76144968 cursuri 5 10 nituri suruburi sirp

7/22/2019 76144968 Cursuri 5 10 Nituri Suruburi Sirp

http://slidepdf.com/reader/full/76144968-cursuri-5-10-nituri-suruburi-sirp 1/24

Poduri metalice I, An III CFDP, Îmbinări: nituri, şuruburi, SIRP

A. ÎMBINAREA ELEMENTELOR METALICE.Date constructive. Comportare

Exploatat şi întreţinut normal, un pod metalic poate să dureze peste 100 de ani.Datorită unor cauze diverse, cum ar fi uzura fizică, statică şi dinamică, această durată poate să scadă. Din acest punct de vedere, o atenţie deosebită trebuie acordată îmbinărilor elementelor metalice.

Elementele construcţiilor metalice sunt alcătuite din unul sau mai multe profilelaminate, pe principiul alcătuirii unor secţiuni transversale raţionale dpdv constructiv şieficiente dpdv economic, respectiv cu utilizarea unui număr cât mai redus de profilelaminate, care să permită solidarizarea în modul cel mai clar şi mai simplu cu putinţă.

Îmbinările reprezintă puncte mai slabe ale construcţiilor, ele conducând în generalla o reducere a secţiunii active a elementelor. Sunt cunoscute multe accidente şi avarii lapodurile metalice, datorită realizării incorecte sau poziţionării incorecte a îmbinărilor.

Îmbinările pot fi realizate în atelier sau pe şantier (îmbinări de montaj).

Considerente avute în vedere la stabilirea pozi ţ iei şi la realizarea îmbinărilor:

- îmbinările se vor plasa în zone cu eforturi cât mai reduse;

1




- numărul de îmbinări trebuie să fie minim, pt a evita consumul suplimentar dematerial şi manoper ă;

- dacă elementul se realizează din mai multe tronsoane, acestea trebuie să fie câtmai multe identice pentru a simplifica montajul şi construcţia;

- îmbinările de montaj se vor realiza ţinând cont de posibilităţile de transport,manipulare, ordine de montaj.

Condi ţ ii ce trebuie îndeplinite în cazul înnădirii barelor:

- condiţia capacităţii portante: în zona îmbinării, elementulsă prezinte cel puţin capacitatea portantă din restul barei. Ae>A, We>W;

- condiţia de simetrie a elementelor de înnădire, caretrebuie să fie pe cât posibil aceeaşi cu al elementului pecare-l înnădim, astfel încât centrul de greutate aelementelor de înnădire şi centrul de greutate al barei să coincidă sau să fie apropiate. În caz contrar, în îmbinare

apar eforturi suplimentare;- toate păr ţile barei înnădite să fie acoperite cu eclise,astfel încât să se asigure o trecere cât mai directă aefortului de la un tronson la celălalt;

2




- condiţia constructivă şi economică: înnădirea să fie cât mai simplă dpdv constructiv,uşor de realizat, să fie cât mai scurtă.

În funcţie de soluţia folosită pentru realizarea îmbinării avem:

- îmbinări nituite;

- îmbinări cu şuruburi (obişnuite sau şuruburi de înaltă rezistentă pretensionate -SIRP);

- îmbinări cu sudur ă;

- îmbinări cu buloane de articulaţie (c-ţii spaţiale);- îmbinări prin lipire cu cleiuri sintetice (în fază experimentală).

3




A.1. ÎMBINĂRI NITUITE

Alcătuirea îmbinărilor nituite

Nituirea, descoperită în 1830, a fost timp de cca 100 ani mijlocul de îmbinare celmai utilizat pentru construcţiile metalice. În prezent nituirea este înlocuită aproape total cu

procedee de îmbinare mai eficiente din punct de vedere tehnic şi economic (sudura,şuruburi de înaltă rezistenţă),fiind utilizată doar pentru unele construcţii grele supuse lasolicitări dinamice.

Nitul brut este alcătuit dintr-o tijă având la una din extremităţi un cap de diferiteforme, numit cap de aşezare.

Pentru realizarea îmbinării, nitul înc ălzit în prealabil la 1050-1150 oC este introdus îng ăuri ce au diametrul cu 1mm mai mare decât diametrul tijei nitului ; capul de aşezare esteţinut presat cu o piesă numită contrabuterolă, în timp ce la cealaltă extremitate a tijei seformează al doilea cap cu ajutorul unei piese numită buterolă.

Formarea nitului

Operaţia de nituire se recomandă a se termina la 500-600 oC . În continuare, caurmare a r ăcirii, tija nitului se scurtează; într-o oarecare măsur ă se micşorează şigrosimea pachetului de piese ce se îmbină dar mai puţin decât tija nitului care este maicaldă. Rezultă în final în tija nitului o solicitare de întindere care face ca cele două capetesă apese puternic asupra pieselor şi să le strângă. În tija nitului, r ămâne un efort de

întindere de 600-800 daN/cm2 .

4




Pentru construcţii din oţel, niturile se confecţionează din oţel care, pe lângă calităţide rezistenţă corespunzătoare calităţii pieselor ce se nituiesc, trebuie să aibă şi calităţiplastice bune pentru a se putea forma capul la batere f ăr ă ca materialul să fisureze.

Pentru podurile şi construcţiile metalice, funcţie de forma capului, se folosescurmătoarele tipuri de nituri:

*nituri cu cap semirotund

*nituri cu cap semiînecat*nituri cu cap înecat.Cele mai folosite sunt niturile normale cu cap semirotund ; când nu încape capul , se

folosesc nituri cu cap semiînecat; niturile cu cap înecat se folosesc rar. Dacă suprafaţapiesei trebuie să r ămână plană, se prefer ă să se folosească tot nituri cu cap semiînecat şisă se îndepărteze partea sferică a capului semiînecat după batere.

Tipuri de nituri

NIT: RIVET (klinknagels, gujon)Nit cu cap conic: cone-head rivetNit cu cap înecat: counter-sunk rivet, flush rivetNit cu cap plat: flat-head rivetNit cu cap semiînecat: round-top counter-sunk-head rivet

Lungimea tijei nitului se alege astfel încât prin refulare să se umple complet gaura şisă se formeze cel de-al doilea cap şi anume:

mecanicabaterepentrud3

4ll

manualabaterepentrud4

7

ll

s

s

−+=

−+=

unde: d -diametrul nominal al nitului;l s-grosimea pachetului de piese ce se îmbină.

Grosimea pieselor ce urmează a fi îmbinate este limitată din motive de batere şi dinfaptul că niturile cu lungimi mari au o comportare mai puţin bună. Se recomandă caaceastă grosime să respecte condiţia: d5ls ≤

După batere nitul umplând complet gaura, rezultă că diametrul de calcul al nituluieste egal cu diametrul găurii (d 0 ), fiind cu 1mm mai mare decât diametrul nitului brut(diametrul nominal al nitului).

5




În funcţie de grosimea elementelor ce urmează a fi îmbinate, diametrul nitului sealege astfel încât să fie îndeplinite condi ţ iile:

*nitul să asigure o strângere corespunzătoare a elementelor îmbinate; încazul niturilor cu cap semirotund se cere ca grosimea pachetului de piese ce se îmbină să nu depăşească 5d;

*pe cât posibil eforturile capabile la forfecare şi presiune pe gaur ă să fie

egale;*la profilele laminate se va asigura posibilitatea executării niturilor şi

respectării distanţelor minime; în acest sens, diametrul nitului nu trebuie să depăşască diametrul maxim dat în tabelele cu date constructive pentru profilele laminate;

*pentru îmbinarea tablelor, diametrul nitului se poate determina cu relaţia:

at5d −=

unde:t -grosimea celui mai subţire element de la margineapachetului care se asamblează, în cm;

a-factor de corecţie care se ia:

a=0,2-pentru îmbinări de rezistenţă;a=0,4-pentru îmbinări de rezistenţă-etanşarerealizate prin suprapunere;

a=0,6-pentru îmbinări de rezistenţă-etanşarerealizate cu eclise.

Pentru simplificarea execuţiei, trebuie ca la acelaşi element să fie folosit acelaşidiametru de nit sau cel mult două diametre.

Într-o îmbinare, niturile se aşează la distanţe cuprinse între distanţele minime şimaxime, aceste distanţe fiind stabilite pe baza unor criterii de rezistenţă şi constructive.Distanţele minime sunt impuse de necesităţi de execuţie, spre a se evita deformările întimpul baterii, şi de condiţii de rezistenţă ,pentru a se evita forfecarea în intervalul dintre

două nituri.Distanţele maxime sunt impuse de necesitatea unei bune strângeri a elementelor ce

se îmbină. Aşezarea niturilor în îmbinare poate fi în şiruri paralele sau în şah.

Distanţele minime şi maxime pentru niturile de rezistenţă sunt date în anexe deproiectare.

6




Comportarea niturilor la diferite solicitări

Niturile dintr-o îmbinare pot prelua atât eforturi care pot provoca alunecarea relativă a pieselor cât şi eforturi care tind să producă desprinderea pieselor.

Când sunt mai multe nituri pe o linie, cele marginale se încarcă mai mult decât cele

centrale, diferenţa de efort fiind cu atât mai mare cu cât sunt mai multe nituri.Datorită acestui lucru, în cazul îmbinărilor solicitate la efort axial de întindere saucompresiune, prescripţ iile recomand ă limitarea la 6 a numărului de nituri dispuse pe un şir.

Distribuţ ia eforturilor în nituri

Prin r ăcirea nitului în urma baterii, se realizează strângerea pieselor, în tija nituluidezvoltându-se eforturi de întindere iar asupra pieselor exercitându-se presiuni.

Sub acţiunea solicitărilor din planul îmbinării piesele tind să se deplaseze,deplasarea fiind împiedicată de for ţele de frecare ce apar pe suprafeţele în contact. Acestefor ţ e nu se iau în considerare la calculul îmbinărilor nituite la poduri . În momentul în carefor ţa de frecare este depăşită, se produce o mică deplasare a pieselor, realizându-secontactul între tija nitului şi pereţii găurii. Manifestarea strivirii apare destul de devreme, înmomentul în care tija nitului ia contact cu pereţii găurii. Distrugerea prin strivire se produce

însă mai târziu, când presiunile cresc mult,gaura nitului alungindu-se iar materialul din faţanitului deformându-se.

forfecare strivire

Modul de solicitare a niturilor

Strivirea peretelui găurii se produce când diametrul nitului este mare comparativ cugrosimea pieselor ce se îmbină.

Prin deplasarea pieselor din îmbinare apare o tendinţă de forfecare a tijei nitului.Când se efectuează îmbinarea a două piese realizate din câte un element fiecare, nitul

7




lucrează cu o secţiune de forfecare. În situaţia în care una din piese este realizată dindouă elemente nitul lucrează cu două secţiuni de forfecare.

Sec ţ iuni de forfecare

Efortul unitar de forfecare se consider ă uniform repartizat pe suprafaţa tijei nitului.

Forfecarea tijei nitului se produce în situaţia în care diametrul nitului este miccomparativ cu grosimea pieselor.

OBS:• Material nituri: S235, f ur =400 N/mm2 • d – diametrul nominal (de fabrică) - 12, 14, 16, 18, 20, 22, 24, 27, 30, 35 mm• d0 – diametrul de calcul (diametrul găurii); d0=d+1mm

• Lungimea tijei nitului mecanicabaterepentrud34

ll s −+= ; l s-grosimea

pachetului de piese ce se îmbină; d5ls ≤

• at5d −= ; a = 0,2 pt îmbinări de rezistenţă

A. 2. ÎMBINĂRI CU ŞURUBURI

Îmbinările cu şuruburi, înlocuite o perioadă de îmbinările cu nituri, au început să fieutilizate din nou datorită avantajelor pe care le prezintă şi anume: sunt demontabile şi seexecută uşor.

Se utilizează la:-realizarea îmbinărilor de şantier;-îmbinări ce produc eforturi de întindere în tija şurubului;-îmbinarea pieselor groase ( t d ∑ ≥ 5 );-îmbinarea construcţiilor provizorii;-îmbinări în spaţii înguste unde nu se pot bate nituri sau nu se poate efectua

sudura.Pentru îmbinarea podurilor şi construcţiilor metalice se folosesc următoarele tipuri

de şuruburi: şuruburi obi şnuite (grosolane, semiprecise, păsuite ), şuruburi de înalt ă rezistenţă (SIRP), şuruburi de ancoraj , şuruburi de articulaţ ie.

A.2.1. ÎMBINĂRI CU ŞURUBURI OBIŞNUITE

Date constructive Şuruburile obişnuite sunt realizate dintr-o tijă cilindrică prevăzută la o extremitate cu

un cap de secţiune transversală hexagonală, iar la cealaltă cu o por ţiune filetată pe carese înşurubează piuliţa, asigurându-se astfel strângerea pieselor.

8




Capul se racordează cu tija cu o rază de 2mm, faţa capului dinspre tijă fiind plană,iar cea opusă teşită printr-o suprafaţă conică. Înălţimea capului este de aproximativ 0,65d.Piuliţa are aceeaşi formă ca şi capul, având teşituri conice la ambele feţe. Forma filetului în secţiune poate fi triunghiular ă, trapezoidală sau rotundă, în construc ţ ii utilizâdu-se înmod curent şuruburile cu filet triunghiular .

Por ţiunea filetată a tijei se termină cu o calotă sferică. Filetul este tăiat pe olungime de tijă, astfel încât după montarea şurubului, începutul filetului să r ămână înşaibă.

Lungimea totală a tijei, l , este egală cu lungimea de strâns l s (suma grosimii

pieselor din pachet), la care se adaugă grosimea şaibei (s),înălţimea piuliţei (m) şi opor ţiune de 3...7mm ce reprezintă înălţimea calotei şi por ţiunea din tijă care iese în afarapiuliţei:

mm)7...3(msll s +++=

Obişnuit în construcţii se utilizează şuruburi cu filet metric, simbolul pentru acesteafiind litera M urmată de un număr ce reprezintă diametrul exterior al filetului în mm.

Funcţie de modul de prelucrare al tijei şi funcţie de raportul între diametrul tijei şidiametrul găurii, şuruburile pot fi:

-ş u r u b u r i b r u t e (grosolane) ce au tija neprelucrată, aşa cum rezultă din

confecţionare; diametrul exterior al filetului este egal cu diametrul tijei; diametrul găurii seva realiza cu 1...2mm mai mare decât diametrul tijei. Datorită diferenţei mari între

9




diametrul găurii şi diametrul tijei, aceste şuruburi lucrează dezavantajos la forfecare şistrivire, recomandându-se pentru îmbinările solicitate la întindere în tijă.

-ş u r u b u r i p ă s u i t e ce au tija şi faţa dinspre tijă a capului prelucrate fin saumediu, diametrul exterior al tijei fiind ceva mai mare decât diametrul filetului. Acesteşuruburi se introduc, prin batere, în găuri alezate, diferenţa între diametrul găurii şi al tijeifiind de 0,3mm. Datorit ă diferenţ ei mici între diametrul g ăurii şi diametrul tijei, şuruburile

păsuite se consider ă c ă lucreaz ă analog niturilor atât la forfecare cât şi la presiune pegaur ă. Se recomandă utilizarea acestor şuruburi atât pentru îmbinările solicitate în planul îmbinării (îmbinarea lucrând la forfecare sau presiune pe gaur ă), cât şi în plan normal peplanul îmbinării (îmbinări ce produc eforturi de întindere în tija şurubului).

Materialele din care se confecţionează şuruburile trebuie să aibă calităţi necesare

realizării unei îmbinări cu rezistenţe corespunzătoare rezistenţei pieselor. Calitatea unuişurub este evidenţiată prin grupa acestuia notată printr-un grup de două cifre, produsul lorreprezentând, în daN/mm2, rezistenţa de curgere a oţelului din care este confecţionatşurubul.

Valorile nominale pentru limita de curgere şi rezistenţa la rupere a şuruburilor.ybf ubf

Clasaşurub

4.6 4.8 5.6 5.8 6.8 8.8 10.9

ybf (N/mm2) 240 320 300 400 480 640 900

ubf (N/mm2) 400 400 500 500 600 800 1000

Ariile nete (în zona filetului) şi ariile brute ale şuruburilor.

Diametrul şurubului la filet [mm]Şuruburi brute şipăsuite M12 M14 M16 M18 M20 M22 M24 M27

Diametrul găurii [mm] 13 15 17 19 21 23 25 28Netă 0,762 0,989 1,44 1,65 2,25 2,82 3,24 4,27

Şurubbrut

1,13 1,54 2,01 2,54 3,14 3,80 4,52 5,73 Aria[cm2]

Brută (zonanefile-tată)

Şurubpăsuit

1,33 1,77 2,27 2,84 3,46 4,15 4,91 6,16

SIRP M16 M20 M22 M24 M27 M30 Aria netă [cm2] 1,57 2,45 3,02 3,50 4,59 5,61

OBS: Numai şuruburile clasă 8.8 şi 10.9 pot să fie pretensionate. Toate clasele pot să lucreze la forfecare (ca şi şuruburi obi şnuite)!

Pentru elementele din S235 şuruburile se realizeaz ă tot din S235 iar pentruelementele din S355 şuruburile se realizeaz ă tot din S355 .

Pentru realizarea îmbinărilor cu şurburi se folosesc şi unele accesorii cum ar fi:-r o n d e l e l e (şaibele),ce se aşează sub piuliţă astfel încât filetul să nu

pătrundă în gaura piesei, forfecarea tijei neputându-se face în zona filetată ce reprezintă osecţiune slăbită a şurubului. Şaibele obişnuite au suprafeţele fin prelucrate, grosimea s=2-6mm, diametrul exterior Ds=2d 1, diametrul găurii d s=d +(1..2)mm,d reprezentând diametrulgăurii;

10




- ş a i b e l e t e ş i t e. Pentru îmbinările cu şuruburi ale profilelor dublu T şiU se folosesc şaibe teşite, şaibe ce au una din feţe înclinată corespunzător înclinării tălpiiprofilului.

La îmbinările cu şuruburi, este necesar, în anumite cazuri (cu precădere în cazulsolicitărilor dinamice), să se ia măsuri pentru împiedicarea deşurubării piuliţei. Asigurarea

piuliţei se face cu: şaibe resort, cu piuliţă dublă (contrapiuliţă) sau cu şplint.

şaibă resort contrapiuliţă şplint

şaibă resort

Comportarea şuruburilor şi a îmbinărilor cu şuruburi

Prin strângerea piuliţei în tija şurubului se dezvoltă un efort de întindere de câţivazeci de daN, asigurându-se astfel o bună alipire a pieselor. Sub acţiunea solicitărilorexterioare din planul îmbinării, eforturile învingând frecările dintre piese, acestea sedeplasează, astfel că şuruburile lucrează prin contactul tijei cu peretele găurii, îmbinareacedând prin forfecarea tijei sau prin strivirea peretelui găurii. În cazul şuruburilor obişnuite,diametrul găurilor fiind mai mare decât diametrul tijei, se produc deplasări mari şi orepartizare neuniformă a solicitărilor între şuruburile îmbinării. Din această cauză nu seindică aceste şuruburi pentru îmbinări ce lucrează la forfecare, fiind indicate pentru îmbinări la care şurubul este solicitat la întindere(îmbinări solicitate normal pe planul îmbinării).

Şuruburile păsuite, din cauza diferenţ ei mici între diametrul g ăurii şi al tijei şi datorit ă prelucr ării tijei şi g ăurii se comport ă la forfecare ca şi niturile.

11




A.2.2. ÎMBINĂRI CU ŞURUBURI DE ÎNALTĂ REZISTENŢĂ (SIRP)

Modul de lucru

La podurile şi construcţiile metalice se folosesc, în mod curent, şuruburi de înaltă rezistenţă pretensionate, cărora, după montare li se introduc eforturi de întindere în tijă.

Şuruburile de înaltă rezistenţă se confecţionează din oţeluri cu caracteristicimecanice superioare (oţeluri slab aliate, oţel carbon de calitate). Ele au forma şidimensiunile şuruburilor obişnuite, cu unele prevederi de prelucrare. Se cere o prelucraremai bună a feţei interioare a capului şi a piuliţei în scopul repartizării cât mai uniforme apresiunilor pe suprafaţa pieselor. Piuliţele şi şaibele se fac din acelaşi material ca şişuruburile.

Prin strângerea puternică a piuliţei, în tija şurubului se introduce un important efort

de întindere, a cărui valoare este de cca.70-75% din limita de curgere a materialului dincare se confecţionează şurubul, pe suprafeţele în contact ale pieselor exercitându-sepresiuni pe o zonă în jurul şurubului. Datorită acestui fapt, piesele ce se îmbină suntstrânse foarte puternic, astfel încât, sub acţiunea unui efort normal pe tija şurubului,deplasarea relativă a pieselor este împiedicată de for ţele de frecare ce se produc pesuprafeţele în contact.

Spre deosebire de îmbinările cu nituri şi şuruburi obişnuite, îmbinările cuşuruburi de înaltă rezistenţă supuse la solicitări exterioare vor rezista prin frecareadintre piese. Valoarea for ţelor de frecare depinde de presiunile ce se exercită pe piese,deci implicit de efortul de preîntindere din tija şurubului şi de coeficientul de frecare.

12




Efortul de preîntindere creşte prin creşterea caracteristicilor mecanice ale oţeluluidin care este confecţionat şurubul. Din această cauză, şuruburile se confecţionează dinoţeluri cu caracteristici superioare. Coeficientul de frecare depinde de modul de prelucrareal suprafeţelor în contact. Realizarea unui coeficient de frecare mărit se asigur ă prinlăsarea acestor suprafeţe în stare nevopsită şi printr-un tratament special al acestora.

Astfel, aceste suprafeţe se vor prelucra prin sablare sau decapare cu flacăra.

Sablarea se poate face cu nisip cuar ţos sau printr-un tratament superficial cu alice dinfontă.

Îmbinările cu şuruburi de înaltă rezistenţă pretensionate au o comportare elastică,cu deformaţii mici ce se menţin până la valori mari ale eforturilor. Modul de comportare al îmbinării nu se deosebeşte de modul de lucru al pieselor în afara îmbinării. Datorită acestui mod de comportare, în unele ţări, se admite combinarea şuruburilor de înaltă rezistenţă şi a sudurii în aceeaşi îmbinare.

Şuruburile de înaltă rezistenţă au aceleaşi caracteristici ca şi şuruburile obişnuite,grosimea şaibei fiind ceva mai mare. Se vor dispune şaibe atât sub capul şurubului câtşi sub piuliţă. Aşezarea şuruburilor de înaltă rezistenţă, distanţele între şuruburi şi de laaxul lor la marginea pieselor sunt acelea

şi ca la

şuruburile obi

şnuite. Se recomand

ă

distanţe apropiate de cele minime pentru o repartizare uniformă a presiunilor de contact între piese. Găurile sunt executate obişnuit şi au diametrul cu 1-2mm mai mare decâtdiametrul tijei.

Controlul calităţii îmbinărilor cu şuruburi

Îmbinările cu şuruburi obişnuite au cel puţin la partea capului cu piuliţă o şaibă,aceasta asigurând o mai bună repartizare a eforturilor sub piuliţă şi împiedicând ca parteafiletată să pătrundă în gaura piesei.

Un control atent şi bine organizat este necesar a se efectua în cazul îmbinărilor cu

şuruburi de înaltă rezistenţă întrucât eficienţa îmbinării depinde de modul de execuţie al aacesteia. Suprafeţele pieselor ce se îmbină trebuie cur ăţate în prealabil cu substanţedegresante şi apoi supuse unui tratament de sablare sau ardere cu flacăra oxiacetilenică.La aceste îmbinări piesele ce se îmbină trebuie să fie în acelaşi plan şi să nu aibedeformaţii, contactul dintre eclise şi piese să fie perfect pentru a permite dezvoltareafor ţelor de frecare. După strângerea cu cheia de mână, prealabilă începerii pretensionăriitijei şuruburilor, lama unui spion de 0,2mm şi de 0,1mm după strângerea definitivă, nutrebuie să pătrundă pe o adâncime mai mare ca 20mm de la marginea pieselor sau în jurulşuruburilor pe o rază egală cu diametrul şuruburilor. Strângerea cu cheia de mână are cascop realizarea contactului între piese. Strângerea pentru pretensionare se face în general în două etape, pentru a se evita deformarea ecliselor, strângerea începând de la mijlocul

îmbinării spre margini. Strângerea piuliţei se face cu chei dinamometrice care dauvaloarea momentului de strângere M t sau permit măsurarea rotirii piuliţei. Între efortul de

întindere N t şi momentul de strângere M t există relaţia: M t =kdN t (coeficientul k se poatelua aproximativ 0,2).

Controlul execuţiei îmbinărilor cu şuruburi de înaltă rezistenţă se face pe parcurs, începând de la operaţia de cur ăţire a pieselor, asamblare, strângere până la strângereadefinitivă.

Având în vedere că prin tratarea suprafeţelor de contact ale pieselor prin sablareaceste suprafeţe devin sensibile la coroziune, se vor lua măsuri pentru a împiedicapătrunderea factorilor corosivi la aceste suprafeţe. În acest scop se vor închide cu chituricu miniu de plumb sau alte produse elastice rosturile dintre elementele îmbinate, evitându-

se utilizarea acestor îmbinări în medii puternic corozive.

13




B. Calculul îmbinărilor cu nituri şi şuruburi – EN 1993-1-8

Date generale

Proiectarea îmbinărilor cu nituri şi şuruburi se realizează în conformitate cu normativul EN1993-1-8: 2005, respectiv norma română echivalentă SR EN 1993-1-8: 2006.Coeficienţii par ţiali de siguranţă Mγ sunt prezentaţi în tabelul următor.

VERIFICARECoeficient par ţial

de siguranţă MγValoare

Mγ0Mγ 1.00

1Mγ 1.10Rezistenţa elementelor şi a secţiunilor

2Mγ 1.25

Rezistenţaşuruburilor

Rezistenţa niturilorRezistenţa bolţurilorRezistenţa sudurilor

Rezistenţa plăcilor la presiune pe gaur ă

2Mγ 1.25

Rezistenţa la lunecare- la starea limită ultimă (categoria C)- la starea limită de exploatare(categoria B)

3Mγ

ser .3Mγ 1.251.10

Rezistenţa la presiune pe gaur ă a şuruburilor injectate 4Mγ 1.00

Rezistenţa nodurilor grinzilor cu zăbrele din ţevi 5Mγ 1.00

Rezistenţa bolţurilor la starea limită a exploatării normale ser .6Mγ 1.00Pretensionarea şuruburilor de înaltă rezistenţă 7Mγ 1.10

B.1. Categorii de îmbinări cu şuruburi

B.1.1. Îmbinări solicitate la forfecare Îmbinările cu şuruburi solicitate la forfecare sunt proiectate în unul din următoarele moduri:

Categoria A: Îmbinări care lucrează la forfecare În această categorie se utilizează şuruburi din grupele de calitate 4.6 până la 10.9 inclusiv.

Nu este necesar ă pretensionarea şuruburilor sau condiţii speciale pentru pregătirea suprafeţelorde contact.

Categoria B: Îmbinări rezistente la lunecare în starea limită a exploatării normale În această categorie se utilizează şuruburi pretensionate.Lunecarea nu trebuie să se producă în starea limită de exploatare normală.For ţa de forfecare de calcul la starea limită de exploatare normală nu trebuie să

depăşească rezistenţa de calcul la lunecare.For ţa de forfecare ultimă de calcul nu trebuie să depăşească rezistenţa de calcul la

forfecare şi nici for ţa capabilă la presiune pe gaur ă.

Categoria C: Îmbinări rezistente la lunecare la starea limită ultimă În această categorie se utilizează şuruburi pretensionate la care lunecarea nu trebuie să

se producă la starea limită ultimă.

14




For ţa de forfecare de calcul ultimă nu trebuie să depăşească rezistenţa de calcul lalunecare şi nici rezistenţa la presiune pe gaur ă.

Pentru îmbinările care sunt supuse la întindere, se verifică suplimentar rezistenţa plastică de calcul în secţiunea netă la găurile pentru şuruburi N net,Rd , la starea limită ultimă.

B.1.2. Îmbinări solicitate la întindere

Îmbinările cu şuruburi solicitate la întindere se calculează în unul din următoarele moduri:

Categoria D: nepretensionate În această categorie se utilizează şuruburi din grupele de calitate 4.6 până la 10.9 inclusiv.

Nu este necesar ă pretensionarea şuruburilor. Această categorie nu trebuie utilizată pentru îmbinările care sunt supuse frecvent unor

variaţii ale for ţei de întindere.

Categoria E: pretensionate În această categorie se utilizează şuruburile din clasele de calitate 8.8 şi 10.9 cu strângere

controlată conform Standarde de referinţă: Grupa 7.

B.2. VERIFIC ĂRILE DE CALCUL PENTRU ÎMBIN ĂRI:

Cat Precizări Criterii Observaţii ÎMBIN ĂRI SOLICITATE LA FORFECARE

Alucrează laforfecare

Rd.vEd.v FF ≤

Rd.bEd.v FF ≤ Nu este necesar ă pretensionarea.Se pot utiliza grupele de şuruburi 4.6 – 10.9.

B

lunecare împiedicată lastarea limită deexploatarenormală

ser .Rd.sser .Ed.v FF ≤

Rd.vEd.v FF ≤

Rd.bEd.v FF ≤ Utilizate şuruburi pretensionate grupele 8.8şi 10.9.

C

lunecare împiedicată lastarea limită ultimă

Rd.vEd.v FF ≤

Rd.bEd.v FF ≤

Rd.netEd.v NF ≤

Utilizate şuruburi pretensionate grupele 8.8şi 10.9.Se verifică Nnet.Rd.

ÎMBIN ĂRI SOLICITATE LA ÎNTINDERE

D nepretensionateRd.tEd.t FF ≤

Rd.pEd.t BF ≤ Nu este necesar ă pretensionarea.Se pot utiliza grupele de şuruburi 4.6 – 10.9.

E pretensionateRd.tEd.t FF ≤

Rd.pEd.t BF ≤ Utilizate şuruburi pretensionate grupele 8.8şi 10.9.

Pozi ţ ionarea g ăurilor pentru şuruburi şi nituri

Distanţele minime şi maxime între găuri şi distanţele de la centrul găurii până la margineapiesei pe direcţia efortului şi perpendicular pe direcţia efortului pentru şuruburi şi nituri suntprezentate în tabelul următor.

Notarea distanţelor este prezentată în figura:

15




Maxime Structuri executate din oţeluri cf. EN

10025, cu excepţia EN 10025-5Structuri din oţelcf. EN 10025-5

Distanţe Minime Oţeluri supuse

condiţiiloratmosferice sau

altor factori corozivi

Oţeluri nesupuse

condiţiiloratmosferice sau

altor factori corozivi

Oţel neprotejat

1e od2.1

)d5.1( o mm40t4 +

Cea mai marevaloare dintre8t sau 125 mm

2e od2.1

)d5.1( o mm40t4 +

Cea mai marevaloare dintre8t sau 125 mm

3e od5.1

4e od5.1

1p od2.2 )d5.2( o

Cea mai mică valoare dintre14t sau 200 mm



0.1p Cea mai mică valoare dintre

14t sau 200 mm

i.1p Cea mai mică valoare dintre

28t sau 400 mm

2p od4.2

)d5.2( o

Cea mai mică valoare dintre

14t sau 200 mm


14t sau 200 mm


14t sau 175 mm

Not ă: 1. Valorile din parantez ă se refer ă la elemente solicitate la oboseal ă

2. t – grosimea cea mai mic ă a elementelor exterioare îmbinate

16




Rezistenţ ele de calcul a dispozitivelor de fixare individualeMod de cedare Şuruburi Nituri

For ţa capabilă la forfecare

pentru un plande forfecare

2M

ubvRd.v

Af F

γ

α=

unde:

⎪⎪

⎩

⎪⎪

⎨

⎧

−=

−=

=

nefiletatazonaprintreceforfecaredeplanuldaca

surubuluitijeiabrutaaria A

filetatazonaprintreceforfecaredeplanuldaca

filetatazonainnetaaria A

Ab

s

⎩⎨⎧

−

−=α

9.10,8.6,8.5,8.4grupelepentru5.0

8.8,6.5,6.4grupelepentru6.0v

2M

0ur Rd.v Af 6.0Fγ

=

Pentru oţel S235:f ur =400 N/mm2

For ţa capabilă la presiune pe

gaur ă

2M

ub1Rd.b

tdf kF

γ

α=

unde:

⎪⎪⎪⎪

⎩

⎪⎪⎪⎪

⎨

⎧

−⎪⎭

⎪⎬

⎫

⎪⎩

⎪⎨

⎧−

−⎪⎭

⎪⎬

⎫

⎪⎩

⎪⎨

⎧−

=

erioareintsuruburipentru

5.2

7.1dp

4.1.min

ineargmdesuruburipentru

5.2

7.1de

8.2.min

k

0

2

0

2

1

⎪⎪⎪⎪⎪

⎩

⎪⎪⎪⎪⎪

⎨

⎧

⎪⎪⎩

⎪⎪⎨

⎧

−−

−=α

=α

0.1

f

f

erioareintsuruburipentru4

1

d3

pcapatdesuruburipentrud3

e

.min

u

ub

0

1

0

1

d

b

For ţa capabilă la întindere

2M

sub2Rd.t

Af kF γ=

unde:⎩⎨⎧

−

−=

suruburicelelalte90.0

inecatcapcusuruburi63.0k2

2M

0ur Rd.t

Af 6.0F

γ=

Rezistenţa decalcul la

forfecare prinstr ăpungere

2MupmRd.p /f td6.0B γπ= Nu este necesar ă verificarea

Forfecare şi întinderecombinate

1

F4.1

F

F

F

Rd.t

Ed.t

Rd.v

Ed.v ≤

⋅

+

17




Pentru îmbinările cu un singur plan de forfecare şi un singur rând de şuruburi, şuruburilevor fi prevăzute cu şaibe atât sub piuliţă cât şi sub capul şurubului. For ţa capabilă la presiune pegaur ă pentru fiecare şurub este limitată la:

2MuRd.b /tdf 5.1F γ=

La îmbinările cu nituri sau cu şuruburi solicitate la forfecare care sunt prevăzute cu plăci decompensare cu o grosime totală t p mai mare decât o treime din diametrul nominal d, for ţa capabilă la forfecare Fv.Rd se va multiplica cu un factor de reducere pβ , calculat cu relaţia:

1;t3d8

d9p

pp ≤β

+=β

Pentru îmbinări cu două planuri de forfecare la care plăcile de compensare sunt dispuse peambele păr ţi ale îmbinării, tp se ia ca şi grosimea celei mai subţiri plăci de compensare.

La îmbinările la care distanţa L j dintre centrele dispozitivelor de fixare de capăt, măsurată pedirecţia de transmitere a for ţei, este mai mare de 15d, for ţa capabilă la forfecare Fv.Rd se reduce

prin multiplicare cu un factor de reducere Lf β , calculat cu relaţia:

d200

d15L1

jLf

−−=β ; 0.175.0 Lj ≤β≤

Îmbinări pretensionate cu şuruburi din grupa 8.8 sau 10.9 (SIRP)

Pentru Categoria C: Îmbinări rezistente la lunecare la starea limit ă ultimă, se utilizează şuruburi din clasele de calitate (grupele) 8.8 şi 10.9, iar lunecarea nu trebuie să se producă lastarea limită ultimă.

For ţa de forfecare de calcul ultimă nu trebuie să depăşească rezistenţa de calcul lalunecare şi rezistenţa la presiune pe gaur ă. Pentru îmbinările solicitate la întindere se verifică suplimentar rezistenţa plastică de calcul în secţiunea netă la găurile pentru şuruburi , la

starea limită ultimă.Rd.netN

18




Rezistenţ a de calcul la lunecare

Rezistenţa de calcul la lunecare a unui şurub pretensionat din grupa 8.8 sau 10.9 sedetermină cu relaţia:

C.p3M

s

Rd.sF

nkF

γ

μ=

unde:- – conform tabel;sk

- n – numărul suprafeţelor de frecare;- μ – coeficient de frecare obţinut prin încercări specifice sau conform tabel;

- – for ţa de pretensionare de calcul:C.pF

subC.p Af 7.0F =

Descriere ks

Şuruburi utilizate în găuri normale 1.0Şuruburi utilizate în găuri mari sau în găuriovalizate scurte cu axa ovalizăriiperpendicular ă pe direcţia de transmitere afor ţei

0.85

Şuruburi utilizate în găuri ovalizate lungi cuaxa ovalizării perpendicular ă pe direcţia detransmitere a for ţei

0.70

Şuruburi utilizate în găuri ovalizate scurte cuaxa ovalizării paralelă cu direcţia de

transmitere a for ţei

0.76

Şuruburi utilizate în găuri ovalizate lungi cuaxa ovalizării paralelă cu direcţia detransmitere a for ţei

0.63

Clasasuprafeţei de

frecare

Factorul(coeficientul)de frecare μ

A 0.5B 0.4C 0.3D 0.2

For ţ a capabil ă la presiune pe gaur ă

2M

ub1Rd.b

tdf kF

Rezistenţ a plastic ă de calcul în sec ţ iunea net ă

γ

α=

2M

unetRd.u.net

f A9.0N

γ

=

Trac ţ iune combinat ă cu forfecare

19




Dacă o îmbinare pretensionată este supusă unui efort de întindere de calcul, F t,Ed sau Ft,Ed,serv, suplimentar efortului de forfecare de calcul Fv,Ed sau Fv,Ed,serv, care are tendinţa să producă lunecare, rezistenţa de calcul la lunecare a unui şurub se determină astfel:

- pentru îmbinări din categoria B:

)F8.0F(nk

F ser .Ed.tC.pser .3M

sser .Rd.s −

γ

μ=

- pentru îmbinări din categoria C:

)F8.0F(nk

F Ed.tC.p3M

sRd.s −

γ

μ=

Dacă într-o îmbinare for ţa de contact în zona comprimată contra balansează for ţa detracţiune aplicată în zona întinsă, nu este necesar ă reducerea rezistenţei la lunecare a îmbinării.

Sl ăbirea sec ţ iunii dat ă de g ăurile dispozitivelor de prindere

Calculul ariei nete Aria netă a secţiunii transversale este egală cu aria brută din care se scad slăbirile datorate

găurilor sau a altor goluri.Dacă găurile de fixare sunt dispuse în zig - zag, aria totală a slăbirilor se consider ă cea mai

mare valoare dintre:• Aria slăbirilor pentru găuri care nu sunt dispuse în zig-zag (linia de cedare (2) din figura);

• ⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ −⋅ ∑ p4

sndt

2

0 - pentru linia de cedare (1)

în care:- s – pasul în zig-zag, respectiv interaxul între două găuri consecutive, măsurat paralel cu

axa barei;- p – interaxul măsurat perpendicular pe axa barei;- t – grosimea piesei;- n – numărul găurilor situate pe linie diagonală sau în zig-zag;- d0 – diametrul găurii.

Calculul ruperii în bloc Ruperea în bloc constă în cedarea la forfecare de-a lungul unui rând de şuruburi în

suprafaţa de forfecare a grupului de găuri, însoţită de ruperea la întindere de-a lungul liniei degăuri în suprafaţa întinsă a grupului de şuruburi. Ruperea în bloc este exemplificată în figur ă.

20




1. for ţă de tracţiunemică

2. for ţă de forfecaremare

3. for ţă de forfecaremică

4. for ţă de tracţiunemare

Pentru un grup simetric de şuruburi solicitat la o încărcare centrică, rezistenţa la rupere înbloc este dată de relaţia:

0Mnvy2MntuRd.1.eff / A)3/f (/ Af V γ+γ=

Pentru un grup de şuruburi solicitat la o încărcare excentrică, rezistenţa la rupere în bloceste dată de relaţia:

0Mnvy2MntuRd.1.eff / A)3/f (/ Af 5.0V γ+γ⋅=

unde:- Ant – aria netă solicitată la întindere- Anv – aria netă solicitată la forfecare.

C. EXEMPLE DE CALCUL

Exemplu 1: Elemente solicitate la întindere îmbinate cu şuruburi

Se verific ă rezistenţ a îmbinării din figur ă, cunoscând următoarele date de proiectare:

- ; oţ el S 355 ;kN130NEd = )mm/N510f ( 2u =

- şuruburi M 16, grupa 5.6 , nepretensionate;)mm/N500f ( 2ub =

- factorul de siguranţă: .25.12M =γ

21




kN23.48N2304825.1

4

165006.0

F

2

Rd.v ==

⋅π⋅⋅

=

kN144.48N1444825.1

51651059.05.2F Rd.b ==

⋅⋅⋅⋅=

unde:

⎪⎪⎪

⎩

⎪⎪⎪

⎨

⎧

=⎪⎭

⎪⎬

⎫

⎪⎩

⎪⎨

⎧=−

=⎪⎭

⎪⎬

⎫

⎪⎩

⎪⎨

⎧=−

=

5.25.2

83.27.117

554.1

.min

5.25.2

24.37.117

308.2

.min

k1

⎪⎪⎪⎪⎪

⎩

⎪⎪⎪⎪⎪

⎨

⎧

=

⎪⎪⎩

⎪⎪⎨⎧

=−⋅

=⋅=α

=α

0.1

98.0510

500

73.04

1

173

50

59.017330

.min

d

b

Se verifică condiţia:

;]F;F.[minFRd.bRd.vEd.v

< kN144.48]F;F.[minkN5.324

130

4

FF

Rd.bRd.v

Ed

Ed.v

=<===

Exemplu2: Îmbinare cu şuruburi de înaltă rezistenţă pretensionate

Să se evalueze rezistenţa îmbinării din figur ă (capacitatea portantă), cunoscândurmătoarele date de proiectare:

- Oţel S 235 ( ;)mm/N360f 2u =

- şuruburi pretensionate M 20 ( grupa 10.9 ;)mm245 A 2s = )mm/N1000f ( 2

ub =- găuri Ø 22 mm;- lunecarea împiedicată la starea limită ultimă (îmbinare categoria C);- coeficientul de frecare dintre piese 5.0=μ (prelucrare prin sablare, clasa suprafeţei A).

Rezistenţ a de calcul la lunecare

kN2.1375.17125.1

5.020.1F

nkF C.p

3M

sRd.s =

⋅⋅=

γ

μ=

unde: kN5.171N105.17124510007.0 Af 7.0F 3subC.p =⋅=⋅⋅==

For ţ a capabil ă la presiune pe gaur ă

2Mub1Rd.b tdf kF γα= kN104.175N10417525.1 162036076.05.2 ==⋅⋅⋅⋅=

22




unde:

⎪⎪

⎪

⎩

⎪⎪⎪

⎨

⎧

=⎪⎭

⎪⎬

⎫

⎪⎩

⎪⎨

⎧=−

=⎪⎭

⎪⎬

⎫

⎪⎩

⎪⎨

⎧=−

=

5.25.2

75.27.122

704.1

.min

5.25.2

3.57.122

558.2

.min

k1

⎪⎪⎪⎪

⎪

⎩

⎪⎪⎪⎪⎪

⎨

⎧

=

⎪⎪⎩

⎪⎪⎨

⎧

=−⋅

=⋅=α

=α

0.1

78.2

360

1000

81.04

1

223

70

76.0223

50

.min

d

b

Rezistenţ a plastic ă de calcul în sec ţ iunea net ă

kN564N01956425.1

360)222180(169.0

f A9.0N

2M

unetRd.u.net ≈=

⋅⋅−⋅=

γ=

Rezistenţ a îmbinării

Rezistenţ a dispozitivelor de fixare( şuruburi de înalt ă rezistenţă pretensionate)

kN8.548kN2.137x4]F;F[.minxnF Rd.bRd.sbtot.Rd.b ===

unde nb = 4- numărul şuruburilor din îmbinare.

Rezistenţ a plastic ă de calcul în sec ţ iunea net ă kN564N Rd.u.net ≈

Rezistenţa de calcul a îmbinării va fi:kN8.548]N;F.[minF Rd.u.nettot.Rd.bRd ==

Exemplu 3: Calculul îmbinărilor solicitate la for ţă tăietoare, for ţă axială şi moment încovoietor normal pe planul îmbinării

Consider ăm următoarea consolă, prinsă cu şuruburi:

Eforturile ce revin unui şurub din for ţa axială şi din for ţa tăietoare sunt:

n

TFT

Ed,V = ,n

NFN

Ed,t =

23




Eforturile ce revin unui şurub din moment încovoietor:

Condiţia de echilibru între momentul exterior şi eforturile din îmbinare:

M)yN...yNyN(m maxMmax2

M21

M1 =⋅++⋅+⋅

m=2 numărul de şiruri verticale de şuruburi;→M1N , , -eforturile ce apar în şuruburi din momentul încovoietor;M

2N MmaxN

y1 , y2 , ymax -distanţele de la axa de rotire la fiecare şurub. Având în vedere variaţia liniar ă a eforturilor în şuruburi se pot exprima eforturile

funcţie de şi anume:

M1N ,

M2N M

maxN

max

1max1

max

1

max

1

y

yNN

y

y

N

N=⇒= ;

max

iMmax

Mi y

yNN =

Se obţine:

M)y...yy(y

Nm 2max

22

21

max

Mmax =++

⋅

∑

⋅=

2i

maxMmax

ym

yMN sau:

∑

⋅=

2i

maxMEd,t

ym

yMF

Verificarea îmbinării sub acţiunea simultană a for ţei tăietoare, a for ţei axiale şi a

momentului încovoietor constă în verificarea şurubului cel mai îndepărtat şi anume:-în secţiune filetată - : întindere

2M

sub2Rd.t

MEd,t

NEd,tEd,t

Af kFFFF

γ=≤+=

-în secţiunea brută - : întindere şi forfecare

1F4.1

F

F

F

Rd.t

Ed.t

Rd.v

Ed.v

≤⋅+

76144968 cursuri 5 10 nituri suruburi sirp

Documents