Cursuri 5-10 Nituri Suruburi Sirp

Poduri metalice I, An III CFDP, mbinri: nituri, uruburi, SIRP

A.

MBINAREA ELEMENTELOR METALICE. Date constructive. Comportare

Exploatat i ntreinut normal, un pod metalic poate s dureze peste 100 de ani. Datorit unor cauze diverse, cum ar fi uzura fizic, static i dinamic, aceast durat poate s scad. Din acest punct de vedere, o atenie deosebit trebuie acordat mbinrilor elementelor metalice. Elementele construciilor metalice sunt alctuite din unul sau mai multe profile laminate, pe principiul alctuirii unor seciuni transversale raionale dpdv constructiv i eficiente dpdv economic, respectiv cu utilizarea unui numr ct mai redus de profile laminate, care s permit solidarizarea n modul cel mai clar i mai simplu cu putin.

mbinrile reprezint puncte mai slabe ale construciilor, ele conducnd n general la o reducere a seciunii active a elementelor. Sunt cunoscute multe accidente i avarii la podurile metalice, datorit realizrii incorecte sau poziionrii incorecte a mbinrilor. mbinrile pot fi realizate n atelier sau pe antier (mbinri de montaj). Considerente avute n vedere la stabilirea poziiei i la realizarea mbinrilor: mbinrile se vor plasa n zone cu eforturi ct mai reduse; 1


-

numrul de mbinri trebuie s fie minim, pt a evita consumul suplimentar de material i manoper; dac elementul se realizeaz din mai multe tronsoane, acestea trebuie s fie ct mai multe identice pentru a simplifica montajul i construcia; mbinrile de montaj se vor realiza innd cont de posibilitile de transport, manipulare, ordine de montaj. Condiii ce trebuie ndeplinite n cazul nndirii barelor: condiia capacitii portante: n zona mbinrii, elementul s prezinte cel puin capacitatea portant din restul barei. Ae>A, We>W; condiia de simetrie a elementelor de nndire, care trebuie s fie pe ct posibil aceeai cu al elementului pe care-l nndim, astfel nct centrul de greutate a elementelor de nndire i centrul de greutate al barei s coincid sau s fie apropiate. n caz contrar, n mbinare apar eforturi suplimentare; toate prile barei nndite s fie acoperite cu eclise, astfel nct s se asigure o trecere ct mai direct a efortului de la un tronson la cellalt;

-

2


-

condiia constructiv i economic: nndirea s fie ct mai simpl dpdv constructiv, uor de realizat, s fie ct mai scurt.

n funcie de soluia folosit pentru realizarea mbinrii avem: mbinri nituite;

-

mbinri cu uruburi (obinuite sau uruburi de nalt rezistent pretensionate SIRP);

-

mbinri cu sudur;

-

mbinri cu buloane de articulaie (c-ii spaiale); mbinri prin lipire cu cleiuri sintetice (n faz experimental).

3


A.1. MBINRI NITUITE Alctuirea mbinrilor nituite Nituirea, descoperit n 1830, a fost timp de cca 100 ani mijlocul de mbinare cel mai utilizat pentru construciile metalice. n prezent nituirea este nlocuit aproape total cu procedee de mbinare mai eficiente din punct de vedere tehnic i economic (sudura, uruburi de nalt rezisten),fiind utilizat doar pentru unele construcii grele supuse la solicitri dinamice. Nitul brut este alctuit dintr-o tij avnd la una din extremiti un cap de diferite forme, numit cap de aezare.

Pentru realizarea mbinrii, nitul nclzit n prealabil la 1050-1150oC este introdus n guri ce au diametrul cu 1mm mai mare dect diametrul tijei nitului; capul de aezare este inut presat cu o pies numit contrabuterol, n timp ce la cealalt extremitate a tijei se formeaz al doilea cap cu ajutorul unei piese numit buterol.

Formarea nitului Operaia de nituire se recomand a se termina la 500-600oC. n continuare, ca urmare a rcirii, tija nitului se scurteaz; ntr-o oarecare msur se micoreaz i grosimea pachetului de piese ce se mbin dar mai puin dect tija nitului care este mai cald. Rezult n final n tija nitului o solicitare de ntindere care face ca cele dou capete s apese puternic asupra pieselor i s le strng. n tija nitului, rmne un efort de ntindere de 600-800 daN/cm2.

4


Pentru construcii din oel, niturile se confecioneaz din oel care, pe lng caliti de rezisten corespunztoare calitii pieselor ce se nituiesc, trebuie s aib i caliti plastice bune pentru a se putea forma capul la batere fr ca materialul s fisureze. Pentru podurile i construciile metalice, funcie de forma capului, se folosesc urmtoarele tipuri de nituri: *nituri cu cap semirotund *nituri cu cap seminecat *nituri cu cap necat. Cele mai folosite sunt niturile normale cu cap semirotund; cnd nu ncape capul , se folosesc nituri cu cap seminecat; niturile cu cap necat se folosesc rar. Dac suprafaa piesei trebuie s rmn plan, se prefer s se foloseasc tot nituri cu cap seminecat i s se ndeprteze partea sferic a capului seminecat dup batere.

Tipuri de nituri NIT: RIVET (klinknagels, gujon) Nit cu cap conic: cone-head rivet Nit cu cap necat: counter-sunk rivet, flush rivet Nit cu cap plat: flat-head rivet Nit cu cap seminecat: round-top counter-sunk-head rivet Lungimea tijei nitului se alege astfel nct prin refulare s se umple complet gaura i s se formeze cel de-al doilea cap i anume: 7 l = ls + d pentru batere manuala 4 4 l = ls + d pentru batere mecanica 3 unde: d-diametrul nominal al nitului; ls-grosimea pachetului de piese ce se mbin. Grosimea pieselor ce urmeaz a fi mbinate este limitat din motive de batere i din faptul c niturile cu lungimi mari au o comportare mai puin bun. Se recomand ca aceast grosime s respecte condiia: ls 5d Dup batere nitul umplnd complet gaura, rezult c diametrul de calcul al nitului este egal cu diametrul gurii (d0), fiind cu 1mm mai mare dect diametrul nitului brut (diametrul nominal al nitului).

5


n funcie de grosimea elementelor ce urmeaz a fi mbinate, diametrul nitului se alege astfel nct s fie ndeplinite condiiile: *nitul s asigure o strngere corespunztoare a elementelor mbinate; n cazul niturilor cu cap semirotund se cere ca grosimea pachetului de piese ce se mbin s nu depeasc 5d; *pe ct posibil eforturile capabile la forfecare i presiune pe gaur s fie egale; *la profilele laminate se va asigura posibilitatea executrii niturilor i respectrii distanelor minime; n acest sens, diametrul nitului nu trebuie s depasc diametrul maxim dat n tabelele cu date constructive pentru profilele laminate; *pentru mbinarea tablelor, diametrul nitului se poate determina cu relaia:

d = 5t aunde:t-grosimea celui mai subire element de la marginea pachetului care se asambleaz, n cm; a-factor de corecie care se ia: a=0,2-pentru mbinri de rezisten; a=0,4-pentru mbinri de rezisten-etanare realizate prin suprapunere; a=0,6-pentru mbinri de rezisten-etanare realizate cu eclise. Pentru simplificarea execuiei, trebuie ca la acelai element s fie folosit acelai diametru de nit sau cel mult dou diametre. ntr-o mbinare, niturile se aeaz la distane cuprinse ntre distanele minime i maxime, aceste distane fiind stabilite pe baza unor criterii de rezisten i constructive. Distanele minime sunt impuse de necesiti de execuie, spre a se evita deformrile n timpul baterii, i de condiii de rezisten ,pentru a se evita forfecarea n intervalul dintre dou nituri. Distanele maxime sunt impuse de necesitatea unei bune strngeri a elementelor ce se mbin. Aezarea niturilor n mbinare poate fi n iruri paralele sau n ah.

Distanele minime i maxime pentru niturile de rezisten sunt date n anexe de proiectare.

6


Comportarea niturilor la diferite solicitri Niturile dintr-o mbinare pot prelua att eforturi care pot provoca alunecarea relativ a pieselor ct i eforturi care tind s produc desprinderea pieselor. Cnd sunt mai multe nituri pe o linie, cele marginale se ncarc mai mult dect cele centrale, diferena de efort fiind cu att mai mare cu ct sunt mai multe nituri. Datorit acestui lucru, n cazul mbinrilor solicitate la efort axial de ntindere sau compresiune, prescripiile recomand limitarea la 6 a numrului de nituri dispuse pe un ir.

Distribuia eforturilor n nituri

Prin rcirea nitului n urma baterii, se realizeaz strngerea pieselor, n tija nitului dezvoltndu-se eforturi de ntindere iar asupra pieselor exercitndu-se presiuni. Sub aciunea solicitrilor din planul mbinrii piesele tind s se deplaseze, deplasarea fiind mpiedicat de forele de frecare ce apar pe suprafeele n contact. Aceste fore nu se iau n considerare la calculul mbinrilor nituite la poduri. n momentul n care fora de frecare este depit, se produce o mic deplasare a pieselor, realizndu-se contactul ntre tija nitului i pereii gurii. Manifestarea strivirii apare destul de devreme, n momentul n care tija nitului ia contact cu pereii gurii. Distrugerea prin strivire se produce ns mai trziu, cnd presiunile cresc mult,gaura nitului alungindu-se iar materialul din faa nitului deformndu-se.

forfecare

strivire

Modul de solicitare a niturilor Strivirea peretelui gurii se produce cnd diametrul nitului este mare comparativ cu grosimea pieselor ce se mbin. Prin deplasarea pieselor din mbinare apare o tendin de forfecare a tijei nitului. Cnd se efectueaz mbinarea a dou piese realizate din cte un element fiecare, nitul

7


lucreaz cu o seciune de forfecare. n situaia n care una din piese este realizat din dou elemente nitul lucreaz cu dou seciuni de forfecare.

Seciuni de forfecare Efortul unitar de forfecare se consider uniform repartizat pe suprafaa tijei nitului. Forfecarea tijei nitului se produce n situaia n care diametrul nitului este mic comparativ cu grosimea pieselor. OBS: Material nituri: S235, fur=400 N/mm2 d diametrul nominal (de fabric) - 12, 14, 16, 18, 20, 22, 24, 27, 30, 35 mm d0 diametrul de calcul (diametrul gurii); d0=d+1mm 4 Lungimea tijei nitului l = ls + d pentru batere mecanica ; ls-grosimea 3 pachetului de piese ce se mbin; ls 5d

d = 5t a ; a = 0,2 pt mbinri de rezisten

A. 2. MBINRI CU URUBURI

mbinrile cu uruburi, nlocuite o perioad de mbinrile cu nituri, au nceput s fie utilizate din nou datorit avantajelor pe care le prezint i anume: sunt demontabile i se execut uor. Se utilizeaz la: -realizarea mbinrilor de antier; -mbinri ce produc eforturi de ntindere n tija urubului; -mbinarea pieselor groase ( t 5d ); -mbinarea construciilor provizorii; -mbinri n spaii nguste unde nu se pot bate nituri sau nu se poate efectua sudura. Pentru mbinarea podurilor i construciilor metalice se folosesc urmtoarele tipuri de uruburi: uruburi obinuite (grosolane, semiprecise, psuite), uruburi de nalt rezisten (SIRP), uruburi de ancoraj, uruburi de articulaie.A.2.1. MBINRI CU URUBURI OBINUITE Date constructive uruburile obinuite sunt realizate dintr-o tij cilindric prevzut la o extremitate cu un cap de seciune transversal hexagonal, iar la cealalt cu o poriune filetat pe care se nurubeaz piulia, asigurndu-se astfel strngerea pieselor.

8


Capul se racordeaz cu tija cu o raz de 2mm, faa capului dinspre tij fiind plan, iar cea opus teit printr-o suprafa conic. nlimea capului este de aproximativ 0,65d. Piulia are aceeai form ca i capul, avnd teituri conice la ambele fee. Forma filetului n seciune poate fi triunghiular, trapezoidal sau rotund, n construcii utilizdu-se n mod curent uruburile cu filet triunghiular.

Poriunea filetat a tijei se termin cu o calot sferic. Filetul este tiat pe o lungime de tij, astfel nct dup montarea urubului, nceputul filetului s rmn n aib. Lungimea total a tijei, l , este egal cu lungimea de strns ls (suma grosimii pieselor din pachet), la care se adaug grosimea aibei (s),nlimea piuliei (m) i o poriune de 3...7mm ce reprezint nlimea calotei i poriunea din tij care iese n afara piuliei:

l = ls + s + m + (3...7)mm

Obinuit n construcii se utilizeaz uruburi cu filet metric, simbolul pentru acestea fiind litera M urmat de un numr ce reprezint diametrul exterior al filetului n mm. Funcie de modul de prelucrare al tijei i funcie de raportul ntre diametrul tijei i diametrul gurii, uruburile pot fi: - u r u b u r i b r u t e (grosolane) ce au tija neprelucrat, aa cum rezult din confecionare; diametrul exterior al filetului este egal cu diametrul tijei; diametrul gurii se va realiza cu 1...2mm mai mare dect diametrul tijei. Datorit diferenei mari ntre9


diametrul gurii i diametrul tijei, aceste uruburi lucreaz dezavantajos la forfecare i strivire, recomandndu-se pentru mbinrile solicitate la ntindere n tij. - u r u b u r i p s u i t e ce au tija i faa dinspre tij a capului prelucrate fin sau mediu, diametrul exterior al tijei fiind ceva mai mare dect diametrul filetului. Aceste uruburi se introduc, prin batere, n guri alezate, diferena ntre diametrul gurii i al tijei fiind de 0,3mm. Datorit diferenei mici ntre diametrul gurii i diametrul tijei, uruburile psuite se consider c lucreaz analog niturilor att la forfecare ct i la presiune pe gaur. Se recomand utilizarea acestor uruburi att pentru mbinrile solicitate n planul mbinrii (mbinarea lucrnd la forfecare sau presiune pe gaur), ct i n plan normal pe planul mbinrii (mbinri ce produc eforturi de ntindere n tija urubului).

Materialele din care se confecioneaz uruburile trebuie s aib caliti necesare realizrii unei mbinri cu rezistene corespunztoare rezistenei pieselor. Calitatea unui urub este evideniat prin grupa acestuia notat printr-un grup de dou cifre, produsul lor reprezentnd, n daN/mm2, rezistena de curgere a oelului din care este confecionat urubul.Valorile nominale pentru limita de curgere f yb i rezistena la rupere fub a uruburilor. Clasa urub fyb (N/mm2) 4.6 4.8 5.6 5.8 6.8 8.8 10.9

240 400

320 400

300 500

400 500

480 600

640 800

900 1000

fub (N/mm )

2

Ariile nete (n zona filetului) i ariile brute ale uruburilor.

uruburi brute i psuite Diametrul gurii [mm] Net Brut urub Aria brut (zona 2 [cm ] nefile urub -tat) psuit SIRP Aria net [cm2]

Diametrul urubului la filet [mm] M12 M14 M16 M18 M20 M22 M24 13 15 17 19 21 23 25 0,762 0,989 1,44 1,65 2,25 2,82 3,24

M27 28 4,27

1,13 1,33M16 1,57

1,54 1,77

2,01 2,27

2,54 2,84M22 3,02

3,14 3,46M24 3,50

3,80 4,15

4,52 4,91

5,73 6,16M30 5,61

M20 2,45

M27 4,59

OBS: Numai uruburile clas 8.8 i 10.9 pot s fie pretensionate. Toate clasele pot s lucreze la forfecare (ca i uruburi obinuite)! Pentru elementele din S235 uruburile se realizeaz tot din S235 iar pentru elementele din S355 uruburile se realizeaz tot din S355. Pentru realizarea mbinrilor cu urburi se folosesc i unele accesorii cum ar fi: -r o n d e l e l e (aibele),ce se aeaz sub piuli astfel nct filetul s nu ptrund n gaura piesei, forfecarea tijei neputndu-se face n zona filetat ce reprezint o seciune slbit a urubului. aibele obinuite au suprafeele fin prelucrate, grosimea s=26mm, diametrul exterior Ds=2d1, diametrul gurii ds=d+(1..2)mm,d reprezentnd diametrul gurii; 10


- a i b e l e t e i t e. Pentru mbinrile cu uruburi ale profilelor dublu T i U se folosesc aibe teite, aibe ce au una din fee nclinat corespunztor nclinrii tlpii profilului.

La mbinrile cu uruburi, este necesar, n anumite cazuri (cu precdere n cazul solicitrilor dinamice), s se ia msuri pentru mpiedicarea deurubrii piuliei. Asigurarea piuliei se face cu: aibe resort, cu piuli dubl (contrapiuli) sau cu plint.

aib resort

contrapiuli

plint

aib resortComportarea uruburilor i a mbinrilor cu uruburi

Prin strngerea piuliei n tija urubului se dezvolt un efort de ntindere de civa zeci de daN, asigurndu-se astfel o bun alipire a pieselor. Sub aciunea solicitrilor exterioare din planul mbinrii, eforturile nvingnd frecrile dintre piese, acestea se deplaseaz, astfel c uruburile lucreaz prin contactul tijei cu peretele gurii, mbinarea cednd prin forfecarea tijei sau prin strivirea peretelui gurii. n cazul uruburilor obinuite, diametrul gurilor fiind mai mare dect diametrul tijei, se produc deplasri mari i o repartizare neuniform a solicitrilor ntre uruburile mbinrii. Din aceast cauz nu se indic aceste uruburi pentru mbinri ce lucreaz la forfecare, fiind indicate pentru mbinri la care urubul este solicitat la ntindere(mbinri solicitate normal pe planul mbinrii).uruburile psuite, din cauza diferenei mici ntre diametrul gurii i al tijei i datorit prelucrrii tijei i gurii se comport la forfecare ca i niturile.

11


A.2.2. MBINRI CU URUBURI DE NALT REZISTEN (SIRP) Modul de lucru

La podurile i construciile metalice se folosesc, n mod curent, uruburi de nalt rezisten pretensionate, crora, dup montare li se introduc eforturi de ntindere n tij. uruburile de nalt rezisten se confecioneaz din oeluri cu caracteristici mecanice superioare (oeluri slab aliate, oel carbon de calitate). Ele au forma i dimensiunile uruburilor obinuite, cu unele prevederi de prelucrare. Se cere o prelucrare mai bun a feei interioare a capului i a piuliei n scopul repartizrii ct mai uniforme a presiunilor pe suprafaa pieselor. Piuliele i aibele se fac din acelai material ca i uruburile. Prin strngerea puternic a piuliei, n tija urubului se introduce un important efort de ntindere, a crui valoare este de cca.70-75% din limita de curgere a materialului din care se confecioneaz urubul, pe suprafeele n contact ale pieselor exercitndu-se presiuni pe o zon n jurul urubului. Datorit acestui fapt, piesele ce se mbin sunt strnse foarte puternic, astfel nct, sub aciunea unui efort normal pe tija urubului, deplasarea relativ a pieselor este mpiedicat de forele de frecare ce se produc pe suprafeele n contact. Spre deosebire de mbinrile cu nituri i uruburi obinuite, mbinrile cu uruburi de nalt rezisten supuse la solicitri exterioare vor rezista prin frecarea dintre piese. Valoarea forelor de frecare depinde de presiunile ce se exercit pe piese, deci implicit de efortul de prentindere din tija urubului i de coeficientul de frecare.

12


Efortul de prentindere crete prin creterea caracteristicilor mecanice ale oelului din care este confecionat urubul. Din aceast cauz, uruburile se confecioneaz din oeluri cu caracteristici superioare. Coeficientul de frecare depinde de modul de prelucrare al suprafeelor n contact. Realizarea unui coeficient de frecare mrit se asigur prin lsarea acestor suprafee n stare nevopsit i printr-un tratament special al acestora. Astfel, aceste suprafee se vor prelucra prin sablare sau decapare cu flacra. Sablarea se poate face cu nisip cuaros sau printr-un tratament superficial cu alice din font. mbinrile cu uruburi de nalt rezisten pretensionate au o comportare elastic, cu deformaii mici ce se menin pn la valori mari ale eforturilor. Modul de comportare al mbinrii nu se deosebete de modul de lucru al pieselor n afara mbinrii. Datorit acestui mod de comportare, n unele ri, se admite combinarea uruburilor de nalt rezisten i a sudurii n aceeai mbinare. uruburile de nalt rezisten au aceleai caracteristici ca i uruburile obinuite, grosimea aibei fiind ceva mai mare. Se vor dispune aibe att sub capul urubului ct i sub piuli. Aezarea uruburilor de nalt rezisten, distanele ntre uruburi i de la axul lor la marginea pieselor sunt aceleai ca la uruburile obinuite. Se recomand distane apropiate de cele minime pentru o repartizare uniform a presiunilor de contact ntre piese. Gurile sunt executate obinuit i au diametrul cu 1-2mm mai mare dect diametrul tijei.Controlul calitii mbinrilor cu uruburi

mbinrile cu uruburi obinuite au cel puin la partea capului cu piuli o aib, aceasta asigurnd o mai bun repartizare a eforturilor sub piuli i mpiedicnd ca partea filetat s ptrund n gaura piesei. Un control atent i bine organizat este necesar a se efectua n cazul mbinrilor cu uruburi de nalt rezisten ntruct eficiena mbinrii depinde de modul de execuie al a acesteia. Suprafeele pieselor ce se mbin trebuie curate n prealabil cu substane degresante i apoi supuse unui tratament de sablare sau ardere cu flacra oxiacetilenic. La aceste mbinri piesele ce se mbin trebuie s fie n acelai plan i s nu aibe deformaii, contactul dintre eclise i piese s fie perfect pentru a permite dezvoltarea forelor de frecare. Dup strngerea cu cheia de mn, prealabil nceperii pretensionrii tijei uruburilor, lama unui spion de 0,2mm i de 0,1mm dup strngerea definitiv, nu trebuie s ptrund pe o adncime mai mare ca 20mm de la marginea pieselor sau n jurul uruburilor pe o raz egal cu diametrul uruburilor. Strngerea cu cheia de mn are ca scop realizarea contactului ntre piese. Strngerea pentru pretensionare se face n general n dou etape, pentru a se evita deformarea ecliselor, strngerea ncepnd de la mijlocul mbinrii spre margini. Strngerea piuliei se face cu chei dinamometrice care dau valoarea momentului de strngere Mt sau permit msurarea rotirii piuliei. ntre efortul de ntindere Nt i momentul de strngere Mt exist relaia: Mt=kdNt (coeficientul k se poate lua aproximativ 0,2). Controlul execuiei mbinrilor cu uruburi de nalt rezisten se face pe parcurs, ncepnd de la operaia de curire a pieselor, asamblare, strngere pn la strngerea definitiv. Avnd n vedere c prin tratarea suprafeelor de contact ale pieselor prin sablare aceste suprafee devin sensibile la coroziune, se vor lua msuri pentru a mpiedica ptrunderea factorilor corosivi la aceste suprafee. n acest scop se vor nchide cu chituri cu miniu de plumb sau alte produse elastice rosturile dintre elementele mbinate, evitnduse utilizarea acestor mbinri n medii puternic corozive.

13


B. Calculul mbinrilor cu nituri i uruburi EN 1993-1-8Date generaleProiectarea mbinrilor cu nituri i uruburi se realizeaz n conformitate cu normativul EN 1993-1-8: 2005, respectiv norma romn echivalent SR EN 1993-1-8: 2006. Coeficienii pariali de siguran M sunt prezentai n tabelul urmtor.VERIFICARE Coeficient parial de siguran Valoare

M

M

M0Rezistena elementelor i a seciunilor Rezistena uruburilor Rezistena niturilor Rezistena bolurilor Rezistena sudurilor Rezistena plcilor la presiune pe gaur Rezistena la lunecare

1.00 1.10 1.25

M1

M2 M2 M3 M3.ser

1.25

-

Rezistena la presiune pe gaur a uruburilor injectate Rezistena nodurilor grinzilor cu zbrele din evi Rezistena bolurilor la starea limit a exploatrii normale Pretensionarea uruburilor de nalt rezisten

la starea limit ultim (categoria C) la starea limit de exploatare(categoria B)

1.25 1.10 1.00 1.00 1.00 1.10

M4 M5 M6.ser

M7

B.1. Categorii de mbinri cu uruburiB.1.1. mbinri solicitate la forfecarembinrile cu uruburi solicitate la forfecare sunt proiectate n unul din urmtoarele moduri:

Categoria A: mbinri care lucreaz la forfecaren aceast categorie se utilizeaz uruburi din grupele de calitate 4.6 pn la 10.9 inclusiv. Nu este necesar pretensionarea uruburilor sau condiii speciale pentru pregtirea suprafeelor de contact.

Categoria B: mbinri rezistente la lunecare n starea limit a exploatrii normalen aceast categorie se utilizeaz uruburi pretensionate. Lunecarea nu trebuie s se produc n starea limit de exploatare normal. Fora de forfecare de calcul la starea limit de exploatare normal nu trebuie s depeasc rezistena de calcul la lunecare. Fora de forfecare ultim de calcul nu trebuie s depeasc rezistena de calcul la forfecare i nici fora capabil la presiune pe gaur.

Categoria C: mbinri rezistente la lunecare la starea limit ultimn aceast categorie se utilizeaz uruburi pretensionate la care lunecarea nu trebuie s se produc la starea limit ultim.

14


Fora de forfecare de calcul ultim nu trebuie s depeasc rezistena de calcul la lunecare i nici rezistena la presiune pe gaur. Pentru mbinrile care sunt supuse la ntindere, se verific suplimentar rezistena plastic de calcul n seciunea net la gurile pentru uruburi Nnet,Rd , la starea limit ultim.

B.1.2. mbinri solicitate la ntinderembinrile cu uruburi solicitate la ntindere se calculeaz n unul din urmtoarele moduri:

Categoria D: nepretensionaten aceast categorie se utilizeaz uruburi din grupele de calitate 4.6 pn la 10.9 inclusiv. Nu este necesar pretensionarea uruburilor. Aceast categorie nu trebuie utilizat pentru mbinrile care sunt supuse frecvent unor variaii ale forei de ntindere.

Categoria E: pretensionaten aceast categorie se utilizeaz uruburile din clasele de calitate 8.8 i 10.9 cu strngere controlat conform Standarde de referin: Grupa 7.

B.2. VERIFICRILE DE CALCUL PENTRU MBINRI:Cat A Precizri Criterii Observaii MBINRI SOLICITATE LA FORFECARE Fv.Ed Fv.Rd Nu este necesar pretensionarea. Se pot utiliza grupele de uruburi 4.6 10.9. Fv.Ed Fb.Rd

lucreaz la forfecare lunecare mpiedicat la starea limit de exploatare normal lunecare mpiedicat la starea limit ultim

B

Fv.Ed.ser Fs.Rd.ser Utilizate uruburi pretensionate grupele 8.8 Fv.Ed Fv.Rd i 10.9. Fv.Ed Fb.Rd Fv.Ed Fv.Rd Fv.Ed Fb.Rd Fv.Ed Nnet.Rd Utilizate uruburi pretensionate grupele 8.8 i 10.9. Se verific Nnet.Rd.

C

D E

MBINRI SOLICITATE LA NTINDERE Ft.Ed Ft.Rd Nu este necesar pretensionarea. nepretensionate Se pot utiliza grupele de uruburi 4.6 10.9. Ft.Ed Bp.Rd pretensionate Ft.Ed Ft.Rd Ft.Ed Bp.Rd Utilizate uruburi pretensionate grupele 8.8 i 10.9.

Poziionarea gurilor pentru uruburi i nituriDistanele minime i maxime ntre guri i distanele de la centrul gurii pn la marginea piesei pe direcia efortului i perpendicular pe direcia efortului pentru uruburi i nituri sunt prezentate n tabelul urmtor. Notarea distanelor este prezentat n figura:

15


Distane

Minime

Maxime Structuri executate din oeluri cf. EN 10025, cu excepia EN 10025-5 Oeluri supuse Oeluri nesupuse condiiilor condiiilor atmosferice sau atmosferice sau altor factori corozivi altor factori corozivi

Structuri din oel cf. EN 10025-5 Oel neprotejat Cea mai mare valoare dintre 8t sau 125 mm Cea mai mare valoare dintre 8t sau 125 mm

e1 e2e3

1.2 do (1.5 do )1.2 do (1.5 do ) 1.5 do

4 t + 40 mm 4 t + 40 mm

e4p1p1.0

1.5 do 2 .2 d o ( 2.5 d o )Cea mai mic valoare dintre 14t sau 200 mm Cea mai mic valoare dintre 14t sau 200 mm Cea mai mic valoare dintre 28t sau 400 mm Cea mai mic valoare dintre 14t sau 200 mm Cea mai mic valoare dintre 14t sau 200 mm Cea mai mic valoare dintre 14t sau 175 mm

p1.i

p2

2 .4 d o ( 2. 5 d o )

Cea mai mic valoare dintre 14t sau 200 mm

Cea mai mic valoare dintre 14t sau 175 mm

Not: 1. Valorile din parantez se refer la elemente solicitate la oboseal 2. t grosimea cea mai mic a elementelor exterioare mbinate

16


Rezistenele de calcul a dispozitivelor de fixare individualeMod de cedare uruburi f A Fv.Rd = v ub M2

Nituri

unde: Fora capabil la forfecare pentru un plan de forfecareA s = aria neta in zona filetata daca planul de forfecare trece prin zona filetata A= A b = aria bruta a tijei surubului daca planul de forfecare trece prin zona nefiletata 0.6 pentru grupele 4.6, 5.6, 8.8 v = 0.5 pentru grupele 4.8, 5.8, 6.8, 10.9

Fv.Rd =

0.6 fur A 0 M2

Pentru oel S235: fur=400 N/mm2

k f dt Fb.Rd = 1 b u M2

unde: e2 1.7 2.8 d0 min . pentru suruburi de m arg ine 2.5 k1 = p2 1 .7 1 .4 min . d0 pentru suruburi int erioare 2.5 e1 pentru suruburi de capat = 3d0 d p1 1 pentru suruburi int erioare 3d0 4 b = min . fub fu 1.0

Fora capabil la presiune pe gaur

Ft.Rd =

Fora capabil la ntindere Rezistena de calcul la forfecare prin strpungere Forfecare i ntindere combinate

k 2 fub A s M2

unde:

0.63 suruburi cu cap inecat k2 = 0.90 celelalte suruburi

Ft.Rd =

0.6 fur A 0 M2

B p.Rd = 0.6 dm t p fu / M2

Nu este necesar verificarea

Fv.Ed Ft.Ed + 1 Fv.Rd 1.4 Ft.Rd

17


Pentru mbinrile cu un singur plan de forfecare i un singur rnd de uruburi, uruburile vor fi prevzute cu aibe att sub piuli ct i sub capul urubului. Fora capabil la presiune pe gaur pentru fiecare urub este limitat la: Fb.Rd = 1.5 fu d t / M2 La mbinrile cu nituri sau cu uruburi solicitate la forfecare care sunt prevzute cu plci de compensare cu o grosime total tp mai mare dect o treime din diametrul nominal d, fora capabil la forfecare Fv.Rd se va multiplica cu un factor de reducere p , calculat cu relaia:

p =

9d ; 8d + 3 t p

p 1

Pentru mbinri cu dou planuri de forfecare la care plcile de compensare sunt dispuse pe ambele pri ale mbinrii, tp se ia ca i grosimea celei mai subiri plci de compensare. La mbinrile la care distana Lj dintre centrele dispozitivelor de fixare de capt, msurat pe direcia de transmitere a forei, este mai mare de 15d, fora capabil la forfecare Fv.Rd se reduce prin multiplicare cu un factor de reducere Lf , calculat cu relaia: L j 15d Lf = 1 ; 0.75 Lj 1.0 200d

mbinri pretensionate cu uruburi din grupa 8.8 sau 10.9 (SIRP)Pentru Categoria C: mbinri rezistente la lunecare la starea limit ultim, se utilizeaz uruburi din clasele de calitate (grupele) 8.8 i 10.9, iar lunecarea nu trebuie s se produc la starea limit ultim. Fora de forfecare de calcul ultim nu trebuie s depeasc rezistena de calcul la lunecare i rezistena la presiune pe gaur. Pentru mbinrile solicitate la ntindere se verific suplimentar rezistena plastic de calcul n seciunea net la gurile pentru uruburi Nnet.Rd , la starea limit ultim.

18


Rezistena de calcul la lunecareRezistena de calcul la lunecare a unui urub pretensionat din grupa 8.8 sau 10.9 se determin cu relaia: k n Fs.Rd = s Fp.C M3 unde: - k s conform tabel; -n numrul suprafeelor de frecare; - coeficient de frecare obinut prin ncercri specifice sau conform tabel; - Fp.C fora de pretensionare de calcul:Fp.C = 0.7 fub A s

Descriere uruburi utilizate n guri normale uruburi utilizate n guri mari sau n guri ovalizate scurte cu axa ovalizrii perpendicular pe direcia de transmitere a forei uruburi utilizate n guri ovalizate lungi cu axa ovalizrii perpendicular pe direcia de transmitere a forei uruburi utilizate n guri ovalizate scurte cu axa ovalizrii paralel cu direcia de transmitere a forei uruburi utilizate n guri ovalizate lungi cu axa ovalizrii paralel cu direcia de transmitere a forei Fora capabil la presiune pe gaurFb.Rd = k 1 b fu d t M2

ks 1.0

0.85

0.70 0.76 0.63

Clasa suprafeei de frecare A B C D

Factorul (coeficientul) de frecare 0.5 0.4 0.3 0.2

Rezistena plastic de calcul n seciunea netNnet.u.Rd = 0.9 A net fu M2

Traciune combinat cu forfecare

19


Dac o mbinare pretensionat este supus unui efort de ntindere de calcul, Ft,Ed sau Ft,Ed,serv, suplimentar efortului de forfecare de calcul Fv,Ed sau Fv,Ed,serv, care are tendina s produc lunecare, rezistena de calcul la lunecare a unui urub se determin astfel: - pentru mbinri din categoria B:

Fs.Rd.ser =-

ks n (Fp.C 0.8 Ft.Ed.ser ) M3.ser

pentru mbinri din categoria C:

Fs.Rd =

ks n (Fp.C 0.8 Ft.Ed ) M3

Dac ntr-o mbinare fora de contact n zona comprimat contra balanseaz fora de traciune aplicat n zona ntins, nu este necesar reducerea rezistenei la lunecare a mbinrii.

Slbirea seciunii dat de gurile dispozitivelor de prindereCalculul ariei neteAria net a seciunii transversale este egal cu aria brut din care se scad slbirile datorate gurilor sau a altor goluri. Dac gurile de fixare sunt dispuse n zig - zag, aria total a slbirilor se consider cea mai mare valoare dintre: Aria slbirilor pentru guri care nu sunt dispuse n zig-zag (linia de cedare (2) din figura); s2 - pentru linia de cedare (1) t nd 0 4p n care: - s pasul n zig-zag, respectiv interaxul ntre dou guri consecutive, msurat paralel cu axa barei; - p interaxul msurat perpendicular pe axa barei; - t grosimea piesei; - n numrul gurilor situate pe linie diagonal sau n zig-zag; - d0 diametrul gurii.

Calculul ruperii n blocRuperea n bloc const n cedarea la forfecare de-a lungul unui rnd de uruburi n suprafaa de forfecare a grupului de guri, nsoit de ruperea la ntindere de-a lungul liniei de guri n suprafaa ntins a grupului de uruburi. Ruperea n bloc este exemplificat n figur.

20


1. for de traciune mic 2. for de forfecare mare 3. for de forfecare mic 4. for de traciune mare

Pentru un grup simetric de uruburi solicitat la o ncrcare centric, rezistena la rupere n bloc este dat de relaia: Veff .1.Rd = fu A nt / M2 + ( f y / 3 )A nv / M0Pentru un grup de uruburi solicitat la o ncrcare excentric, rezistena la rupere n bloc este dat de relaia: Veff .1.Rd = 0.5 fu A nt / M2 + ( f y / 3 )A nv / M0 unde: - Ant aria net solicitat la ntindere - Anv aria net solicitat la forfecare.

C.

EXEMPLE DE CALCUL

Exemplu 1: Elemente solicitate la ntindere mbinate cu uruburiSe verific rezistena mbinrii din figur, cunoscnd urmtoarele date de proiectare: - NEd = 130 kN ; oel S 355 ( fu = 510 N / mm 2 ) ; - uruburi M 16, grupa 5.6 ( fub = 500 N / mm 2 ) , nepretensionate; - factorul de siguran: M2 = 1.25 .

21


Fv.RdFb.Rd

16 2 4 = = 48 230 N = 48.23 kN 1.25 2.5 0.59 510 16 5 = = 48 144 N = 48.144 kN 1.25 0.6 500 30 3 17 = 0.59 d = 50 1 = 0.73 3 17 4 b = min . 500 = 0.98 510 1.0

30 1.7 = 3.24 min .2.8 17 = 2.5 2.5 unde: k 1 = 55 1.7 = 2.83 1.4 min . 17 = 2.5 2.5 Se verific condiia:

Fv.Ed < min .[Fv.Rd ; Fb.Rd ] ;

Fv.Ed =

FEd 130 = = 32.5 kN < min .[Fv.Rd ; Fb.Rd ] = 48.144 kN 4 4

Exemplu2: mbinare cu uruburi de nalt rezisten pretensionateS se evalueze rezistena mbinrii din figur (capacitatea portant), cunoscnd urmtoarele date de proiectare: - Oel S 235 ( fu = 360 N / mm 2 ) ; uruburi pretensionate M 20 ( A s = 245 mm 2 ) grupa 10.9 ( fub = 1000 N / mm 2 ) ; guri 22 mm; lunecarea mpiedicat la starea limit ultim (mbinare categoria C); coeficientul de frecare dintre piese = 0.5 (prelucrare prin sablare, clasa suprafeei A).

Rezistena de calcul la lunecare

Fs.Rd =

ks n 1.0 2 0.5 Fp.C = 171.5 = 137.2 kN M3 1.25

unde: Fp.C = 0.7 fub A s = 0.7 1000 245 = 171.5 10 3 N = 171.5 kNFora capabil la presiune pe gaur

Fb.Rd =

k 1 b fu d t 2.5 0.76 360 20 16 = = 175 104 N = 175.104 kN M2 1.25

22


55 1.7 = 5.3 min .2.8 22 = 2.5 2.5 unde: k 1 = 70 1.7 = 2.75 1.4 min . 22 = 2.5 2.5 Rezistena plastic de calcul n seciunea net

50 = 0.76 d = 3 22 70 1 = 0.81 3 22 4 b = min . 1000 = 2.78 360 1.0

Nnet.u.Rd = 0.9

A net fu 16 (180 2 22) 360 = 0.9 = 564 019 N 564 kN M2 1.25

Rezistena mbinrii Rezistena dispozitivelor de fixare(uruburi de nalt rezisten pretensionate)

Fb.Rd.tot = n b x min . [Fs.Rd ; Fb.Rd ] = 4 x 137.2 kN = 548.8 kN unde nb = 4- numrul uruburilor din mbinare.Rezistena plastic de calcul n seciunea net Nnet.u.Rd 564 kN Rezistena de calcul a mbinrii va fi: FRd = min .[Fb.Rd.tot ; Nnet.u.Rd ] = 548.8 kN

Exemplu 3: Calculul mbinrilor solicitate la for tietoare, for axial i moment ncovoietor normal pe planul mbinriiConsiderm urmtoarea consol, prins cu uruburi:

Eforturile ce revin unui urub din fora axial i din fora tietoare sunt:T FV,Ed =

T N , FtN = ,Ed n n23


Eforturile ce revin unui urub din moment ncovoietor:

Condiia de echilibru ntre momentul exterior i eforturile din mbinare:M m(N1 y1 + NM y 2 + ... + NM y max ) = M 2 max

m=2 numrul de iruri verticale de uruburi; M N1 , NM , NM -eforturile ce apar n uruburi din momentul ncovoietor; 2 max y1 , y2 , ymax -distanele de la axa de rotire la fiecare urub. M Avnd n vedere variaia liniar a eforturilor n uruburi se pot exprima eforturile N1 ,NM funcie de NM i anume: max 2N1 y y = 1 N1 = Nmax 1 ; Nmax y max y max NM = NM i max yi y max

Se obine:m NM 2 2 max ( y1 + y 2 + ...y max ) = M 2 y max M y max sau: NM = max m y i2 M y max FtM = ,Ed m y i2 Verificarea mbinrii sub aciunea simultan a forei tietoare, a forei axiale i a momentului ncovoietor const n verificarea urubului cel mai ndeprtat i anume: -n seciune filetat -: ntindereFt,Ed = FtN + FtM Ft.Rd = ,Ed ,Ed k 2 fub A s M2

-n seciunea brut -: ntindere i forfecareFv.Ed Ft.Ed + 1 Fv.Rd 1.4 Ft.Rd

24

Documents

Cursuri 5-10 Nituri Suruburi Sirp