Pomembna strokovna opomba: To je arhivsko izobraževalno besedilo, ne trenutna konstrukcijska specifikacija, statični izračun ali navodila za izdelavo in sestavljanje. Pri dimenzioniranju in izvedbi jeklenih konstrukcij je treba upoštevati veljavne predpise in standarde, projekt pooblaščenega inženirja, dokumentacijo proizvajalca, kontrolo materialov in zvarnih ali mehanskih spojev ter predpisane varnostne ukrepe.
Projektiranje in izdelava jeklenih konstrukcij ni del trenutne javne ponudbe Sava Kusića. Današnji fokus proizvodnje so lesena okna, leseno-aluminijasta okna in vrata po meri.
V jeklenih konstrukcijah so palice, nosilci, posode, površinski nosilci itd., sestavljeni iz veljavnih profilov. Priključki morajo povezovati posamezne profile tako, da tvorijo konstrukcijske dele, ki delujejo kot ena celota. To je doseženo le, če lahko povezave varno prenesejo napetosti, ki nastanejo med posameznimi deli. Ko je v povezavi med dvema deloma samo pritisk, se napetost prenese z neposrednim stikom med povezovalnim sredstvom in elementom. Poleg fiksnih povezav obstajajo tudi premične povezave, ki omogočajo določena gibanja (zglobi, sredinski čepi, snemalci, ležaji itd.).
Zakovice
O zakovicah bomo povedali le osnovne stvari, saj jih danes skorajda več ni v uporabi - zamenjali so jih vijaki. To so čepki, podobni žebljem, ki se nahajajo v odprtinah v delih, ki jih je treba spojiti in nato zakovičijo. Neobdelane zakovice (slika 1) so narejene iz valjanega okroglega jekla. Pri jeklenih konstrukcijah so zakovice zakovičene v živo rdečem sijaju. Pri kovičenju obstoječo surovo glavo zakovice dobro podpremo z ustreznim orodjem. Končna glava se oblikuje s kladivom, večinoma na pnevmatski pogon, šele potem, ko je vrat zakovice popolnoma zabit. Za kakovost kovičenja je zelo pomembno, da mora vrat zakovice popolnoma zapolniti odprtine. Premer zakovice je 1mm manjši od premera luknje, vrat zakovice je treba stisniti s pritiskom ali udarci, preden končna glava dobi obliko.
Sl. 1 - a) neobdelana zakovica; b) Zakovica s polkrožno glavo; c) Zakovica z ugreznjeno glavo; d) Zakovica s polkrožno glavo za kotle
Napetost in trdnost posameznih zakovic (statična)
Strižne povezave (slika 2) tvorijo najpomembnejše področje uporabe kovic v jeklenih konstrukcijah. Glede na število strižno obremenjenih odsekov vratu zakovice ločimo enodelne, dvodelne in večdelne povezave (slika 3). S povezavo, prikazano na sl. 4 (povezava z dvojnim rezom) obstaja simetrično napetostno stanje.
Sl. 2
Sl. 3 - Enodelni in dvodelni priključek
Tlaki med vrati in ohišjem lukenj so odvisni od debeline kovic in dimenzij spojenih delov; njihova porazdelitev je prikazana na sl. 4a. Za praktični izračun je bila predpostavljena enakomerna porazdelitev napetosti po debelini pločevine (slika 4b). Porazdelitev napetosti po obodu vratu zakovice je podana na sl. 4c. Za dimenzioniranje se izračuna z enakomerno porazdelitvijo po premeru po sl. 4d. Povprečna vrednost σlm je napetost na ovojnici luknje.
Sl. 4 - Napetosti na ovoj luknje; a) in c) pravi; b) in d) običajne predpostavke za izračun
Normalni izračun zakovic
Strižna trdnost je odvisna predvsem od materiala zakovice. Pri ocenjevanju rezultatov preskusa je treba upoštevati, da je material zakovic drugačen od materiala, iz katerega so plošče spojene, in da se s kovičenjem poveča trdnost materiala zakovice.
Tlačna trdnost na ovoj luknje, kot najvišja vrednost obremenitve, ni tako jasno izražena kot strižna trdnost. Kadar oddaljenost e od konca pločevine ni prevelika, jo zakovice raztrgajo; Slika 5 prikazuje slike razčlenitve. Stiskalna napetost vzdolž ovoja luknje, potrebna za striženje koncev plošč, je lahko 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.
Sl. 5 - Vrste zlomov
Zgodovinska pravila zakovice
Razmik med zakovicami. Razmik zakovice e (medosna razdalja) je omejen navzdol zaradi enostavnega kovičenja, vrhov napetosti in zmanjšanja odpornosti na luknje. Največji razmik zakovic je omejen, zato konektorjev ne smemo odpirati zaradi nevarnosti rjavenja, prav tako pločevin ne smemo upogibati pod pritiskom. Največja razdalja je odvisna od debeline pločevine t. Običajni razmiki kovic za železniške mostove in druge jeklene konstrukcije se v določenih mejah razlikujejo. Razdalja od konca je e1 in je v smeri sile. Razdalja od konca e2 je pravokotna na smer delovanja sile.
Položaj zakovičenja. Zakovice so večinoma razporejene v pravilnih vzorcih zakovic in postavljene v ravnih linijah druga za drugo. Za širše odseke je potrebnih več vrst zakovic (slika 6), pri čemer je treba upoštevati tabelo 1. Za notranje strukturne zakovice širokih napenjalnih palic se lahko poveča na podvojitev vrednosti iz tabele 1.
Sl. 6
Sl. 7 - Primer zakovice za profilirano jeklo
Vijaki in čepi
Vijaki se skoraj vedno uporabljajo v konstrukcijah, kjer je potrebno zavarovati povezavo. Vijaki iz kakovostnega materiala naj prenašajo sile s trenjem, medtem ko strižna trdnost in tlačne napetosti na lupini čepa ne prispevajo bistveno. V jeklenih konstrukcijah se uporabljajo vijaki z metričnimi navoji. Pravila za uporabo vijakov ustrezajo tistim za kovice z enakim premerom luknje d. Vendar pa najmanjša razdalja ne sme biti manjša od e = 3,5d, po možnosti 4d. Ostale razdalje, korenine in linearne mere so enake kot pri zakovicah. Vijaki morajo biti bolj zamaknjeni drug od drugega kot zakovice, zaradi večje potrebe po prostoru za matice in ključ za vijake.
Za jeklene konstrukcije se upoštevajo predvsem naslednje oblike:
Neobdelani šestrobi vijaki: imajo šestrobo matico in podložko Premer navoja d = 10 do 33 mm s premeri lukenj d1 = 11 do 34 mm. Ti vijaki so obdelani samo v navojih, zato med ohišjem in luknjo upoštevajte razmik od 0,5 do 2 mm. Pri večjih silah je potrebna previdnost, saj povezave z vijaki pogosto kažejo znatne deformacije.
Sl. 8 - Vijak
Vijaki: po dimenzijah ustrezajo neobdelanim šestrobim vijakom, vendar imajo natančno cilindrično obdelano telo, tako da dobro zapolnijo luknjo. Pritrjeni vijaki nadomestijo neobdelane, ko je treba prenesti večje sile ali ko morajo premiki v povezavah ostati znotraj majhnih meja.
Podporne plošče: vijaki so pritrjeni s podpornimi ploščami. Debelina plošče je odvisna od velikosti uporabljenega vijaka.
Oznake: oznake, luknje in velikosti vijakov so podane v naslednji tabeli:
Sl. 9 - Oznake vijakov
Statična napetost posameznih vijakov
Strižne povezave: napetostno stanje v vijačnih povezavah je podobno tistemu v kovičenih povezavah. Pri dimenzioniranju se izračuna s povprečnimi vrednostmi strižne napetosti τm in pritiska na plašč vrtine σlm. Znano je, da se pritisk na ohišje izvrtine močno poveča, ko navoji vstopijo v luknjo, čemur se je treba izogibati.
Torni upor pri običajnih povezavah z vijaki je nižji kot pri kovičenih priključkih, saj je pri zategovanju matic mogoče doseči le relativno majhne sile zategovanja. Premočno zategovanje bo poškodovalo navoje. Nanaša se na vijake visoke vrednosti, zaradi katerih je odpornost na trenje v povezavah ključna za njihovo obnašanje.
Strižna trdnost nameščenih cilindričnih čepov je enaka kot pri zakovicah. Statični preskus trganja v normalnih okoliščinah ne more določiti razlike med nameščenimi čepi in zakovicami v smislu tlačne trdnosti na ovoj luknje. Pri utrujajočih obremenitvah je sorazmerno manjši torni upor vzrok za bistveno drugačno obnašanje vijačnih povezav.
Neobdelani vijaki imajo manjši upor v povezavah s strižno obremenitvijo do 20% zaradi reže med luknjo in telesom vijaka. Zaradi tega so dovoljene napetosti za neobdelane vijake manjše kot za vgrajene. Za dimenzioniranje je treba vzeti dejanski premer telesa d.
Pokrovčki za sklepe
Sklepne kapice zagotavljajo povezavo, ki je odporna na napetost in pritisk, kjer se povezani elementi lahko vrtijo. Uporaba na spojih Gerber nosilcev, visečih pasov verižnih visečih mostov, povezav napetih palic v obliki zgibov itd. Rešetke s povezavami v vozlih na spoj, t.i. mostov z zamaški se skoraj ne gradi več. Velike torne sile, ki se pojavljajo na čepih, onemogočajo premikanje, medsebojno vrtenje pa dosežemo le z večjimi momenti.
Sl. 10 - Pokrovčki, a) pokrovček z vijakom; b) pluta z razcepom; c) čep enega visečega mostu
Stanje napetosti v čepu je večinoma podobno tistemu pri kovičenih povezavah. Čepi so zato dimenzionirani glede na srednjo strižno napetost τm in povprečno tlačno napetost na ovoj luknje σlm. Ker je treba čepke zlahka vrteti, je σlm manjši. Upogibne napetosti v čepih so večinoma nepomembne, vendar lahko dosežejo znatne vrednosti, ko so spojeni deli visoko zgoščeni.
Za vsak realni objekt se uporabljajo veljavne metode izračuna, predpisani detajli spojev in projektna dokumentacija pooblaščenega strokovnjaka. To besedilo je ohranjeno kot zgodovinski izobraževalni vir.