177492166-visokovredni-zavrtnjevi
DESCRIPTION
Visoko vredniTRANSCRIPT
Metalne i drvene konstrukcije 1
Visokovredni zavrtnjevi
• Osnovni problem kod veza sa običnimzavrtnjevima je zazor između tela zavrtnja i rupe.
• Obični zavrtnjevi nisu pogodni za veze u dinamičkim konstrukcijama.
• Deformacije veza sa običnim zavrtnjevima sureativno velike zbog poništenja zazora i izduženjatela zavrtnja.
Metalne i drvene konstrukcije 2
Karakteristike visokovrednih zavrtnjeva
• Visok kvaliet osnovnog materijala (granicarazvlačenja od 640 do 1080 MPa);
• Mogućnost prednaprezanja;• Drugačije ponašanje veza sa prednapregnutim
visokovrednim zavrtnjevima;• Mogućnost primene kod dinamički opterećenih
konstrukcija.• Nešto sporija ugradnja.
Metalne i drvene konstrukcije 3
Prednosti visokovrednih u odnosu na običnezavrtnjeve
• Veća nosivost,• Manja deformabilnost veze,• Manja naprezanja u osnovnom materijalu na
mestu neto preseka (prenošenje sile putem trenja),• Sprečeno je nekontrolisano odvrtanje navrtke.
Metalne i drvene konstrukcije 4
Nedostatci
• nešto veća cena,• posebna obrada tarnih površina,• kontrola kvaliteta na gradilštu,
Metalne i drvene konstrukcije 5
Kratak istorijat
• Početak primene u SAD-u 1948 (zamenadotrajalih zakivaka na mostovima),
• Prvi propisi iz ove oblasti 1951.• U Evropi prva primena 1952.• Kod nas 1964 na HE Đerdap.• Proklizavanje!
Metalne i drvene konstrukcije 6
Vrste spojeva sa visokovrednimzavrtnjevima
Prednapregnuti visokovredni zavrtnjevi:1. tarni spojevi (TS) tarni spojevi sa tačnim
naleganjem (TST);2. zatežući spojevi (ZS);3. kombinovani spojevi (KS);Neprednapregnuti VVZ:
Kao kod običnih zavrtnjeva (SS, SST, ZS i KS);
Metalne i drvene konstrukcije 7
Tarni spoj Zatežući spoj
Metalne i drvene konstrukcije 8
Oblik i dimenzije visokovrednih zavrtnjeva
Metalne i drvene konstrukcije 9
Oznaka dimenzije M12 M16 M20 M22 M24 M27 M30 b 21-23 26-28 31-33 32-34 34-37 37-39 40-42 e 23,91 29,56 35,03 39,55 45,20 50,85 55,37 h 8 10 13 14 15 17 19 s 22 27 32 36 41 46 50 R 1,2 1,2 1,5 1,5 1,5 2,0 2,0
Navrtka m 10 13 16 18 19 22 24
Podloška d 13 17 21 23 25 28 31 D 24 30 37 39 44 50 56 s 3 4 4 4 4 5 5
Osnovne dimenzije standardnihvisokovrednih zavrtnjeva
Metalne i drvene konstrukcije 10
Obeležavanje visokovrednih zavrtnjeva
Vrsta zavrtnja Zazor M12 M16 M20 M22 M24 M27 M30 Zavrtnjevi bez
tačnog naleganja ∆d ≤ 1,0 mm 30
Zavrtnjevi sa tačnim naleganjem ∆d ≤ 0,3 mm
30
Dodatne oznake
Montažni zavrtnjevi 30
Montažne i rupe i zavrtnjevi 30
Metalne i drvene konstrukcije 11
Klase čvrstoćeTehnička
(konvencijalna) granica razvlačenja
f0,2
Zatezna čvrstoća fu
Izduženje δ5
Udarna žilavost na 0oC Klasa čvrstoće
[MPa] [MPa] (%) [J]
8.8 640 800 12 30 10.9 900 1000 9 20 12.9 1080 1200 8 15
Metalne i drvene konstrukcije 12
Ponašanje prednapregnutih visokovrednihzavrtnjeva u smičućim spojevima
• Prdnaprezanjem se u zavrtnjevima javlja silazatezanja, a u kontaktnom spoju napon pritiska;
• Sila trenja između limova zavisi od naponapritiska i hrapavosti (trenja) kontktnih površi;
• Prenošenje sila se ostvaruje trenjem;• Koncentracija napona u neto preseku je manja
nego kod veza sa neprednapregnutm zavtnjevima;
Metalne i drvene konstrukcije 13
Tok sila kod prednapregnutih zavrtnjeva
F
Trenje
a) b) c)
3dp
3d
Površina trenja
Metalne i drvene konstrukcije 14
Proklizavanje
• Kada je sila u zavrtnju manja od sile trenja koja se angažuje u spoju, nema reltivnih pomeranjaizmeđu limva, a sile se prenose trenjem;
• Nakon dostizanja sile trenja dolazi do naglogpomeranja (proklizavanje) između elemenata(poništava se zazor);
• Proklizavanjem ne dolazi do iscrpljenja nosivostizavrtnja, već on počinje da “radi” kao običanzavrtanj na smicanje i pritisak omotača rupe.
Metalne i drvene konstrukcije 15
• Granično stanje nosivosti prednapregnutihvisokovrednih zavrtnjeva se dostiže smicanjemtela zavrtnja ili gnječenjem omotača rupe
• Proklizavanjem dolazi do značajnih deformacijakoje je poželjno izbeći (koncentracije napona, zamor materijala);
• Proklizavanje se može tretirati kao granično stanjeupotrebljivosti;
• Evrokod 3 razlikuje dve kategorije spojeva (veza):B – otporne na proklizavanje pri GSU (SLS)C – otporne na proklizavanje pri GSN (ULS)
Metalne i drvene konstrukcije 16
calxxk ,max, /σσ=
Koncentracija normalnog napona
Keoficijent koncentracije napona:
Metalne i drvene konstrukcije 17
Poređenje ponašanja spojeva sa različitimspojnim sredstima
Kompatibilnost različith spojnih sredstava!
Metalne i drvene konstrukcije 18
Unošenje sile prednaprezanja
• Pored sile zatezanja u zavrtnju se javljaju i sekundarni – neželjeni uticaji od torzije usledtrenja između navrtke i navoja i između navrke i podloške;
• Naprezanje VVZ je složeno.• Sila prednaprezanja se mora kontrolisati i
ograničiti!
Metalne i drvene konstrukcije 19
Sila prednaprezanja Fp
f02 tehnička granica razvlačenja;As površina ispitnog preseka;ν1 koeficijent pritezanja (redukcije);
sp AfF ⋅⋅= 021ν
Metalne i drvene konstrukcije 20
Keoficijent pritezanja
⎩⎨⎧
≤>
=14,0za 8,014,0za 7,0
1 kk
ν
Koeficijent k zavisi od trenja između navrtke i navoja.
Vrednosti definiše proizvođač (k = 0,13 - 0,17).
Ispitivanje na licu mesta pri ugradnji!
Metalne i drvene konstrukcije 21
Vrednosti sile prednaprezanja
Vrednosti u tabeli su za visokovredne zavrtnjeve klase čvrstće 10.9.
Za klasu čvrstoče 8.8 vrednosti iz tabele pomnožiti sa 0,70.
Za klasu čvrstoće 12.9 vrednosti iz tabele pomnožiti sa 1,20.
d sA 02f pF [kN] Mu [Nm]
[mm] [mm2] [N/mm2] ν1=0,7 ν1=0,8 za k=0,16
M12 84,3 53 61 102 M16 157 99 113 253 M20 245 154 176 493 M22 303 191 218 672 M24 353 222 254 852 M27 459 289 330 1495 M30 561 353 404 1694 M33 694
900
437 500 2307
Metalne i drvene konstrukcije 22
Postupci kontrolisanog unošenja sileprdnapezanja (pritezanja)
• Merenje momenta uvrtanja (priteznja) navrtkepomoću momentnog ključa;
• Merenje ugla okretanja navrtke;• Merenje momentnog impulsa;• Merenje izduženja zavrtnja;• Postupci sa indikatorskom podloškom;
Metalne i drvene konstrukcije 23
Merenje momenta uvrtanja
kdFM pu ⋅⋅=
Mu moment uvrtanja
Fp sila prednaprezanja
d prečik zavrtnja
k koeficijent
Metalne i drvene konstrukcije 24
Merenje ugla okretanja navrtke
d uM debljina paketa t ugao okretanja ϕ
[mm] [Nmm] [mm] [°] M12 10 M16 25 0-50 180°
M20 50 M22 70 M24 90
50-100 240°
M27 150 M30 170
Za sve zavrtnjeve M12-M30
100-240 270°
uu MM ⋅= 1,0Početno pritezanje momentnim ključem:
Metalne i drvene konstrukcije 25
Merenje momentnog impulsa
• Primenjuje se pneumatskizatezač sa vazduhom pod pritiskom.
• Manja preciznost, pa se primenjuje kod manjeznačajnijih konstrukcija.
• U kombinaciji sa momentnimključem – pritezaje se vrši za70-80% sile.
Metalne i drvene konstrukcije 26
Postupak sa indikatorskom podloškom
Primenjuje se uglavnom u Velikoj Britaniji.
Pritezanje se vrši sve dok se ne utisnu ispupčenja (bradavice).
Kontrola se vrši merenjem zazora.
Metalne i drvene konstrukcije 27
Koeficijent trenja µ
• Zavisi od hrapavosti i stanja obrade kontaktnih(dodirnih) površina;
µ Način obrade dodirnih površina Č0361
Č0362 Č0363
Č0561 Č0562 Č0563
Bez posebne obrade 0,30 0,30 Čišćenje plamenom 0,40 0,40 Nezaštićena Čišćenje mlazom abraziva 0,50 0,55
Zaštićena Površine očišćene mlazom abraziva, a potom zaštićene prevlakom od legure aluminijuma 0,50 0,50
Metalne i drvene konstrukcije 28
Čišćenje mlazom abraziva
• Površine metala se izlažu dejstvu kvarcnog peska(0,7-1,2 mm) ili oštroivičnih metalnih opiljaka(0,3-0,5 mm) pod visokim pritiskom (7 bara).
• Poželjna je zaštita kontaktnih površina protivkorozije.
• Primenjuje se legura Al (AlMg5) . Debljina sloja je100-150 µ.
• Zaštitni sloj ne sme da smanji koeficijent trenja!
Metalne i drvene konstrukcije 29
Proračun nosivosti prednapregnutihvisokovrednih zavrtneva u smičućim spojevima
Potrebno je proveriti:• nosivost na proklizavanje, pri graničnom stanju
upotrebljivosti;• nosivost na smicanje i pritisak po omotaču rupe,
pri graničnom stanju nosivosti;Prema našim propisima ne dozvoljava se proklizavanje pri eksploatacionom opterećenju(koncept dopuštenih napona)!
Metalne i drvene konstrukcije 30
Nosivost prednapregnutih zavrtnjevana proklizavanje Fs,dop
m broj tarnih ravni (kao sečnost kod običnihzavrtnjeva),
Fp sila prednaprezanja,µ koeficijent trenja,ν2 koeficijent sigurnosti.
2
021
2, ν
νµν
µ spdops
AfmF
mF ⋅⋅⋅⋅=
⋅⋅=
Metalne i drvene konstrukcije 31
Koeficijent sigurnosti ν2
Koeficijent sigurnosti na proklizavanje ν2
Vrsta opterećenja (tip konstrukcija) Slučaj opterećenja I II
0,3 < d∆ ≤ 1 mm 1,25 1,10 Pretežno mirno opterećenje (zgrade, krovovi i sl.) 1 < d∆ ≤ 3 mm 1,56 1,38
Mirno + dinamičko opterećenje (mostovi, kranski nosači i sl.)
0,3 < d∆ ≤ 1 mm 1,40 1,25
Metalne i drvene konstrukcije 32
Neophodne kontrole nosivosti kod prednapregnutihvisokovrednih zavrtnjeva u tarnim spojevima
V1 maksimalna sila u jednom zavrtnju,Fs,dop nosivost na proklizavanje,Fb,dop nosivost na pritisak po omotaču rupe.
2,1 /νµ pdops FmFV ⋅⋅=≤
dopbdopb dtFV ,,1 min σ⋅⋅=≤ ∑
Metalne i drvene konstrukcije 33
Neophodne kontrole nosivosti kod neprednapregnutihvisokovrednih zavrtnjeva u smičućim spojevima
V1 maksimalna sila u jednom zavrtnju,Fv,dop nosivost zavrtnja na smicanje,Fb,dop nosivost na pritisak po omotaču rupe.
dopdopvdmFV τπ
⋅⋅=≤4
2
,1
dopbdopb dtFV ,,1 min σ⋅⋅=≤ ∑
Metalne i drvene konstrukcije 34
Dopušeni naponi za visokovrede zavrtnjeve
σb,dop [N/mm2] τdop σ t,dop S235 S355 [ N/mm2] [ N/mm2]
Slučaj opterećenja
Vrsta izrade zavrtnja
Veličina sile Fp
I II I II I II I II Fp=0 280 320 420 470
0,5⋅Fp 380 430 570 640 Neupasovani
zavrtnjevi Fp 480 540 720 810
240 270
Fp=0 320 360 480 540
0,5⋅Fp 420 470 630 710 Upasovani zavrtnjevi
Fp 480 540 720 810
280 320
360 410
Vrednosti iz tabele odnose se na visokovredne zavrtnjeve klasečvrstće 10.9. Za zavrtnjeve klase čvrstoće 8.8 i 12.9 dopuštennapon smicanja se određuje množenjem sa 0,7 odnosno sa 1,2.
Metalne i drvene konstrukcije 35
Nosivost obrađenih prednapregnutihzavrtnjeva u tarnom spoju Fvs,dop
Fv,dop nosivost obrađenog zavrtnja nasmicanje i pritisak po omotaču rupe;
Fs,dop nosivost zavrtnja na proklizavanje;
dopsdopvdopvs FFF ,,, 25,0 ⋅+=
Metalne i drvene konstrukcije 36
Ponašanja prednapregnutih visokovrednihzavrtnjeva u zatežućim spojevima
Različito se ponašaju prednapregnuti i neprednapregnutivisokovredni zavrtnjevi (VVZ). Neprednapregnuti VVZ se ponašaju kao obični zavrtnjevi!
Metalne i drvene konstrukcije 37
Proračun nosivosti prednapregnutih VVZ na zatezanje
pdopt FF ⋅= 3, ν
ν3
Slučaj opterećenja Vrsta opterećenja
I II Pretežno mirno (zgrade...) 0,7 0,8
Dinamičko (mostovi, kranski nosači...) 0,6 0,7
Kontrola nosivosti: Nt,1 < Ft,dop
Nt,1 sila zatezanja u posmatranom zavrtnju.
Metalne i drvene konstrukcije 38
Proračun nosivosti neprednapregnutihVVZ na zatezanje
Kao kod običnih zavrtnjeva!
sdoptdopt AF ⋅= ,, σ
dopt ,σ [MPa] Klasa čvrstoće I slučaj opterećenja II slučaj opterećenja
8.8 250 290 10.9 360 410 12.9 430 490
Metalne i drvene konstrukcije 39
Proračun nosivosti prednapregntih visokovrednihzavrtnjevma u kombinovanim spojevima
2
1,,
)(ν
µ tpdops
NFmF
−⋅⋅=
2
1,,,
)(25,0
νµ tp
dopvdopsNF
mFF−⋅
⋅⋅+=
Neobrađeni VVZ:
Obrađeni VVZ:
Metalne i drvene konstrukcije 40
Rekapitulacija neophodnih kontrola nosivostikod običnih i visokovrednih zavrtnjeva
Vrsta spoja Vrsta zavrtnjeva
Smičući spojevi Zatežući spojevi Kombinovani spojevi Neobrađeni ( )bvdopv FFFV ,min,1 =≤
Obični zavrtnjevi Obrađeni ( )bvdopv FFFV ,min,1 =≤ *
doptsdoptt AFN ,,1, σ⋅=≤ 12
,
1,2
,
1 ≤⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛+⎟
⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛
dopt
t
dopv FN
FV
Neobrađeni 2,1 ν
µ pdops
FmFV ⋅⋅=≤
bFV ≤1
2
1,,1
)(ν
µ tpdops
NFmFV
−⋅⋅=≤
bFV ≤1
pdoptt FFN ⋅=≤ 3,1, ν Prednapregnuti
Obrađeni 4,
,,1dops
dopvdopvsF
FFV +=≤
bFV ≤1
pdoptt FFN ⋅=≤ 3,1, ν
dopvsFV ,1 ≤ =
=2
1,,
)(25,0
νµ tp
dopvNF
mF−⋅
⋅⋅+
pdoptt FFN ⋅=≤ 3,1, ν Neobrađeni Kao kod običnih Kao kod običnih Kao kod običnih
Visokovredni zavrtnjevi
Neprednapregnuti Obrađeni Kao kod običnih Kao kod običnih Kao kod običnih * Pri određivanju nosivosti na smicanje (Fv) i nosivosti na pritisak po omotaču rupe (Fb) umesto prečnika zavrtnja uzima se prečnik rupe!
Metalne i drvene konstrukcije 41
Pravila za konstruisanje veza sazavrtnjevima i zakivcma
• Veze i nastavci treba da budu simetrični!• Minimalan broj zavrtnjeva (zakivaka) sa jedne
strane spoja je 2 u zgradarstvu, a 3 u mostogradnji.• Veze na preklop sa 1 zakivkom nisu dozvoljene, a
veze sa 1 zavrtnjom se koriste samo u izuzetnimslučajevima;
Metalne i drvene konstrukcije 42
Veze na preklop sa jednim zavrtnjem
Savijanje spojnog sredstva (zavrtnja)!
Pored smicanja i savijanja u zavrtnju se javlja i zatezanje!
Metalne i drvene konstrukcije 43
Minimalan broj i prečnik spojnih sredstava
M inimalan prečnik M inim alan broj kom ada O blast prim ene Zavrtnjevi Zakivci Zavrtnjevi Zakivci
Zgradarstvo 12 13 2 2 M ostogradnja 16 17 3 3
Metalne i drvene konstrukcije 44
Optimalan prečnik zavrtnja
• Pravilnim izborom prečnika zavrtnja dobija se uravnotežen odnos nosivosti na smicanje i pritisak poomotaču rupe!
13,01
324,613,01
324,6 min,min, −−
⋅≤≤−+
⋅ ss td
t[ ]cm 2,05 min,0 −⋅= sopt td
Metalne i drvene konstrukcije 45
I IPE HEA HEB HEM U L d0 c d0 c d0 c c1 d0 c c1 d0 c c1 d0 c d0 c1 c2 c3
60 70 80 90
100 110 120 140 160 180 200 220 240 260 270 280 300 320 330 340 350 360 380 400 450 500 550 600 650 700 800 900 1000
- -
6,4 -
6,4 -
8,4 11 11 13 13 13
17/1317 -
17 21/1721/17
- 21 -
23/2123/2123
25/2328 28 28 - - - - -
- -
22 -
28 -
32 34 40 44 48 52 56 60 -
60 64 70 -
74 -
76 82 86 94
100110120
- - - - -
- -
6,4 -
8,4 -
8,4 11 13 13 13 17 17 -
21/17 -
23 -
25/23 - -
25 -
28/25 28 28 28 28 - - - - -
- -
26 -
30 -
36 40 44 50 56 60 68 -
72 -
80 -
86 - -
90 -
96 106 110 120 120
- - - - -
- - - -
13 -
17 21 23 25 25 25 25 25 -
25 28 28 -
28 -
28 -
28 28 28 28 28 - - - - -
- - - -
56 -
66 76 86
100 110 120 94
100 -
110 120 120
- 120
- 120
- 120 120 120 120 120 120 120 130 130 130
- - - - - - - - - - - -
35 40 -
45 45 45 -
45 -
45 -
45 45 45 45 45 45 45 40 40 40
- - - -
13 -
17 21 23 25 25 25 25 25 -
25 28 28 -
28 -
28 -
28 28 28 28 28 28 28 28 28 28
- - - -
56 -
66 76 86
10011012096
106-
110120120
- 120
- 120
- 120120120120120120126130130130
- - - - - - - - - - - -
35 40 -
45 45 45 -
45 -
45 -
45 45 45 45 45 45 45 40 40 40
- - - -
13 -
17 21 23 25 25 25
25/2325 -
25 25 28 -
28 -
28 -
28 28 28 28 28 28 28 28 28 28
- - - -
60 -
68 76 86
100110120100110
- 116120126
- 126
- 126
- 126126130130130130130132132132
- - - - - - - - - - - -
35 40 -
45 50 47 -
47 -
47 -
47 47 45 45 45 45 42 42 42 42
- -
13 -
13 -
17/1317
21/1721
23/2123
25/2325 -
25 28 28 - -
28 - -
28 - - - - - - - - -
- -
25 -
30 -
30 35 35 40 40 45 45 50 -
50 55 58 - -
58 - -
60 - - - - - - - - -
17 21 23 25 25 25 25 28 28 28 28 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
35 40 45 50 45 45 50 55 60 60 65 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
- - - - -
70 80 95
115135150
- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
35 40 45 50 45 45 50 55 60 60 65 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Maksimalan prečnikzavrtnja (rupe) zastanardne valjaneprofile!
Vrednosti se odnosesamo za zavrtnjeve nanožicama!
Linije zavrtnjeva!
Metalne i drvene konstrukcije 46
Raspored zavrtnjeva u vezi - oznake
e rastojenje između susednih zavrtnjeva;e1 rastojanje između zavrtnja i ivice lima u pravcu delovanja sile;e2 rastojanje između zavrtnja i ivice lima upravno na pravac
delovanja sile
Metalne i drvene konstrukcije 47
Propisana minimalna i maksimalna rastojanja
Opis rastojanja Min. Maksimalno
Za noseće zakivke i zavrtnjeve, konstruktivne zakivke i zavrtnjeve u pritisnutim štapovima i
ukrućenjima rebara
8d0
ili 15t
Rastojanje između susednih zavrtnjeva u pravcu i
upravno na pravac delovanja sile
e
3d0 Za konstruktivne zakivke i zavrtnjeve u
zategnutim štapovima i za vezu rebra i nožice izvan nastavka kod limenih nosača
12d0
ili 25t
Kada je ivica ukrućena, odnosno previjena (slika 2.56b)
3d0
ili 9t
Rastojanje između zavrtnjeva i ivice elementa
u pravcu delovanja sile e1
2d0
U ostalim slučajevima 3d0
ili 6t
Kada je ivica ukrućena, odnosno previjena (slika 2.56b)
3d0
ili 9t
Rastojanje između zavrtnjeva i ivice elementa
upravno na pravac delovanja sile
e2
1,5d0
U ostalim slučajevima 3d0
ili 6t
Metalne i drvene konstrukcije 48
Minimalan prostor za nesmetanu montažu
N ajm anja velič ina [m m ] Z avrtan j A B C D E F
M 1 2 2 7 2 4 1 6 2 0 2 2 2 9 M 1 6 3 2 2 8 1 9 2 3 2 7 3 4 M 2 0 3 6 3 2 2 2 2 6 3 0 3 9
M 2 2 ,M 2 4 4 0 3 6 2 7 2 9 3 5 4 4 M 2 7 4 5 4 0 2 8 3 1 3 8 4 9 M 3 0 4 8 4 2 3 2 3 3 4 0 5 2
Metalne i drvene konstrukcije 49
00min 35,12 ddb ⋅=⋅⋅= 00 65 dbd ⋅≤≤⋅ 06 db ⋅≥
Uski limovi Srednje široki limovi Široki limovi