Arkivexpertinnehåll: Artikeln bevarar historiska exempel och påståenden om svetsade stålbalkar, broar och takstolar, men är inte en design, beräkning, fogspecifikation, svetsplan, procedurkvalificering, utmattningsbedömning eller reparationsmanual. Material, svetsbarhet, seghet, tjocklek, fogförberedelse, tillsatsmaterial, förvärmning, sekvens, restspänningar, toleranser, korrosion, brand, utmattning och kontroll måste bestämmas enligt det specifika projektet och tillämpliga standarder. Lagerleder är designade, utförda och kontrollerade av lämpligt kvalificerade personer.
Idag är Savo Kusić fokuserad på träfönster, trä-aluminiumfönster, anpassade fönster, dörr och offertförfrågningar. Denna artikel förblir ett historiskt arkiv och representerar inte ett erbjudande att designa, svetsa, testa eller förstärka stålkonstruktioner.
Helsvetsade fästen
Stödsektioner
En översikt ges av fig.1och2. Sl.1och visar stödet förstärkt med svetsade bälteslameller. Sektioner med godtycklig lastkapacitet kan monteras av brett stål och plåt (fig.1b till e). En öppen skarv mellan hörnsömmar bör undvikas genom att skärpa den vertikala plåten (fig.1c). Stödets tvärsnitt kan anpassas till erforderligt motståndsmoment med extra bälteslameller. Sektioner i fig.2d till f har fördelen att den motstående sömmen kommer i området med mindre tjocklek på revbenet. Här kan sömmarna undersökas särskilt lätt med röntgen.
Bild 1 — sektioner av svetsade stöd.
Bild2— sektioner av stöd gjorda av speciella profiler.
Svetskontroll: radiografisk testning använder joniserande strålning och utförs endast under kontrollerade förhållanden av auktoriserade experter. Val av kontrollmetod, acceptans omfattning och kvalitetskriterier bestäms av projektet och standarden; inspektion av fotot eller den yttre ytan är inte ett bevis på svetsens inre kvalitet.
Fortsättning på det vertikala arket
Utvecklingen skedde på ett helt ändamålsenligt sätt. Förlängningar med strumpeband utfördes. Den korsformade förlängningen fick inte någon större betydelse vid brobyggen, men den visade sig ändå vara bra vid byggnadskonstruktion. Eftersom de vertikala förlängningarna av gränssnittet var oekonomiska på grund av de små tillåtna spänningarna, hittades förlängningar med ökad längd på sömmen.
Universella tillägg
Sl.3visar förlängningen av huvudbalken på en motorvägsbro med en förstärkt ribba. Sl.4ger fortsättningen av en bro på motorvägen. Som bäst skiljer sig denna förlängning inte i utseende och verkningssätt från det icke-förlängda stödet, bara utmattningshållfastheten är något lägre. Tillbyggnadslösningen beror på om det är en verkstadsförlängning eller en monteringsförlängning. Eftersom bättre verktyg finns i verkstaden är svetsning på plats begränsad om möjligt. Sl.5visar uppdelningen av en lång stråle63m. Balkarna levererades till byggarbetsplatsen i delar av38moch25mlängd, där endast förlängningarna markerade med “B” svetsades. Monteringsförlängningarna är gjorda som U-förlängningar, för att undvika svetsning över huvudet.
Bild3— fortsättning av brobalken på motorvägen nära Hattenheim.
Bild4— historisk detalj om brobalkens fortsättning.
Bild5— schema för verkstads- och monteringsförlängningar.
Kontinuerliga helstöd svetsades under monteringens gång längs öppningarna utan till exempel ställningar. nära en vägbro med öppningar från42m. Delarna av stödet installerades med en flytkran och efter installationen av alla element svetsades de. Samtidigt fästes huvudstöden med skruvar med strumpeband med öppningar (fig.6). Genom hålen i strumpebanden kunde större delen av sömmen på den vertikala plåten svetsas, innan strumpebanden måste tas bort. Sl.6innehåller ytterligare information om beredning av U-sömmar för specialprofiler i övre och nedre bältet.
Bild6— tillfälliga tourniquets med öppningar för svetsning.
Installation och platsarbete: historiska exempel med flytkran, tillfälliga surrningar, luckarbeten och svetsning på plats är inte installationsplan. Beräkning av tillfälliga förhållanden, lyft- och säkringsplan, geometrikontroll, fall-, brand- och rökskydd samt spårbar kontroll av varje led innan borttagning av tillfälliga stöd krävs.
Förstyvningar
Det är nödvändigt att förstyva de fasta svetsade stöden väl mot utsprånget av det vertikala arket och bältens laterala buckling, dessutom bör böjningen under svetsning hållas på en låg nivå. Krympspänningar på vertikala förstyvningar undersöktes av O. Graf-a. Under den undersökta sekvensen av arbeten (förstyvningar svetsades först, sedan huvudsömmarna) inträffade betydande krympspänningar i förstyvningarna och närliggande remsor av vertikal plåt. Om förstyvningarna redan sitter på remmarna innan huvudsömmarna dras ut, förhindras krympningen av bälteslamellerna. I bältes lamellerna uppträdde vågiga krökar i längdriktningen upp till 2mm, i tvärriktningen runt 0,25mm (fig. 7). Därför måste det ha förekommit betydande böjpåkänningar i båda riktningarna i bälteslamellerna. Bärförmågan begränsades av förekomsten av stora deformationer, inte av den nedre remmens brotthållfasthet. Enligt resultaten av utmattningstestet krävs det för broar att montera väl passande plåtar mellan förstyvningarna och bandet, vilka fästs i förstyvningarna med en stumsvets. Förstyvningar och anslutningar skärs så att huvudsömmen förblir fri (fig. 8). Inom byggbranschen råder det i de flesta fall ingen tvekan om att förstyvningarna är svetsade direkt på balkarna. Det är bättre att undvika att klippa sömmarna och stapla dem för mycket.
Bild7— deformation av remmar under svetsning.
Bild8— förstyvning med välsittande kakel.
Skrympning, deformation och utmattning: historiska testresultat kan inte överföras till en annan detalj utan beräkningar. Förstyvningar, svetsavslutningar, sömkorsningar, toleranser och arbetssekvens påverkar kvarvarande spänningar, buckling och utmattningshållfasthet; oacceptabla sprickor och deformationer löses inte genom ytterligare svetsning utan en godkänd reparationsprocedur.
Fullständiga fästen och ramar
Valvstöd och smala valv
Bågshängslen erbjuder lite något speciellt jämfört med riktiga helhängslen. Anslutningarna av dubbelväggiga fribärande bågar till enkelväggiga förstyvningsbalkar, som utförs på de två största svetsade motorvägsbroarna, är dock bland de mest intressanta konstruktionerna som har svetsats. På motorvägsbron över Lech nära Duisburg användes en massiv bearbetad bit smidd stål vid ändnoden för att underlätta svetsarbetet. Den här (fig. 9) tar krafterna från bågen och överför dem till förstyvningsbalken. Den levereras med ett 50 mm starkt utlopp, som passerar genom en enda slits till det övre bandet på förstyvningsbalken och är svetsad till den vertikala plattan, förstärkt till tjockleken 50 mm.
Image 9 — ändnoden på den välvda bron.
Ramkonstruktioner
Fördelarna med svetstekniken syns bäst på ramens hörn, vilket gör att komplicerade former kan göras utan särskilda svårigheter. Ett hörn av ramen med en tung belastning visas i fig.10. Konstruktionen har svetsade verkstadsutbyggnader. Monteringsförlängningarna fästs med självgängande skruvar. Vid svetsning av förstyvningar mellan de sammanfogade stödens ben uppstår höga krympspänningar som ibland leder till sprickor. Krympspänningar reduceras avsevärt när istället för solida ribbor (fig.11a) navara endast vingblad (fig.11b).
Bild10— vinkeln på ramstödet.
Bild11— jämförelse av svetsade anslutningsförstyvningsdetaljer.
Bild12— nod av en belgisk bro med rambalkar.
Anslutningar av längsgående stöd är styva i böjning
En stor förenkling kan uppnås i brobeläggningsnätet genom att använda svetsade anslutningar. Utmattningshållfasthet av anslutningar av längsgående stöd etc. under böjbelastning, den belyses av tester O. Graph-a (Fig.13). Därför har kopplingen med en söm till gränssnittet på den spända sidan en högre utmattningshållfasthet vid den likformiga böjspänningen σUb än kopplingen där det spända benet är förbundet med hörnsömmar.
Bild13— historiska varianter av längsgående stödförbindelser.
Gitterstöd
Svetsade gallerstrukturer
Formerna och anslutningarna av äldre galler var kopior av nitade konstruktioner (fig. 14). Detta är olämpligt, de speciella egenskaperna hos svetsade anslutningar måste beaktas vid val av tvärsnitt. Den större styvheten hos alla anslutningar jämfört med nitade noder är också viktig. Anslutningar av diagonala stänger i nätets noder med högre krafter, särskilt på byggarbetsplatsen, är svåra att utföra. Eftersom kopplingarna med hörnsömmarna här kommer i fråga är utmattningshållfastheten relativt låg. Helsvetsad, dvs. och i det svetsade gallrets noder, därför endast i vissa speciella områden av stålkonstruktioner. Till exempel med takfästen, med kranar som inte är mycket dynamiskt belastade, etc.
Bild 14 — svetsad nod av ett gallerstöd.
I första hand kommer platta stål och plåt i beaktande för tvärsnittsbildning. I fallet med svetsade konstruktioner tillverkas ihåliga sektioner utan särskilda svårigheter, vilka har fördelen av pressade stänger på grund av sin vridstyvhet. Det speciella fallet med ett runt rör förtjänar särskilt omnämnande. Svetsade rörformiga konstruktioner har fått bred användning, t.ex. vid konstruktion av kranar eller lätta konstruktioner inom byggbranschen. Vid fortsättning och anslutning av ihåliga sektioner måste man faktiskt ta hänsyn till vissa konstruktiva svårigheter och merkostnader. Svetsade sektioner är ofta samlade i ändarna så att anslutningen lättare kan nitas (fig. 15). De speciella åtgärder som krävs i verkstaden och på byggarbetsplatsen för svetsade gallerkonstruktioner gör det svårt att applicera, såvida det inte handlar om stöd med lätt eller övervägande statisk belastning. För dynamiskt belastade galler och för de med höga krafter var regeln att endast enskilda element svetsades, men deras inbördes anslutning gjordes med skruvar. Först och främst togs installationssvårigheterna bort; och galler gjorda av svetsade element kan monteras enligt samma procedurer som de gjorda av nitade stavar.
Figur 15 — formning av änden av den ihåliga sektionen för anslutning.
Nodalplåtar, som tar emot diagonalerna samtidigt, nitas på vanligt sätt till ribborna på banden eller stumsvetsas med dem (fig. 16a). Den senare har nackdelen att “starta hörnsömmar”, som är skadliga för utmattningshållfastheten hos balken. Ett avgörande steg mot korrekt formning av fackverksbroar genom svetsning togs vid järnvägsbron över Rhen nära Mainz (Kaiser-bron). Där, på 50 mm, infogas förstärkta nodalplåtar med stumsömmar i vertikala plåtar av 30 mm tjocka bälten. Övergångarna är gradvisa, formningen kan ses från fig. 16b. Förlängningar av bältesstänger är placerade bredvid noder.
Figur 16 — nodalplåtar av vindkoppling och järnvägsbro över Rhen nära Mainz (Kaiser-bron, 1954).
Förstärkning genom svetsning
Efterföljande förstärkning av stålkonstruktioner är ett av de svåraste arbetena, speciellt när det måste utföras på en belastad konstruktion. Med nitade anslutningar är det tidskrävande och dyrt att sätta in förstärkningar, borra och ansluta till befintliga delar. Eftersom svetsning är möjlig utan långvariga preliminära förberedelser samt utan att bryta de befintliga bindningsorganen, var det nära att försöka svetsa förstärkningen av gallrens tvärsnitt och anslutningar. Nitars och svetsars gemensamma verkan vid mottagning av krafter i stavar har undersökts i detalj teoretiskt och i experiment. Men i praktisk tillämpning uppstod sprickor och utmattningsbrott, delvis först efter långvarig användning. Orsakerna till dessa svårigheter var effekterna av svetsskåror och plötsliga förändringar i sektionen, och några av de sprickor som uppstod orsakades av höga spänningar från krympning.
Förstärkning av befintlig struktur: svetsning av stressat eller gammalt stål kan introducera sprickor, spröd brott, lokal förlust av stabilitet och ny kraftbana. Innan arbetet påbörjas ska materialet, befintliga skador och utmattning, faktisk belastning, svetsbarhet, avlastningssekvens och tillfällig försäkring fastställas. Armering utförs endast enligt det godkända projektet och förfarandet, med övervakning och kontroll.
Kombinera svetsning, nitning och skruvning
Under en tid var det förbjudet att använda svetsning och nitning samtidigt. Särskild uppmärksamhet ägnades åt “helsvetsade konstruktioner” där nitar och skruvar helt undveks. Idag tillämpas återigen svetsning och nitning parallellt på samma föremål. I många fall är det lämpligt att endast svetsa verkstadsförlängningarna och tvärtom nita de prefabricerade. Användning av båda typerna av anslutningar i samma fortsättning bör undvikas, eftersom en tydlig kraftfördelning inte kan uppnås på grund av krympning relaterad till svetsning och glidning av nitar/bultar.
Slutanmärkning: fogverkan av svetsar, nitar och skruvar får inte antas utan en beräkningsmodell, en definierad sekvens av utförande, toleranser och slirkontroll. För varje bärande detalj ska kraftbana, utmattningskategori, tillgänglighet till svetsning och inspektion, acceptabla defekter och en underhållsplan under konstruktionens livslängd vara känd.