev napetosti po oslabljenem prerezu (sl. 1). Največja vzdolžna napetost v pravokotnem drogu je po A. Henningu:
maxσ = σm*[3-(d/b) + 0,8(d/b)2]
Sl. 1 - Vzdolžne in prečne napetosti v izvrtanem palici a) po A. Henningu; b) po M. Rudeloffu
V skrajnem primeru d/b = 0 zelo širokih lamel od tod izhaja maxσ = 3σm, in tudi za primer, prikazan na sl. 1a, je pri d/b = 1/3 maxσ = 2,42 σm. Poleg vzdolžne napetosti obstajajo tudi prečne in strižne napetosti. Največja napetost je na obodu luknje. Tam nastanejo prve trajne deformacije, tj. vrhovi napetosti se razgradijo in nastane izenačenje napetosti po prerezu. Opazne trajne deformacije v območju lukenj se pojavijo šele tedaj, ko povprečna napetost σm v oslabljenem prerezu preseže mejo tečenja σFO. Skupna raztezek palice je pri SF = Fm * σF le neznatno večji kot pri palici brez lukenj. (Fm je površina najšibkejšega prereza)
Pri nateznih preizkusih z zakovicami povezanih palic pride do loma vedno v oslabljenih prerezih. Pri običajnih razmerah je obremenitev pri lomu dovolj natančno SB = Fn * σB. Preizkusi trganja natezno obremenjenih palic z odprtimi luknjami so pokazali slike lomov kot na sl. 2.
Sl. 2 - Slike loma nateznih palic
V poskusih z zakovičenimi vezmi je bilo pokazano, da imajo spoji z eno vrsto zakovic manjšo odpornost kot spoji z več vrstami zakovic ena za drugo. Po tem je bila povprečna napetost pri lomu σB v uporabnem prerezu:
Postopek dimenzioniranja za natezne palice: Po običajnem načinu izračuna mora za povprečno natezno napetost veljati σm = S/Fm ≤ dozσ in to v vseh merodajnih prerezih Fm. Odbitek lukenj se določi za pravokotni prerez z največjim številom lukenj, lahko pa se zgodi, da lomljeni prerez z več luknjami daje manjšo vrednost Fm (sl. 2). V tem smislu se pri valjanih profilih Fm računa z razvijanjem. Pri sestavljenih prerezih se ravna enako.
Razmerje Fm/F praviloma leži med 0,8 in 0,9, tj. odvzem lukenj ΔF = F – Fm znaša 10% do 20% celotnega preseka F palice. Pri velikih objektih ΔF močno vpliva na težo, zato se splača poiskati prereze z manjšim odvzemom lukenj.
Deformacije: Elastično raztezanje nateznih palic z odprtinami je komaj večje kot pri primerljivih nepreluknjanih palicah. Skupno raztezanje spojev je skoraj enako raztezanju nadaljevanih lamel. Zato zadostuje, da se za izračun deformacij jeklenih konstrukcij določijo elastična raztezanja z vrednostmi E in F neoslabljenih palic. Varnost proti tečenju je pri palicah z oslabitvami večja kot npr. pri tlačenih palicah.
Razporeditev sil v zakovih
Slika 3
Porazdelitev sile S v palici na posamezne zakovice spoja je odvisna od njenih 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 skrajne 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 smiselno zaradi preobremenitve prve zakovice.
Sl. 4 - Obremenitev zakovic za Fštap > Fpodvezice
Lamele in veznice so toge, le zakovice so elastične (sl. 5a). Tedaj se vse zakovice enakomerno upogibajo, vse sile v zakovicah morajo biti enake.
Zakovice toge, samo lamele in vezi elastične (sl. 5b). Ker morajo biti raztezki v palici in vezih med prvo in zadnjo zakovico enaki, sledi N2 = N3 = … = Nn-1 = 0, razen N1 = S * x1.
Slika 5
Dejanska porazdelitev sil leži med tema skrajnima 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 vezniki togi, tj. sile v zakovicah so skoraj povsem enake, v primeru, ko je merodajno striženje zakovic.
Obremenitev pri porušitvi: Način zakovičenja kovičenih zvez skoraj ne vpliva na τBV. Strižna trdnost τBV zveze je praktično neodvisna od števila kovic, njihove razporeditve, oblike kovičene zveze; obremenitev pri porušitvi v dobrem približku ustreza enakomerni obremenitvi vseh kovic. Enake trditve veljajo sicer tudi za običajne vijačne zveze, iz česar je mogoče sklepati, da upor proti drsenju nima bistvenega vpliva na nosilnost.
Dimenzioniranje: Pri jeklenih konstrukcijah in centrično obremenjenih palicah se računa z enakomerno porazdelitvijo, tj. po vsakem kovičku N = S/n. Ker so pri dolgih nastavkih prvi kovički že kmalu preobremenjeni, se več kot 6 kovičkov drug za drugim po možnosti izogibamo.
Odpornost proti drsenju: Drsenje v stikih se pojavi že pri razmeroma majhni obremenitvi. Odpornost proti drsenju je v prvi vrsti odvisna od vpenjalne sile, ki se spreminja pod vplivom številnih dejavnikov. Pri dimenzioniranju zakovičenih povezav in doslej običajnih vijakov se zanemarja. Opozarja se na povezave z visokovrednimi vijaki.
Porazdelitev sil v zakovicah po širini: Pri enakih razmikih zakovic pravokotno na smer sile (sl. 6a) pripadajo posameznim zakovicam enako široki pasovi a prečnega preseka, zato so sile v zakovicah v prvi približku N = a t σ enako velike. Porazdelitev pri neenakomernih razmikih zakovic je statično nedoločena; za primer na sl. 6b poteka po zakonu vzvoda.
Slika 6
Nategnjena palica
Nadaljevanje: Nadaljevanje s simetričnimi zagozdnicami (sl. 3 in 4). Silo S v drogu na mestu nadaljevanja mora prevzeti samo zagozdnica. Zakivke v nadaljevanju je treba prav tako dimenzionirati glede na S, ker morajo prenesti celotno silo z nadaljevanega droga v zagozdnice.
Podaljški z enostranskim pasom so obremenjeni z občutnimi dodatnimi upogibnimi napetostmi v spojenih pločevinah, pasovih in zakovih. Enostransko pokrivanje podaljškov se zaradi velikih deformacij uporablja le tedaj (sl. 7) , ko je palica toga na upogib ali ko je bočno podprta tako, da se ne more upogniti.
Slika 7
Posredni spoj – Kadar vezice ne morejo ležati neposredno na spojenih pločevinah, dobijo zakovice in pločevine precej večje upogibne napetosti. Zato se glede na število m vmesnih slojev izbere večje število n’ zakovic kot število n pri neposrednem prekrivanju spojev.
Slika 8
Pri kompleksnih prerezih se razporejajo vezniki tako, da se preprečijo lokalna povišanja napetosti, zato se posamezne površine veznikov določijo glede na površino dela prereza, ki ga pokrivajo, po možnosti ob ohranitvi položaja težišča. Razporeditve površin veznikov, ki od tega odstopajo, so povezane s spremembami porazdelitve napetosti. Na sl. 9 je prikazan podaljšek enostenskega, na sl. 10 dvodelnega droga s 4 navpičnima pločevinama in enim obrazom med kotnikoma.
Slika 9
Slika 10
Priključek: Za priključke nateznih palic veljajo v osnovi enaka razmerja kot za spoj. 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 lahko pade na polovico, če niso bili sprejeti ukrepi za izenačitev dodatnih upogibnih momentov.
Slika 11
Za pokrivanje podaljškov ne smemo uporabljati vozliščnih pločevin; zato je treba predvideti posebne pasove. Priključek na vozliščni pločevini je olajšan, kadar večji del preseka palice leži v ravnini vozliščne pločevine.
Sl. 12 - Priključki s priključnim kotnikom in brez njega
Tlačna palica
Za podaljševanje in priključevanje tlačenih palic veljajo ista načela kot za natezne palice; tudi pri njih se skupna sila prenaša z zakovicami in objemkami, tj. glede na polno površino F palice se dimenzionirata Fpodvezica in Fs, oziroma Fl. Praviloma površine podaljškov niso prilegane. V jeklenih konstrukcijah stavbarstva se pri stebrih, ki potekajo skozi več nadstropij in so obremenjeni samo s tlakom, uporablja možnost prehajanja z manjšim prekrivanjem podaljškov. Nosilnost tlačenih palic je izčrpana, če prej ne nastopijo primeri nestabilnosti, najpozneje ob dosegu meje tečenja, ker se takrat pojavijo velike deformacije in se palica bočno izvije. Z zakovicami zapolnjene luknje pri tem nimajo opaznega vpliva na obnašanje palice.
Utrujenostna trdnost kovičenih spojev
Za utrujenostno trdnost zakovicnih spojev so v prvi vrsti odločilni napetostni vrhovi, ki se pojavljajo na luknjah. Utrujenostna trdnost je že zaradi samih lukenj bistveno zmanjšana. Palice z odprtimi luknjami se pri preizkusu utrujenosti pri natezu lomijo v oslabljenih prerezih, pri čemer se lom zaradi utrujenosti začne z razpokami na robu luknje, ki se stalno širijo skozi prerez. Zato so gladke luknje posebnega pomena. Na sl. 13 je prikazana utrujenostna trdnost ploščatih palic pri različnih razredih (na desni je višji razred jekla). Pri večjih predhodnih obremenitvah σu oba materiala prenašata utrujenostno trdnost σDz nad mejo tečenja. Napetostna amplituda je za oba razreda približno enaka.
Sl. 13 - Utrujenostna trdnost σDz
Za izmenično obremenitev z natezom in pritiskom pri zakovicah veljajo v osnovi podobne odvisnosti kot za enosmerne obremenitve. Vredno je omeniti, da je amplituda napetosti pri izmenični obremenitvi približno 1,5-krat večja (sl. 14), vendar so zakovice pri tej obremenitvi očitno bolj ogrožene kot pri enosmerni obremenitvi.
Sl. 14 - Utrujenostna natezna trdnost kovičenih spojev