View
2.020
Download
5
Category
Preview:
Citation preview
CRITERII PENTRU ALEGEREA TIPULUI DE ÎMBINARE
Satisfacere a cerinţelor de proiectare
fundamentale impuse de metoda stărilor
limită
Satisfacere a condiţiilor de solicitare şi exploatare ale
construcţiei
Eventualele limitări de spaţiu în zona îmbinării
Costul total al operaţiilor de îmbinare
DUPĂ NATURA MIJLOCULUI DE ÎMBINARE
ÎMBINĂRI
CU TIJE
ŞURUBURI NITURI BOLŢURI
ÎMBINĂRI SUDATE
ÎMBINĂRI PRIN ÎNCLEIERE CU
RĂŞINI EPOXIDICE
DUPĂ LOCUL DE EXECUŢIE
ÎN UZINĂ(atelier de confecţii
metalice)
PE ŞANTIER(la montarea
construcţiilor)
DUPĂ CARACTERUL ÎMBINĂRII
NEDEMONTABILE DEMONTABILE
DUPĂ NATURA ELEMENTELOR
ÎMBINATE
PRINDERI
îmbinare între două elemente diferite
ÎNNĂDIRI
îmbinare între două părţi ale aceluiaşi
element
DUPĂ ROLUL ÎMBINĂRII
REZISTENŢĂ SOLIDARIZARE ETANŞARE
ŞURUBURI OBIŞNUITE
ŞURUBURI DE ÎNALTĂ
REZISTENŢĂ PRETENSIONATE
ŞURUBURI INJECTATE
STRUCTURĂ METALICĂ CU ÎMBINĂRI CU ŞURUBURI
ELEMENTE METALICE CU
ÎMBINĂRI CU ŞURUBURI
Caracteristici geometrice ale elementelor ce alcătuiesc o îmbinare cu şuruburi:1 - piesele metalice de îmbinat, 2 - tija cilindrică compusă dintr-o parte lisă şi una filetată,
3 - piuliţa, 4 - rondelă
a.
c.d.
Elemente ce alcătuiesc o îmbinare cu şuruburi:a. - şurub cu tija filetată, b. - şurub cu tija parţial filetată şi şurub cu piuliţă, c. piuliţă
hexagonală, d. - rondelă plată
• b.
• Scurtează durata de execuţie a construcţiei,
• Permit o execuţie simplă, nefiind necesari muncitori calificaţi
• Lucrează la întindere în tijă,
• Grosimea pachetului de elemente strânse ,
• Îmbinare demontabilă.
Avantajele îmbinărilor cu
şuruburi
• Costul ridicat,
• Imbinare mai puţin rigidă (tija şurubului nu umple complet gaura elementelor din pachet),
• Piuliţa are tendinţa de a se autodeşuruba în timp,
• La îmbinările de rezistenţă, încărcarea şuruburilor nu este uniformă.
Dezavantajele îmbinărilor cu
şuruburi
dt 5
Pentru realizarea îmbinărilor, piuliţele şuruburilor obişnuite
se strâng până când în tijele acestora se dezvoltă tensiuni de ordinul a câtorva zeci de N/mm2.
Asigură rigiditatea îmbinării şi rezistenţa le diverse solicitări (întindere, compresiune)
Asigură şi garantează etanşeitatea
Evitarea preluării solicitărilor prin forfecare
Evitarea autodeşurubării spontane
Reducerea influenţei solicitărilor dinamice asupra oboselii şuruburilor
piuliţă cu autoblocare
piuliţă cu flanşă
autoblocabilă şaibă grower
cuie de siguranţă
(şplint)
Posibilităţi de împidicare a desfacerii piuliţei
Clasa mecanică a şurubului este definită prin două cifre X.Y(ex. clasa 6.8) cu care se evaluează = 10XY şi = 100X,ambele exprimate în N/mm2.
Şuruburile din clasele 8.8 şi 10.9 sunt şuruburi de înaltărezistenţă care pot fi pretensionate.
Clasa
şurubului4.6 4.8 5.6 5.8 6.8 8.8 10.9
[N/mm2]240 320 300 400 480 640 900
[N/mm2]
400 400 500 500 600 800 1000
ybf
ubf
ybfub
f
• Au partea filetată a tijei uzinată, restul tijei cilindrice fiind în stare brută.
• Se poziţionează în găuri cu un joc ce variază între 1 şi 3 mm, în funcţie de diametrul şurubului,
ŞURUBURI BRUTE
(grosolane)
• Au tija perfect cilindrică şi uzinată.
• Se poziţionează în găuri cu un joc de ordinul a 0,2 mm şi sunt utilizate atunci când se doreşte limitarea deformaţiilor îmbinării
ŞURUBURI PRECISE
(calibrate)
DISPUNEREA ŞURUBURILOR PE ELEMENTE PLATE
Găurile pentru şuruburi pot fi date prin poansonare (la un diametru mai
mic, urmată de alezare) sau cu burghiul.
Dispunerea şuruburilor într-o îmbinare depinde de numărul
acestora, rezultat din condiţii de rezistenţă şi solidarizare specifice îmbinării, precum şi de asigurarea
unei tehnologii uşoare de execuţie.
La dispunerea găurilor trebuie să se aibă în vedere prevenirea coroziunii
(îmbinare compactă) şi a voalării elementelor îmbinate solicitate la compresiune precum şi uşurinţa
montajului elementelor auxiliare.
e1, e2 1,2d0 ÷ 4t+40mm; p1 2,2d0÷ 4t+40mm; p2 2,4d0÷ 4t+40mm;
e3, e4 1,5d0
CATEGORII DE ÎMBINĂRI CU
ŞURUBURI
îmbinări cu şuruburi care
lucrează la FORFECARE
îmbinări cu şuruburi care
lucrează la ÎNTINDERE
Categoria îmbinării Criteriul de verificare Observaţii
A:Îmbinări ce lucrează laforfecare
Pretensionarea nu estenecesară
Toate clasele de şuruburi, dela 4.6 la 10.9
B:Îmbinări cu lunecareîmpiedicată în starea limităde exploatare normală(serviciu)
Şuruburi de înaltă rezistenţăpretensionate, clase 8.8 şi10.9
Nu se admite lunecare înstarea limită de serviciu
C:Îmbinări cu lunecareîmpiedicată la starea limităultimă
Şuruburi de înaltă rezistenţăpretensionate, clase 8.8 şi10.9
Nu se admite lunecare înstarea limită ultimă
v,Ed b,RdF F
v,Ed b,RdF F
v,Ed s,RdF F
v,Ed v,RdF F
v,Ed v,RdF F
v,Ed b,RdF F
v,Ed,ser s,Rd,serF F
ŞURUBURI CARE LUCREAZĂ LA FORFECARE
Categoria îmbinăriiCriteriul de verificare
Observaţii
D:Şuruburinepretensionate
Pretensionarea nueste necesară
Toate grupele de la 4.6la 10.9
E:Şuruburipretensionate
Şuruburi de înaltărezistenţăpretensionate
t,Ed t,RdF F
t,Ed t,RdF F
t,Ed p,RdF B
t,Ed p,RdF B
ŞURUBURI CARE LUCREAZĂ LA ÎNTINDERE
S-au utilizat notaţiile următoare:
• este efortul de forfecare de calcul exercitat pe un şurub în starea limită de serviciu;
• este efortul de forfecare de calcul exercitat pe un şurub în starea limită ultimă;
• este efortul capabil la forfecare al unui şurub;
• este efortul capabil la presiune diametrală al unui şurub;
• este efortul capabil la alunecare a unui şurub în starea limită de serviciu;
• este efortul capabil la alunecare a unui şurub în starea limită ultimă;
• este efortul de întindere de calcul pe un şurub în starea limită ultimă;
• este efortul capabil la întindere al unui şurub.
v,Ed,serF
v,EdF
v,RdF
b,RdF
s,Rd,serF
s,RdF
t,EdF
t,RdF
Analiza modului de
transmitere a eforturilor la
piesele metalice de îmbinat:
1 - îmbinarea inimii cu
eclise:
a. - solicitare de încovoiere,
b. - solicitare de forfecare,
c. - solicitare de întindere,
d. - tensiuni de forfecare
între eclise şi inimă
2 - îmbinare riglă-stâlp:
a. - solicitare la încovoiere
şi forfecare,
b. - solicitare la încovoiere
Tensiunile de forfecare necesare transmiterii eforturilor pot fi obţinute prin
forfecarea tijei şurubului sau prin frecarea suprafeţelor pieselor în contact.
În primul caz, sunt folosite şuruburile obişnuite, iar în al doilea caz,
şuruburile de înaltă rezistenţă pretensionate
Piesele care au tendinţa să se
deplaseze datorită efortului axial produc
în tija şurubului tensiuni de forfecare.
La rândul lui, şurubul creează tensiuni
normale pe suprafaţa găurii din piesele
cu care acesta vine în contact.
Tensiunea normală astfel creată este
numită presiune diametrală. În
consecinţă, verificarea rezistenţei
(efortului capabil) unui şurub obişnuit
presupune determinarea rezistenţei la
forfecare a şurubului dar şi a capacităţii
pieselor din îmbinare de a echilibra
presiunea diametrală.
ŞURUBURI LUCRÂND CU O SINGURĂ SECŢIUNE DE FORFECARE
ŞURUBURI LUCRÂND CU DOUĂ SECŢIUNI DE FORFECARE
Diagrama forfecării în şurub
Diagrama forfecării în şurub
Secţiune de forfecare
Secţiune de forfecare
EXEMPLE DE SOLICITĂRI ÎN ÎMBINĂRI CU ŞURUBURI
Rezistenţa la forfecare şi la presiune diametrală a şuruburilor
Forfecarea şuruburilor: a. - îmbinare solicitată la efort axial în planul ei b. - echilibru prin forfecare
Presiuni diametrale într-o îmbinare cu şuruburi: a. - presiunea diametrală asupra pieselor metaliceb. - echilibru prin presiunea diametrală
Cedarea îmbinării datorită presiunii diametrale: a. - ovalizarea găurilor, b. - sfâşierea marginii piesei
Tensiune de întindere în şurub
Forţa de întindere în şurub
Efortul capabil Expresia de calcul Observaţii
Efortul capabil la
forfecare pentru
un plan de
forfecare
planul de forfecare trece prin tija filetată:
- pentru grupele de şuruburi 4.6, 5.6, 6.6 şi 8.8;
-pentru grupele de şuruburi 4.8, 5.8, 6.8 şi 10.9:
Planul de forfecare trece prin tija nefiletată:
M2 =1.25
Efortul capabil la
presiune
diametrală1),2),3)
M2 =1.25
Efortul capabil la
întindere2)
pentru şuruburi cu cap înecat
pentru celelalte cazuri
M2 =1.25
s ub
v,Rd v
M2
A fF = α
γ
u
b,Rd 1 b
M2
d t fF = k α
γ
s ub
t,Rd 2
M2
A fF = k
γ
0.6αv 0.5αv
0.6αv
0.63k2
0.9k2
ub1 1b
0 0 u
fe pα = min ; - 0,25; ;1,0
3d 3d f
2
0
1
2
0
e2.8 - 1.7sau2.5;
dk = min
p1.4 - 1.7sau2.5
d
v,Ed v,Rd b,RdF (F ,F )
• Şuruburile M12 şi M14 pot fi folosite în găuri cutoleranţa de 2mm, cu condiţia ca agrupului de şuruburi. Suplimentar, pentru şuruburiledin clasele 4.8, 5.8, 6.8, 8.8, 10.9:
• Filetul unui şurub în îmbinări păsuite nu trebuie sătreacă prin planul de forfecare, iar lungimea decontact cu tabla nu trebuie să depăşească 1/3 dingrosimea tablei.
s ubv,Rd v
M2
A fF = 0.85 α
γ
v,Ed v,RdF F
• Şuruburile injectate pot fi folosite ca o alternativă laşuruburile obişnuite pentru categoriile A, B şi C de îmbinări
Condiţia de rezistenţă este: t s b,resin b,resin
b,Rd,resin
M4
k k d t β fF =
γ
v,Ed v,Rd, b,Rd,resinF (F F )
în care:
• este efortul capabil la presiune diametrală a unui şurub de injecţie,
• este 1.0 pentru starea limită a exploatării normale şi 1.2. pentru starea limită ultimă,
• este 1.0 pentru găuri cu toleranţe normale sau (1.0-0.1m) pentru găuri mari, unde m este diferenţa în milimetri dintre dimensiunea unei găuri normale şi cea a unei găuri mari. În cazul găurilor ovalizate scurte, (diferenţa dintre lungimea şi lăţimea găurii).
• este rezistenţa la presiune diametrală a răşinii,
• este grosimea de contact efectivă a răşinii
• este un coeficient în funcţie de raportul grosimilor plăcilor îmbinate
tk
sk
0.5xm
resinb,f
resinb,t
β
b,Rd,resinF
Şuruburile de înaltă rezistenţă pretensionatesunt confecţionate din oţeluri cu limită deelasticitate ridicată.
În timpul asamblării, şuruburile sunt strânseputernic şi în tije apar eforturi de pretensionarecare acţionează în lungul acestora, deciperpendicular pe planul de contact dintre piesele deîmbinat.
Pretensionarea dezvoltă, prin frecarea reciprocăa pieselor, o rezistenţă la lunecarea relativă aacestora.
Şurub de înaltă rezistenţă pretensionat. Chei dinamometriceTransmiterea eforturilor prin frecare.
AVANTAJELE UTILIZĂRII
ŞURUBURILOR DE ÎNALTĂ REZISTENŢĂ
PRETENSIONATE
Asigură o bună rigiditate îmbinării(comportare bună la solicitări
dinamice şi variabile);
curba caracteristică a îmbinării esteapropiată de cea a materialului
Execuţie rapidă (reducerea durateide execuţie a construcţiei) şi ieftină
Se reduc concentrările de tensiunidin apropierea găurilor elementelor
îmbinate
DEZAVANTAJELE UTILIZĂRII ŞURUBURILOR
DE ÎNALTĂ REZISTENŢĂ PRETENSIONATE
Costul ridicat al şuruburilor prin utilizarea oţelurilor aliate
(Cr-Ni, Cr-Mo, ex: 41MoC11)
sau prin tratamente termice aplicate (ex: călire urmată de revenire)
Şuruburile lucrează mai puţin avantajos la solicitarea de întindere
în tijă
(tija şurubului fiind pretensionatădin execuţia îmbinării)
ETAPELE EXECUŢIEI UNEI ÎMBINĂRI CU ŞURUBURI DE ÎNALTĂ REZISTENŢĂ PRETENSIONATE
1. Curăţirea corespunzătoare a suprafeţelor elementelor ce vin în contact în scopul îndepărtării ţunderului, ruginii, grăsimii. Curăţirea se face cu peria de sârmă, prin flambare sau sablare şi chimic, evitându-se lustruirea suprafeţelor).
2. Pe durata transportului din uzină pe şantier, elementele uzinate se prind provizoriu cu şuruburi obişnuite, iar suprafeţele active rezultatedin sablare se protejează anticorosiv cu folii detaşabile din răşinisintetice.
3. Pe şantier, se scot pe rând şuruburile provizorii şi se înlocuiesc cu şuruburi de înaltă rezistenţă, efectuându-se, în ordine, următoareleoperaţii:
4. Strângerea iniţială cu o cheie manuală obişnuită, până în momentul încare nu mai pătrunde spionul de 0.1mm în rosturile dintre piese(strângerea se face dinspre centrul îmbinării spre periferia acesteia),
ETAPELE EXECUŢIEI UNEI ÎMBINĂRI CU ŞURUBURI DE ÎNALTĂ REZISTENŢĂ PRETENSIONATE
Continuare)
5. Marcarea dintr-o singură lovitură cu dalta şi ciocanul, a piuliţei şicapătului tijei şurubului,
6. Strângerea în continuare a şuruburilor cu chei dinamometrice până la realizarea valorii stabilite pentru momentul de strângere şi deci pentruforţa de preîntindere în tija şurubului (practic, cu chei dinamometrice se strâng 10..20% dintre şuruburi, măsurându-se unghiul de strângere, după care restul şuruburilor se strâng cu chei fixe prelungite. Controlultensiunii în şurub se poate face şi cu chei cu ştift; ştiftul, la o animităvaloare a momentului de strângere, se foarfecă.
7. Chituirea rosturilor (pentru prevenirea pătrunderii vaporilor de apă din atmosferă) şi vopsirea întregii îmbinări.
Efortul de pretensionare se determină cu relaţia:
unde :
p,C ub s M7F = 0,7 f A γ
M7γ = 1.1
Rezistenţa de calcul la alunecare a unui şurub deînaltă rezistenţă pretensionat este egală cu:s,RdF
p,C ub s
s,Rd s s
Ms M3
F 0,7f AF = k n μ = k n μ
γ γ
unde:
n M3γ
sk - Cuantificarea formei găurii asupra rezistenţei îmbinării se consideră prin
coeficientul
μ - Coeficient de frecare
Clasificarea suprafeţelor pieselor metaliceCoeficientul
de frecare
Clasa A
suprafeţe decapate cu jet de alice metalice sau nisip, cu îndepărtarea
pojghiţelor de laminare neaderente şi fără urme de rugină,
suprafeţe decapate cu jet de alice metalice sau nisip şi metalizate cu
aluminiu,
suprafeţe decapate cu jet de alice metalice sau nisip şi metalizate cu
zinc, garantând un coeficient de frecare 0,5.
0,50
Clasa B suprafeţe decapate cu jet de alice sau nisip şi acoperite cu un strat de
vopsea cu silicat de zinc alcalin cu grosime de 50-80 m. 0,40
Clasa C suprafeţe curăţate cu peria de sârmă sau cu flacăra cu îndepărtarea
tuturor pojghiţelor de laminare neaderente. 0,30
Clasa D suprafeţe netratate.
0,20
- este numărul interfeţelor de frecare; - este coeficient parţial de siguranţă
Efortul capabil la întindere a unui şurub obişnuit:
Dacă se consideră un şurub mult mai rezistent decât plăcile îmbinate cu acesta, se poate imagina că piuliţa sau capul şurubului poansonează plăcile.
Efortul capabil la forfecare prin străpungere:
unde:
• este diametrul mediu (între cercurile înscris şi circumscris), al capului şurubului sau piuliţei, luând cea mai mică dintre aceste valori;
• este grosimea plăcii de sub capul şurubului sau de sub piuliţă.
Efortul capabil la întindere a ansamblului placă-şurub trebuie luat egal cu:
s ubt,Rd
M2
A fF = 0,9
γ
up,Rd m p
M2
fB = 0,6 π d t
γ
md
pt
t,Rd p,Rdmin(F ,B )
ŞURUBURI OBIŞNUITE
EVALUAREA SECŢIUNII NETE A PIESELOR METALICE ÎMBINATE CU ŞURUBURI
ŞURUBURI DE ÎNALTĂ REZISTENŢĂ PRETENSIONATE
Deoarece şuruburile sunt deja tensionate, s-ar părea căutilizarea acestora nu este recomandată în cazultransmiterii eforturilor de întindere. De fapt, şuruburilenu sunt singurele care transmit forţa exterioară deîntindere, ci ansamblul format din şuruburile întinse şipiesele comprimate de îmbinat.
Efortul axial de întindere N este compensat în mare parteprin decomprimarea pieselor asamblate; în consecinţă seproduce doar o uşoară creştere a întinderii în şuruburi.
Comportarea unei îmbinări cuşuruburi de înaltă rezistenţăsolicitată la întindere:
a. - poziţia iniţială; b. - pretensionarea şurubului;c. - aplicarea unei forţe exterioare de întindere;d. - efectul combinat b şi c; e. - cedarea îmbinării.
Îmbinare cu şuruburi obişnuite:
unde:
• este efort de forfecare de calcul al unui şurub,
• este efortul capabil la forfecare a unui şurub,
• este efortul de întindere de calcul al unui şurub,
• este efortul capabil la întindere a unui şurub,
v,Ed t,Ed
v,Rd t,Rd
F F+ 1.0
F 1,4F
v,EdF
v,RdF
t,EdF
t,RdF
Îmbinare cu şuruburi de înaltă rezistenţă pretensionate: îmbinare rezistând la alunecare în starea limită de exploatare normală
(categoria B):
îmbinare rezistând la alunecare în starea limită ultimă (categoria C):
unde:
• este efortul de pretensionare,
• este efortul de întindere de calcul al unui şurub determinat la starea limită de serviciu,
• este efortul de întindere de calcul al unui şurub determinat la starea limită ultimă,
s p,C t,Ed,ser
s,Rd,ser
M3,ser
k n μ(F -0,8F )F =
γ
s p,C t,Ed
s,Rd
M3
k n μ(F -0,8F )F =
γ
p,CF
t,Ed,serF
t,EdF
Recommended