รอยต่อด้วยหมุดย้ำและสลักเกลียว – คานรับแรงดัด

ความสามารถรับน้ำหนักของคานในเกือบทุกกรณีถูกจำกัดโดยการโก่งเดาะของแถบอัด ปรากฏการณ์นี้เกิดขึ้นก็ต่อเมื่อถึงขีดครากแล้วหลังจากความเค้นเท่ากันทั่วทั้งปีกอัดแล้วเท่านั้น เฉพาะเมื่อมีการค้ำยันด้านข้างอย่างแข็งแรงเท่านั้น จึงจะสามารถเพิ่มความเค้นขอบที่รับได้ไปจนถึงช่วงการเสริมความแข็งแรงของเหล็กโครงสร้าง เมื่อประเมินความสามารถรับน้ำหนักต้องคำนึงถึงการกระจายความเค้นจริง หากสมมติให้ความเค้นกระจายเป็นเส้นตรง ความสามารถรับน้ำหนักจะถูกประเมินต่ำเกินไป ควรตรวจสอบปรากฏการณ์ความไม่เสถียรอย่างละเอียดเป็นพิเศษ

การหักลดส่วนรูในชิ้นส่วนรับแรงดัด

ด้านที่รับแรงดึงของคานจะมีการอ่อนตัวของหน้าตัดเหมือนกับแท่งรับแรงดึง (การฉีกขาดของปีกที่รับแรงดึงตามหน้าตัดที่อ่อนตัว) สำหรับการปฏิเสธรูในความหมายนี้ ให้ใช้กฎเดียวกันกับแท่งรับแรงดึง

เนื่องจากรูที่ยึดด้วยหมุดย้ำในด้านรับแรงอัดของคานมีผลต่อการกระจายของความเค้นและการเสียรูปเพียงเล็กน้อยมาก และกำลังรับน้ำหนักส่วนใหญ่ถูกจำกัดด้วยการโก่งด้านข้างของปีกที่ถูกอัด ขนาดของการอ่อนตัวของหน้าตัดในคานที่มีหน้าตัดสมมาตรจึงไม่ส่งผลอย่างมีนัยสำคัญต่อภาระรับได้ ด้วยเหตุนี้ F. Hartmann จึงตั้งคำถามไว้แล้วว่า สำหรับคานสมมาตรจำเป็นต้องนำการอ่อนตัวจากรูมาคิดหรือไม่ สำหรับหน้าตัดไม่สมมาตร (ด้านรับแรงอัดแข็งแรงกว่า) ผลหักออกของรูในด้านรับแรงดึงของคานอาจกลายเป็นตัวกำหนดกำลังรับน้ำหนักได้ ภายใต้ภาระที่เกิดซ้ำบ่อย รูจะมีอิทธิพลอย่างมาก แม้จะอยู่ห่างจากเส้นใยขอบมากก็ตาม

ปัจจุบัน ในการคำนวณความสามารถรับน้ำหนักของหน้าตัดภายใต้การดัด จะใช้หน้าตัดรวมและหน้าตัดสุทธิ (นอกเหนือจากรูปแบบการวิบัติที่สำคัญอื่น ๆ) การวิบัติที่หน้าตัดรวมเกิดขึ้นในส่วนของหน้าตัดที่ไม่ได้อ่อนกำลังลงด้วยรู การวิบัติที่หน้าตัดสุทธิเกิดขึ้นที่หน้าตัดซึ่งอ่อนกำลังลงด้วยรู และพื้นที่ที่นำมาพิจารณาคือพื้นที่รวมลบด้วยพื้นที่ของช่องเปิดทั้งหมด

หมุดย้ำที่คอและที่หัว

ในการดัด นอกจากความเค้นปกติแล้ว ยังเกิดความเค้นเฉือนด้วย ซึ่งในคานที่มีเอวบนและล่างขนานกันจะแปรผันตามแรงเฉือนขวาง Q สำหรับหน้าตัดแบบประกอบ หมุดย้ำที่ยึดโปรไฟล์รีดแต่ละชิ้นเข้าด้วยกันจะรับความเค้นเฉือนในพื้นผิวสัมผัสระหว่างโปรไฟล์เหล่านั้น การกระจายของแรงเฉือน T ในเอวมีลักษณะเป็นพาราโบลา ส่วนในปีกแทบเป็นเส้นตรง สำหรับคานที่มีปีกหนัก ค่า T ในเอวแตกต่างจากค่าเฉลี่ย Tm เพียงเล็กน้อย ซึ่งมักเพียงพอสำหรับการประเมินเบื้องต้น

รูปที่. 1

รีเว็ตที่ส่วนหัว (รูปที่ 1b) ต้องรับแรงเดือย TK < TH ร่วมกัน แรงเดือยระหว่างแผ่นสายพานแต่ละแผ่นยังน้อยกว่านั้น และในกรณีดังแสดงในรูปที่ 1c จะกระจายไปยังรีเว็ตจำนวนมากขึ้น

ช่วงต่อของคานรับแรง

การต่อยาวของแผ่นโลหะในแนวตั้ง จำเป็นเมื่อความสูงของแผ่นโลหะมากกว่าความกว้างของแผ่นที่มีอยู่ นอกจากนี้ยังอาจจำเป็นในแง่ของการผลิตและการขนส่ง แผ่นรัดและหมุดย้ำในส่วนต่อยาวของคานหนึ่งตัวต้องรับแรง TL เดียวกันกับที่แผ่นที่ไม่ต่อยาวจะมีที่รอยต่อแนวยาว เนื่องจากการอ่อนกำลังจากรูในแผ่นรัดเท่ากับในแผ่นโลหะตั้ง ความหนาของแผ่นรัดต้องมากกว่าหรือเท่ากับความหนาของสันแผ่น

รูป 2 - ส่วนต่อยาวของแผ่นโลหะตั้งฉาก

การต่อแบบขวางภายใต้แรงดัด สามารถปิดทับด้วยแถบรัดได้หลายวิธี รูป 3 แสดงทางเลือกหลายแบบของ รอยต่อในโรงงาน ซึ่งมีการต่อเฉพาะแผ่นตั้งเท่านั้น หากแถบรัดอยู่เฉพาะระหว่างฉากเหล็กของเอว (รูป 3a) จะเหลือแถบของแผ่นตั้งใต้ฉากเหล็กเอวที่ไม่ได้ปิดทับ ในกรณีนั้นฉากเหล็กและหมุดย้ำในบริเวณรอยต่อของแผ่นตั้งจะรับภาระมากขึ้นอย่างเห็นได้ชัด ดังนั้นรอยต่อชนิดนี้จึงควรจำกัดไว้สำหรับจุดต่อที่ไม่สำคัญนักและมีแรงน้อย ควรให้ความสำคัญกับรอยต่อที่ปิดทับทั้งหมดเสมอ แถบรัดพิเศษบนแขนตั้งของฉากเหล็กจะรับความเค้นตามยาวของแถบนี้ แต่มีส่วนร่วมในการรับแรงเฉือนเพียงเล็กน้อย การปรับปรุงบางส่วนในเรื่องนี้แสดงไว้ในรูป 3c เมื่อมีแรงมาก ควรมุ่งใช้แถบรัดตลอดความสูงของแผ่นตั้ง (รูป 3d) ซึ่งหมายความว่าต้องตัดฉากเหล็กเอว แถบรัดมีความหนาเท่ากับแขนของฉากเหล็ก และในกรณีที่ฉากเหล็กหนามากจะใช้แผ่นรองปรับระดับเพื่อประหยัดความหนาเกินจำเป็นของแถบรัด

Sl. 3 - รอยต่อขวาง (จากโรงงาน) ของแผ่นโลหะแนวตั้ง

แนวต่อของแผ่นโลหะแนวตั้งภายใต้ภาระแรงเฉือน: คานในตำแหน่งรอยต่อรับภาระเฉพาะ Q (M = 0). สำหรับรอยต่อที่มีระยะหมุดย้ำเท่ากันทั้งหมด (รูป 4) ต้องสมมติว่าแรงในหมุดย้ำ NiQ สอดคล้องโดยประมาณกับพื้นที่ส่วนที่เกี่ยวข้อง e*t ของรอยต่อ กล่าวคือ แรงในหมุดย้ำกระจายเช่นเดียวกับความเค้นเฉือนตามความสูงของคาน, NiQ = e*t*τi = e*Ti. อย่างไรก็ดี ในการออกแบบจะคำนวณโดยถือว่ากระจายสม่ำเสมอไปยังหมุดย้ำทั้งหมด n ตัว NiQ = Q/n.

รูปที่ 4 - ส่วนต่อของแผ่นตั้งพร้อมการกระจายแรงเฉือน

รูป 5 แสดงรอยต่อในโรงงานของแผ่นโลหะตั้งฉาก (มุมเหล็กและแผ่นลามิเนตได้ต่อที่ตำแหน่งอื่น)

รูปที่. 5

การดัดร่วมกับแรงแกน: คานที่รับทั้งโมเมนต์ดัดและแรงแกนจะออกแบบตามหลักการเดียวกัน และภายใต้สมมติฐานการกระจายความเค้นแบบเส้นตรง หากหักหมุดย้ำออกทั้งหมดทั้งในเอวบนและเอวล่าง หน้าตัดใช้งานและตำแหน่งของเส้นศูนย์จะไม่ขึ้นกับกรณีการรับแรง ดังนั้นความเค้นจาก M และ N สามารถนำมาบวกกันได้โดยตรง การรับแรงของหมุดย้ำในรอยต่อได้จากการซ้อนทับแรงจากกรณีการรับแรงย่อย M และ N

การรองรับและการต่อของค้ำยัน

ที่นี่จะพิจารณาเฉพาะวิธีแก้ที่พบบ่อยที่สุดเพียงวิธีเดียวจากบรรดาวิธีแก้จำนวนมากเท่านั้น ในการประเมิน ควรคำนึงเสมอถึงแรงเสริมที่ได้จากความคลาดเคลื่อนจากการคำนวณความต้านทานที่มีความเป็นอุดมคติมากหรือน้อย

การรองรับแบบง่าย ของคานตัวหนึ่งบนปีกบนขององค์ประกอบโครงสร้างอีกชิ้นหนึ่ง เหมาะในกรณีที่มีความสูงโครงสร้างเพียงพอ กรณีปกติคือการยึดติดแน่นด้วยหมุดย้ำหรือสลักเกลียว ในรูป 6 แสดงการรองรับแบบปกติของคาน I ต่อเนื่องในงานอาคาร ซึ่งยังหลีกเลี่ยงการเจาะในปีก I ที่แคบด้วย คานต้องได้รับการป้องกันไม่ให้พลิกคว่ำ รวมทั้งป้องกันแรงเฉือนขวางในกรณีที่กำหนด (รูป 7 และ 8) ในงานสะพาน มักจับคานเป็นคู่ (รูป 9); การรองรับแบบยึดตายตัวของคานยาวบนคานขวาง (รูป 10) คานควรเสริมความแข็งแรงเมื่อมีแรงรองรับมากโดยใช้เหล็กฉากที่สวมพอดีหรือโปรไฟล์ที่เชื่อมติด (รูป 8 ถึง 10) สำหรับคานประกอบ โหลดควรถ่ายเข้าสู่เอวคาน

รูป 6 - การยึดแปหลังคา

รูป 7 และ 8

รูป 9 และ 10

ข้อต่อสัน : ในรูปที่ 11 และ 12 แสดงการต่อของคานรูปตัว I ซึ่งใช้ในงานอาคารเป็นข้อต่อมาตรฐาน การบากมีการทำมุมโค้งมากเพื่อหลีกเลี่ยงการแตกร้าวของสันคาน การยึดแบบยืดหยุ่นจากข้อต่อสันช่วยเพิ่มกำลังรับน้ำหนักได้ระดับหนึ่ง การเปลี่ยนรูปที่อธิบายไว้นี้แม้จะไม่เป็นอันตรายเมื่อรับแรงค่อนข้างคงที่ เช่น ในสะพานเก่า

รูป 11. - การต่อปกติของคาน I ที่มีหน้าตัดปลายตั้งฉาก

รูป 12 - จุดต่อแบบปกติที่ปลายคาน I ถูกตัด

จุดต่อแบบแข็งต่อการดัด ใช้เมื่อจำเป็นต้องมีการต่อโดยไม่เปลี่ยนมุม (คานต่อเนื่อง มุมเฟรมที่แข็ง) หรือเมื่อมีความเสี่ยงต่อการแตกหักจากความล้าเนื่องจากการรับน้ำหนักแปรผัน โดยเฉพาะในสะพานรถไฟ สามารถใช้แผ่นต่อเนื่อง จุดต่อแข็งต่อการดัด มุมแข็งต่อการดัด มุมของเฟรม

• แผ่นต่อเนื่อง – หากต้องเชื่อมคานที่อยู่ในระนาบเดียวกัน ให้เชื่อมคานบนทั้งสองด้วย แผ่นต่อ หรือ แถบยึดต่อเนื่อง ดังนั้นหมุดย้ำของจุดต่อจึงปราศจากแรงดึง และหลีกเลี่ยงการเสียรูปขนาดใหญ่ได้

รูป 13 - จุดต่อด้วยแผ่นลามิเนตเพื่อความต่อเนื่อง

รูป 14 - การเชื่อมต่อของคานตามยาว a) ของสะพานบนทางด่วน; b) ของสะพานรถไฟ

• ข้อต่อแบบแข็งต่อการดัด – ข้อต่อชนิดนี้พบได้ในคอนโซลทึบของทางเดินเท้าบนสะพานถนน สำหรับโมเมนต์ที่มีค่าน้อย แผ่นแนวตั้งของมันจะยึดเพียงสองด้านระหว่างเหล็กฉากสำหรับเสริมความแข็งของคานหลัก โมเมนต์ที่ถ่ายทอดเข้ามาจะถูกกระจายผ่านการเสริมความแข็งไปตลอดความสูงของคานหลัก หรือกล่าวอีกนัยหนึ่งคือถ่ายทอดเข้าสู่ปีกคานในรูปของคู่แรง

รูป 15 และ 16

• มุมแข็งตัวต่อการดัด – มุมที่แข็งตัวต่อการดัดระหว่างเสาและคานรองในงานอาคารควรออกแบบให้มุมนั้นไม่เปลี่ยนแปลง และไม่เกิดการเกินพิกัดของความเค้นเฉพาะที่ใดๆ การเชื่อมต่อที่เชื่อถือได้ที่มุมเกิดขึ้น เช่น ตามรูป 16 เมื่อใช้แผ่นเหล็กปีก หรือ ตามรูป 100 เมื่อโมเมนต์ยึดแน่นในแถบของเสาถูกถ่ายเป็นคู่แรง
• มุมของกรอบ – สำหรับกรอบรูปหลายเหลี่ยม ส่วนต่อสามารถทำได้ที่จุดหักมุมหากความแตกต่างของมุมมีน้อย; ชิ้นส่วนที่เชื่อมต่อกันจะถูกยึดด้วยสายรัดเช่นเดียวกับแท่งที่รับแรงดึงและแรงอัด แรงบิดจะรวมตัวกันที่จุดหักมุมและต้องรับด้วยตัวค้ำยึด บนรูป 101 ให้สังเกตความแตกต่างของการครอบทับของส่วนต่อและตัวค้ำยึด ขึ้นอยู่กับทิศทางของโมเมนต์ดัดและแรงเบี่ยงเบน ในกรณีที่แรงมีมากและความแตกต่างของมุมมาก จะหลีกเลี่ยงไม่ให้ส่วนต่อไปอยู่ในส่วนของกรอบที่โค้งมาก การต่อบริเวณใกล้มุมกรอบช่วยให้ได้รูปแบบเชิงโครงสร้างที่ดีกว่าและทำให้งานผลิตง่ายขึ้น ตัวอย่างของส่วนต่ออเนกประสงค์แบบหมุดย้ำที่มีทั้งสองด้านของจุดหักมุมแสดงในรูป 102a และรูป 102b ซึ่งมุมประกอบด้วยส่วนที่เชื่อมด้วยการเชื่อม บนรูป 103 แสดงการต่อแบบแข็งต่อการดัดของเสากรอบกับคานแนวนอนต่อเนื่อง

รูป 17a

รูปที่ 17b

จุดต่อเอียง: ในจุดต่อที่พิจารณามาจนถึงตอนนี้ ซี่โครงวางตั้งฉากกัน หากมุมไม่ใช่มุมฉาก แผ่นฉาก (รูป 18) จะถูกบิด หมุดรองรูปเว้าจะใช้กับมุมที่แหลมมาก ใช้แผ่นยึดต่อเนื่องและชิ้นส่วนรองรับในกรณีนี้เช่นเดียวกับจุดต่อมุมฉาก แผ่นต่อที่ดัดงอ (รูป 19) มีเยื้องศูนย์มากและเกิดแรงเสริมอย่างมีนัยสำคัญ การทำจุดต่อเอียงจะง่ายขึ้นเมื่อใช้แผ่นต่อเชื่อมติด (รูป 20).

รูปที่. 18

รูปที่. 19

รูปที่. 20