Proračun i Konstruisanje Montažnih Nastavaka Aksijalno Zategnutih Štapova

PRORAČUN I KONSTRUISANJE MONTAŽNIH NASTAVAKA AKSIJALNO ZATEGNUTIH ŠTAPOVA

Proračun montažnog nastavka obuhvata: - Određivanje dimenzija štapa - Određivanje dimenzija podvezica - Određivanje broja i dimenzija spojnih sredstava Kako je normalni napon u preseku konstantan aksijalna sila koja deluje u preseku može da se rasporedi na delove poprečnog preseka srazmerno njihovim površinama Kod valjanih I- profila nastavak rebra izvodi se uvek obostranim podvezicama, a nastavak nožice jednostranim podvezicama. Kod zavarenih I profila kao i kod valjanih IPE, HEA, HEB . i nožice treba nastavljati obostranim podvezicama.

PRORAČUN I KONSTRUISANJE MONTAŽNIH NASTAVAKA AKSIJALNO ZATEGNUTIH ŠTAPOVA ZAVRTNJEVIMA

Proračun montažnog nastavka može da se sprovede na dva načina: i - prema zadatoj sili zatezanja ( Nt ) - prema površini poprečnog preseka - statički pokriven nastavak Kod statički pokrivenog nastavka dobija se ista sigurnost na mestu nastavka i u štapu izvan nastavka. Na mestu nastavka, zbog rupa za spojna sredstva, dolazi do smanjenja površine poprečnog preseka Slabljenje osnovnog preseka: Ako usvojeni osnovni presek posle slabljenja rupama ne zadovoljava onda se: - Kod nosača sastavljenih zavarivanjam presek se ojačave na mestu veze - Kod valjanih nosača usvaja se veći presek ( u startu tereba usvojiti veću površinu preseka za 20-30%)

Proračun prema aksijalnoj sili zatezanja Provodi se u sledeća tri koraka: 1. kontrola napona u oslabljenom štapu i, ukoliko je potrebno, ojačanje štapa na mestu nastavka, 2. proračun podvezica i 3. proračun broja zavrtnjeva. Proračun nastavka štapa I poprečnog preseka mora da se sprovede posebno za nožice a posebno za rebro poprečnog preseka. Raspodela aksijalne sile na nožice i rebro se vrši srazmerno njihovim površinama (prema slici) pa je: - sila u nožici Af N t, f = N t A - sila u rebru N t ,w

Aw = Nt = Nt − 2 Nt,f A

gde su:

Raspodela sile zatezanja prema površini

A f - površina jedne nožice i Aw - površina rebra.

Sa ovako sračunatim vrednostima sila zatezanja proračun nastavka štapa se svodi na proračun nastavka nožice i rebra, odnosno nastavka limova Proračun nastavka nožice 1 Određivanje prečnika spojnog sredstva: -Prema empirijskom obrascu: max

d = 5 t min − 0.2

cm

gde je :

tmin =

minimalna debljina elemenata u u spoju (podvezice)

Kako debljina podvezice nije poznata ona se pretpostalja prema:

t min

 t f =  0.6 t f

u slučaju jednostranih podvezica u slučaju obostranih povezica

t f - debljina nožice

Zavrtnjevi treba da se rasporede u okviru poprečnog preseka nožice, shodno linijama zavrtnjeva (tabela 2.22) za valjane profile, odnosno minimalnim međusobnim i ivičnim rastojanjima (tabela 2.23) ( ove tabele su date uz predavanje o spojnim sredstvima) Kada je određen prečnik zavrtnja i usvojen njihov raspored i broj u okviru jednog poprečnog preseka može da se sračuna slabljenje poprečnog preseka možice (∆A f ) i njena neto površina:

(

)

A f ,net = A f − ∆A f = b f − n f ,1 d 0 , f t f

gde su:

A f ,net

neto površina nožice u merodavnom preseku,

n f ,1

broj zavrtnjeva u merodavnom preseku,

d 0, f

prečnik rupe za zavrtanj na nožici.

Kontrola napona u oslabljenom preseku nozice:

σN =

Nt,f A f ,net

≤ σ dop

Ukoliko predhodni uslov nije zadovoljen sledi: -ojačanje nožice - kod profila obrazovanih zavarivanjem ili - izbor većeg profila – kod valjanih nosača Ojačanje se vrši se na dva načina: -povećanjem debljine nožice ili -povećanjem širine nožice

A f ,net ≥

Iz uslova

Nt,f

σ dop

Dobije se povećanje debljine nožice: t ∗f

≥

(b

Nt , f f

)

− n f ,1 . d 0 , f σ dop

ili povećanje širine nožice: ∗ f

b ≥

Nt, f t f σ dop

+ n f ,1. d 0, f

a)

b)

Ojačanje nožice: a) povećanjem debljine nožice; b) povećanjem širine nožice

Dimenzionisanje podvezica na nožici se vrši na osnovu normalnog napona u merodavnom neto poprečnom preseku

Nt ,f

σN =

A f , p .net

≤ σ dop

A f , p .net neto površina podvezica na nožici

gde je

Kod nastavaka sa obostranim podvezicama na nožicama širina spoljašnje povezice je uglavnom jednaka širini nožice b p ,1 = b f

(

)

dok se širina unutrašnjih podvezica

b p ,2 određuje na osnovu

konstruktivnih zahteva, u zavisnosti od prečnika zavrtnja i raspoložive ravne površine,

Kod nastavka sa jednostranim podvezicama širina podvezica (b p ) je jednaka, ili nešto veća od širine nožice

Montažni nastavak štapa sa: a) obostranim podvezicama na nožicama, b) jednostranim podvezicama

Debljina podvezica na nožicama ( t f , p ) se određuje iz uslova zadovoljenja normalnih napona na sledeći način:

t f ,p

Nt,f    b p ,1 + 2 b p ,2 − 2 n f ,1 d 0 , f σ dop = Nt,f   b − n .d 0 , f σ dop f ,1  p

(

)

(

)

za obostrane podvezice za jednostrane podvezice

Potreban broj zavrtnjeva na nožici se određuje iz uslova

n f ,uk = gde je:

Nt,f F f ,dop F f ,dop

nosivost jednog zavrtnja na nožici:

Određivanje nosivost zavrtnjeva poznato je od ranije :

d2π Fv = m τ dop 4

τ

( dop Tabela 2.8(2.9)) – Nosivost na smicanje

Fb = min ∑ t . d σ b ,dop

(

σ b ,dop Tabela 2.8(2.9))–Nosivost na pritisak po omotaču

t1 min ∑ t = min  t 2

za jednosečne zavrtnjeve

t1 + t 3 min ∑ t = min  t 2

za dvosečne zavrtnjeve

Da bi se izbegli nesimetrični nastavci, na nožicama I-profila se uvek usvaja paran broj zavrtnjeva, odnosno isti broj sa svake strane rebra. Proračun nastavka rebra Rebro se uvek nastavlja simetrično, obostranim podvezicama, koje se postavljaju po čitavoj raspoloživoj visini Kao i kod nastavka nožice prvo se određuje prečnik zavrtnja i njihov raspored po visini rebra. Prečnik zavrtnja na rebru je uglavnom manji od prečnika zavrtnja na nožici (za jedan ili dva kalibra). Kontrola napona u rebru na mestu nastavka vrši se na sledeći način:

σw =

N t ,w Aw ,net

≤ σ dop

Ukoliko predhodni uslov nije zadovoljen sledi: - ojačanje rebra - kod profila obrazovanih zavarivanjem ili - izbor većeg profila – kod valjanih nosača Potrebna debljina rebra može da se odredi na sledeći način: ∗ w

t =

(h

w

N t ,w

− nw,1 d 0,w ) σ dop

gde su:

hw

- visina rebra

nw,1

- broj zavrtnjeva u merodavnom poprečnom preseku na rebru,

d 0, w

- prečnik rupe za zavrtanj na rebru,

Na sličan način može da se odredi i potrebna debljina podvezica na rebru (

t w, p

ako se prethodno, na osnovu raspoložive ravne površine rebra, odredi njihova visina ( h p ):

t w, p =

N t ,w

2 (h p − nw,1 d 0,w ) σ dop

Potreban broj zavrtnjeva na rebru može da se odredi na sledeći način:

nw ,uk ≥

N t ,w Fw ,dop

gde je

Fw, dop

- nosivost jednog zavrtnja na rebru.

),

Kontrola preseka čitavog štapa a)osnovni presek:

Nt ≤ σ dop Anet

σo = gde je :

Anet

- ukupna neto površina poprečnog preseka štapa na mestu merodavnog poprečnog preseka

b) podvezice:

σp =

Nt ≤ σ dop Ap ,net

gde je:

Ap , net

- ukupna neto površina poprečnog preseka podvezica na mestu merodavnog poprečnog preseka

Proračun nastavka štapa prema površini karakterišu sledeća tri koraka: 1. ojačanje štapa u zoni nastavka, 2. proračun podvezica i 3. proračun broja zavrtnjeva. Kod ovog postupka se mora obezbediti da nosivost svih elemenata veze ( osnovnog preseka na mestu veze, podvezica i zavrtnjeva) bude veća ili jednaka od nosivosti štapa izvan nastavka. Maksimalna aksijalna sila zatezanja koju štap može da prenese izvan nastavka:

N t ,dop = A σ dop gde je: A - bruto površina štapa izvan nastavka Postupak se dalje obično provodi direktnim poređenjem površine štapa izvan nastavka sa neto površinom ojačanog štapa na mestu nastavka, odnosno sa neto površinom podvezica, kako sledi:

a) Štapovi bez ojačanja u zoni nastavka Ako su u pitanju valjani profili , koji se po praviliu ne ojačavaju, onda je max. sila koju štap može da prenese je ona koja odgovara njegovom neto preseku :

N t ,dop = Anet σ dop pa je za dimenzionisanje podvezica i spojnih sredstava merodavna neto, a ne bruto površina poprečnog preseka štapa izvan nastavka. Podvezice se dimenzionišu prema uslovu: (da podvezice na mestu merodavnog neto preseka prenose veću silu nego štap)

A f , p , net ≥ A f , net

za nožice

Aw, p ,net ≥ Aw,net

za rabro

Ap ,net ≥ Anet

za ceo presek

Broj zavrtnjava: (nosivost zavrtnjava mora biti veća od nosivosti štapa) - na nožici

A f , net σ dop

nf ≥

F f , dop

- na rebru

nw ≥

Aw,net σ dop Fw,dop

- ukupno

n f F f ,dop + nw Fw,dop ≥ Anet σ dop

b) Štapovi sa ojačanjam u zoni nastavka Štapovi formirani zavarivanjem po pravilu se ojačavaju na mestu nastavka, tako da mora biti :

A∗f ,net ≥ A f

Aw∗ ,net ≥ Aw ∗ Anet ≥ A

gde su:

A∗f ,net

- neto površina ojačane nožica na mestu nastavka

Aw∗ ,net

- neto površina ojačanog rebra na mestu nastavka

∗ Anet

- ukupna neto površina ojačanog štapa na mestu nastavka

Af

- bruto površina nožica izvan nastavka

Aw

- bruto površina rabra izvan nastavka

A

- ukupna bruto površina štapa izvan nastavka

Ojačanje poprečnog preseka kod statički pokrivenog nastavka štapa

Podvezice se dimenzionišu prema uslovu:

A f , p ,net ≥ A f

Aw, p ,net ≥ Aw Ap ,net ≥ A

za limene nosače

Aw, p ,net ≥ Aw. net

A f , p ,net ≥ A f ,net A p ,net ≥ Anet

za valjane nosače

Određivanje broja zavrtnjava: - na nožici :

nf ≥

A f σ dop F f ,dop

- na rebru :

nw ≥

Aw σ dop Fw,dop

- ukupno:

n f F f ,dop + nw Fw,dop ≥ A σ dop Gde su n f i n potreban broj zavrtnjeva , a v nosivost jednog zavrtnja na rebru odnosno nožici

F f ,dop

i

Fw,dop

PRORAČUN I KONSTRUISANJE MONTAŽNIH NASTAVAKA AKSIJALNO PRITISNUTIH ŠTAPOVA, OSTVARENIH ZAVRTNJEVIMA Kod montažnih nastavaka aksijalno pritisnutog štapa normalni naponi određuju na osnovu bruto poprečnih preseka. Zbog toga i nema potreba za ojačavanjem pritisnutog štapa u zoni nastavka, Kontrola napona u podvezicama treba da se sprovede na osnovu bruto poprečnog preseka. Zbog problema izvijanja kod pritisnutih elemenata poprečni presek, uglavnom, nije potpuno iskorišćen, pa se veoma retko projektuju statički pokriveni nastavci pritisnutih elemenata.

Kako se proračun napona kod pritisnutih elemenata zasniva na bruto poprečnom preseku, otpada potreba za kontrolom napona na mestu slabljenja i ojačanjem štapa na mestu nastavka. Proračun sadrži samo dva koraka: 1.proračun podvezica i 2.proračun broja zavrtnjeva. Dimenzije podvezica mogu da se odrede na osnovu sledećih uslova: 1. za podvezice na nožicama:

Af , p ≥

N c, f

σ dop

2. za podvezice na rebru:

Aw, p ≥

N c,w

σ dop

ukupno:

Ap ≥

Nc

σ dop

gde su:

Af , p

- bruto površina podvezica na nožici,

Aw, p - bruto površina podvezica na rebru, Ap

- ukupna bruto površina podvezica,

N c , f - sila pritiska u nožici,

N c,w

- sila pritiska u rebru,

Nc

- ukupna sila pritiska koja deluje na štap.

Potreban broj zavrtnjeva na nožicama i na rebru može da se odredi prema odgovarajućoj sili pritiska, na isti način kao kod zategnutih štapova. PRORAČUN NASTAVAKA AKSIJALNO OPTEREĆENIH ŠTAPOVA ZAVARIVANJEM Obzirom da se kod nastavaka u zavarenoj izradi ne vrši slabljenje poprečnog preseka rupama za spojna sredstva, proračunse vrši na osnovu bruto poprečnog preseka. Zbog toga je proračun isti i za zategnute i za pritisnute elemente ( razlika je samo u dopuštenim naponima sučeinih šavova kod zatezanja odnosno pritiska ) Nastavci štapova u zavarenoj izradi mogu da se ostvare pomoću sučeonih i ugaonih šavova Prednost sučeinih šavova je što obezbeđuju kontinuitet osnovnog materijala odnosno toka sila u nastavku. σ =

Nt Nt = ≤ σ b , w dop Aw t min b

Kontrola napona u sučeonom šavu na mestu nastavka vrši se prema izrazu:

σ =

Nt Nt = ≤ σ b , w dop Aw t min b gde je:

t min

- debljina tanjeg elementa

b

- širina elementa

σ b , w dop

- dopušteni normalni napon za sučeone šavove

Postupak proračuna natavaka pomoću ugaonih šavova dato je ranije u poglavlju ZAVARIVANJE