PREZENTACJA III

SPOINY – WIADOMOŚCI OGÓLNE.

SPOINY – WIADOMOŚCI OGÓLNE.

SPOINY PRZEWIĄZEK – OBLICZENIA –

SPOINY PRZEWIĄZEK – OBLICZENIA –

CIĄG DALSZY PROJEKTU.

CIĄG DALSZY PROJEKTU.

Kolejnym krokiem jest sprawdzenie spoin
przytwierdzających przewiązkę do trzonu
słupa.

Połączenia w konstrukcjach metalowych odgrywają bardzo
ważną rolę, zarówno w fazie projektowania i produkcji
konstrukcji jak i w fazie montażu.

Obecnie w konstrukcjach metalowych stosuje się następujące
rodzaje połączeń:

-połączenia typu sworzniowego, w których łącznikami są nity,
śruby zwykłe, średniodokładne i dokładne oraz tymczasowe
sworznie montażowe, przy czym śruby dokładne stosuje się w
połączeniach pasowanych, które w budownictwie nie mają
szerszego zastosowania; połączenia cierne, sprężone śrubami
o wysokiej wytrzymałości;

-połączenia realizowane metodami termicznymi, przede
wszystkim spawane i wyjątkowo zgrzewane;

-połączenia stosowane do elementów niekonstrukcyjnych,
takich jak elementy lekkiej obudowy budynków (ściany
osłonowe i dachy), a więc kołki wstrzeliwane, śruby
samogwintujące, nity jednostronne, a także połączenia klejone
i kombinowane (klejono-śrubowe)

Z punktu widzenia wymiarowania i
pracy

złączy

można

wyodrębnić

połączenia:

odkształcalne

i nieodkształcalne.
Połączenia śrubowe zwykłe oraz nitowe
zalicza się z reguły do połączeń
odkształcalnych, gdyż pod wpływem
działania

sił

mogą

wystąpić

odkształcenia

trzpieni

i

przemieszczenia

łączników

w

otworach.
W złączach spawanych, zgrzewanych,
klejonych i ciernych (na śruby
sprężające) nie występują poślizgi i
zalicza się je do grupy połączeń
nieodkształcalnych.

Ten podział połączeń powoduje, że w
złączu

nie

można

stosować

jednocześnie

łączników

odkształcalnych i nieodkształcalnych,
bo nie będzie zachodziła współpraca
miedzy

nimi.

Np. w przypadku zastosowania w
jednym złączu spoin i nitów, podczas
pracy całe obciążenie przypadnie na
spoiny, a nity zaczną pracować
dopiero po ich zniszczeniu.

Proces wymiarowania i projektowania
połączeń

wymaga

uwzględnienia

następujących czynników:

rodzaj i charakter połączenia (przegubowe
lub sztywne, odkształcalne lub nie, stałe lub
tymczasowe);



sposób

przyłożenia

obciążenia

zewnętrznego (osiowo, mimośrodowo);

siły wewnętrzne występujące w łączonych
przekrojach, rozkład naprężeń i ewentualne
miejsca koncentracji naprężeń;

odkształcalność połączenia, jego części lub
strefy w pobliżu złącza.

Spawanie

Spawanie - łączenie metali w taki
sposób, że krawędzie łączone zostają
doprowadzone, pod wpływem ciepła, do
stanu ciekłego; metale w stanie ciekłym
łączą się ze sobą i po wystygnięciu
tworzą jednolite złącze zwane spoiną.

Spoina składa się z następujących elementów:

•stopiwo,
•wtop (warstwa stopionego metalu rodzimego),
•materiał rodzimy,
•lico spoiny (powierzchnia szerokiej części spoiny),
•grań spoiny (część spoiny wypełniająca gardziel rowka.),

•brzeg spoiny (przejście od lica spoiny do powierzchni materiału).

stopiwo

wtop (warstwa stopionego

materiału rodzimego)

głębokość wtopienia

strefa wpływów cieplnych

w materiale rodzimym

materiał rodzimy

lico spoiny

grań spoiny

Roztopiony metal ma zwiększona
zdolność pochłaniania gazów z
powietrza. Gazy te tworzą związki
chemiczne ze składnikami stali lub
pozostają w spoinie jako pęcherze
gazowe. W ten sposób spoina może
wykazywać wady wykonawcze. Inne
przyczyny powstawania wad to
niedostateczne połączenie się stopiwa
z materiałem rodzimym oraz
zastosowanie niewłaściwej technologii
spawania oraz nieodpowiednich
elektrod.

Zalety połączeń spawanych:
łatwość i szybkość spawania wykonania połączeń wskutek
mniejszej pracochłonności (w porównaniu z trasowaniem i
wierceniem otworów);
możliwość pełnej automatyzacji procesu spawania, uniwersalność
zastosowania (do wszystkich rodzajów konstrukcji),
mniejszy ciężar łączników w porównaniu z połączeniami nitowymi i
śrubowymi,
zmniejszenie liczby nakładek, blach węzłowych itp. łatwość
wzmocnienia zrealizowanych konstrukcji.

Wady:

•trudności związane ze spawaniem stali o dużej zawartości węgla
oraz niektórych stali stopowych, a także grubych blach,

•powstawanie dodatkowych naprężeń i odkształceń spawalniczych,
•konieczność

wykonywania

spoin

przez

wykwalifikowanych

spawaczy i pod stałą kontrolą nadzoru technicznego,

•wysoki koszt materiałów i urządzeń stosowanych przy spawaniu.

Spoiny klasyfikuje się w zależności od ich pracy, sposobu ich
wykonania, położenia i konstrukcji.

Ze względu na charakter pracy spoin:
spoiny nośne – przenoszące siły, w tym przypadku należy określić
długość i grubość spoiny,
spoiny sczepne – łączące elementy konstrukcji, wymiarów nie
oblicza się, wykonuje się o przekroju minimalnym.

Ze względu na sposób wykonania spoin:

•ciągłe – ułożone bez przerw między nimi,
•przerywane – z przerwami między nimi.

Pod względem konstrukcyjnym oraz z uwagi na przekrój
spoin:
czołowe, układane zazwyczaj w specjalnych rowkach utworzonych
wskutek zukosowania brzegów elementów łączonych,
pachwinowe – układane w naturalnych rowkach, powstających
między powierzchniami elementów łączonych (ciągłe lub
przerywane),
otworowe – powstające w wyniku wypełnienia otworów lub
szczelin wykonanych w jednym z elementów łączonych.

Spoiny czołowe powstają podczas łączenia
elementów, położonych zwykle w jednej
płaszczyźnie,

w

wyniku

wypełnienia

przestrzeni między tymi elementami.

Przy ręcznym spawaniu łukowym elementów
cienkich, o grubości do 3 mm wystarczy
zostawić między brzegami odstęp równy
1 – 3 mm. przy grubościach większych należy
specjalnie

obrabiać

brzegi

spawanych

elementów, czyli wykonać tzw. ukosowanie
brzegów. robi się to w celu otrzymania
dobrego przetopienia na całej grubości
elementów.

Wymiarami obliczeniowymi spoin czołowych
są grubość a i długość spoiny l.

KLASYCZNE POŁACZENIE

SPAWANE NA SPOINĘ

CZOŁOWĄ:

Wg PN grubość a przyjmuje się równą
grubości łączonych elementów lub
równą grubości cieńszego z łączonych
elementów.

W przypadku łączenia blach różnej
grubości wymagane jest ukosowanie
grubszej blachy do grubości cieńszej – jeśli
przesunięcie krawędzi jest większe niż
5 mm.

Stosuje się pochylenia płaszczyzny
ukosowania 1:4 w przypadku obciążeń
dynamicznych i 1:1 w przypadku obciążeń
statycznych.

Długość spoiny l przyjmuje się równą
szerokości łączonych blach lub równą
szerokości węższej z łączonych blach, pod
warunkiem wykonania spoiny bez
kraterów końcowych.

Obliczenia wytrzymałościowe spoin
czołowych polegają na sprawdzeniu naprężeń
w spoinach, wywołanych obciążeniem
obliczeniowym i porównaniu wartości tych
naprężeń z wytrzymałością obliczeniowa

spoin, którą charakteryzuje iloczyn



f

d

.

Zniszczenie spawanego połączenia
doczołowego może nastąpić w przekroju
spoiny albo obok spoiny w materiale
rodzimym, ponieważ wytrzymałość stopiwa
nie jest mniejsza, a przeważnie jest
większa, niż wytrzymałość materiału
rodzimego. Zalecenia Międzynarodowego
Instytutu Spawalnictwa idą w kierunku
rezygnacji z obliczania spoin czołowych.
PN-90/B-03200 pozwala odstąpić od
obliczania spoin jeżeli jej pole przekroju
jest nie mniejsze niż pole przekroju
łączonych elementów i jeśli α

┴

= 1.

Norma określa wzór pozwalający określić wartość współczynnika
redukcyjnego nośności spoin czołowych, dla osiowego rozciągania
(tabl.18)

z rysunku widać, że dla spoin czołowych osiowo rozciąganych jest:
więc:













15

,

0

1

max







śr



max







śr

85

,

0

1

15

,

0

1













Dla spoin zginanych w jednej płaszczyźnie średnie
naprężenia normalne w spoinie (uwzględniając znaki
naprężeń) wynoszą:

więc i wtedy:

0



śr



0





1

0

1











Naprężenia rozciągające, prostopadłe do podłużnej osi
elementu, należy sprawdzać według zależności:

Spoiny czołowe a) rozciągana, b) zginana, c) rozciągana

mimośrodowo

- dla elementów rozciąganych:

d

f

l

a

N















Naprężenia rozciągające, prostopadłe do podłużnej osi
elementu, należy sprawdzać według zależności:

Spoiny czołowe a) rozciągana, b) zginana, c) rozciągana

mimośrodowo

- dla elementów zginanych w jednej
płaszczyźnie

d

f

W

M







Naprężenia rozciągające, prostopadłe do podłużnej osi
elementu, należy sprawdzać według zależności:

Spoiny czołowe a) rozciągana, b) zginana, c) rozciągana

mimośrodowo

- dla elementów rozciąganych mimośrodowo

d

sp

sp

f

W

M

A

F















Naprężenia rozciągające, prostopadłe do podłużnej osi
elementu, należy sprawdzać według zależności:

Spoiny czołowe a) rozciągana, b) zginana, c) rozciągana

mimośrodowo

- dla elementów zginanych i ścinanych (połączenie półki ze
środnikiem) naprężenia zastępcze wynoszą:

d

z

f



































2

2











d

x

f

I

y

M















i jednocześnie:

d

x

f

a

I

S

V

















Spoiny pachwinowe - układa się w
naturalnym rowku między dwiema ściankami
łączonych elementów.

W zależności od kształtu lica spoiny rozróżnia się
spoiny pachwinowe płaskie (a) – z minimalnym
nadlewem, wypukłe (b) oraz wklęsłe (c).
Rysunek przedstawia w jaki sposób przyjmuje się
grubość obliczeniową spoiny a w zależności od lica
spoiny.

Do obliczeń należy przyjmować nominalną
grubość spoin podawaną w liczbach
cąłkowitych – wyjątek stanowią spoiny o
grubości 2,5 mm i 3,5 mm.

Dla spoin wykonywanych automatycznie
łukiem krytym przyjmuje się zwiększoną
grubość obliczeniową:

-dla spoin
jednowarstwowych:

a

1

= 1,3a;

-dla spoin
wielowarstwowych:

a

1

= 1,2a 

a+2 mm;

W przypadku braku innych
szczegółowych przepisów grubość
spoiny powinna spełniać następujące
warunki:

• t

1

, t

2

– grubość cieńszej i grubszej części w

połączeniu.

W przypadku spoin obwodowych w
połączeniach rur – przyjmuje się a

nom

≤

t

1

.

mm

mm

lecz

t

5

,

2

10

,

2

,

0

2







nom

a

}

{

mm

t

16

7

,

0

1

t

1

t

2

N

l1

b

N

Długość obliczeniową spoiny przyjmuje się
równą całkowitej długości spoin, jeżeli
poszczególne odcinki spoin są dłuższe niż 4
cm i dodatkowo jeżeli

l

1



b i b



t

W przypadku spoin pachwinowych

przerywanych – do do długości obliczeniowej

klasyfikuje się tylko te spoiny, które spełniają

poniższe wymagania:

mm

l

a

l

a

40

;

100

10







Długość obliczeniową spoin
przyjmuje się jako sumaryczną
długość spoin ∑l

i

Spoin pachwinowych przerywanych nie należy
stosować, w przypadku:

-występowania obciążeń dynamicznych;
-elementów bezpośrednio narażonych na
korozję atmosferyczną lub chemiczną, a także
eksploatowanych w warunkach podwyższonej
wilgotności;

-w strefach skokowej zmiany sztywności;

Należy także pamiętać, że: GDY W POŁĄCZENIU

GDY W POŁĄCZENIU

WYSTĘPUJĄ SPOINY CZOŁOWE I PACHWINOWE,

WYSTĘPUJĄ SPOINY CZOŁOWE I PACHWINOWE,

TO W PRZYPADKU OBCIĄŻEŃ DYNAMICZNYCH

TO W PRZYPADKU OBCIĄŻEŃ DYNAMICZNYCH

NIE NALEŻY UWZGLĘDNIAĆ W OBLICZENIACH

NIE NALEŻY UWZGLĘDNIAĆ W OBLICZENIACH

SPOIN PACHWINOWYCH, NATOMIAST W

SPOIN PACHWINOWYCH, NATOMIAST W

PRZYPADKU OBCIĄŻEŃ STATYCZNYCH –

PRZYPADKU OBCIĄŻEŃ STATYCZNYCH –

NOŚNOŚĆ POŁĄCZENIA USTALA SIĘ JAKO SUMĘ

NOŚNOŚĆ POŁĄCZENIA USTALA SIĘ JAKO SUMĘ

NOŚNOŚCI SPOIN CZOŁOWYCH I 50% NOŚNOŚCI

NOŚNOŚCI SPOIN CZOŁOWYCH I 50% NOŚNOŚCI

SPOIN PACHWINOWYCH !!!

SPOIN PACHWINOWYCH !!!

Obliczenia wytrzymałościowe spoin
pachwinowych polegają na
sprawdzeniu naprężeń w spoinach,
wywołanych obciążeniem
obliczeniowym i porównaniu wartości
tych naprężeń z wytrzymałością
obliczeniowa spoin, którą
charakteryzuje iloczyn



· f

d

.

Warunek wytrzymałości spoin w złożonym
stanie naprężeń:

jednocześnie:

χ- współczynnik zależny od gatunku stali
(rozdz. 6.3.3.3)





d

II

z

f

















2

2

2

3











d

f







t

1

t

2

N

l1

b

N

Dla połączeń zakładkowych:

d

II

f

al

N











5. Spoiny w połączeniu zakładkowym, gdy jest
ono obciążone zarówno siłą jak i momentem
(M=F·e)



 



d

V

V

M

f

























2

2

sin

cos

0

I

Mr

M





r – odległość rozpatrywanego
punktu od środka ciężkości spoin;

I

o

– biegunowy moment

bezwładności figury utworzonej
przez kład przekroju
obliczeniowego na płaszczyznę
styku

(I

o

= I

x

+ I

y

)

Θ – kąt między wektorami
naprężeń τ

M

i τ

F.

Spoiny

w

złączu

doczołowym

obciążonym momentem zginającym M i
siłą poprzeczną V:

przy równoczesnym spełnieniu

warunków :

d

V

M

f



















2

2

d

x

M

f

I

My











d

II

V

f

l

a

V









