Sposób połączenia elementów, ich usytuowania względem siebie oraz wytężenie łączników decydują o tym jakiego rodzaju będzie dane połączenie śrubowe. Dlatego połączenia śrubowe dzieli się na:
- Zakładkowe (nakładkowe), gdzie główny kierunek obciążenia złącza jest prostopadły do osi łączników (rys. 1a oraz 2a, 2b),
- Doczołowe, gdzie główny kierunek obciążenia złącza jest równoległy do osi łączników. (rys. 1b oraz 2c, 2d).
Na rysunku 2d przedstawiono połączenie doczołowe, ścinane i rozciągane. W tym przypadku trzpienie są obciążone prostopadle i równolegle do osi łączników.
Istnieją dwa rodzaje połączeń zakładkowych i doczołowych: niesprężone (rys. 1a, 2a) i sprężone (2b). W przypadku połączeń sprężonych, sprężanie powstaje poprzez wprowadzenie napięcia do trzpieni śrub w chwili dokręcania ich nakrętek. Natomiast połączenia, w których śruby nie są wstępnie napięte, nazywane są niesprężonymi (czyli połączeniami zwykłymi).
W połączeniach śrubowych, otwory w których osadza się łączniki, są wykonane z większą średnicą niż średnica śruby, uwzględniając ewentualne odchyłki wykonania. W przypadku niesprężonych połączeń zakładkowych, luzy między trzpieniami śrub a otworami w elementach łączonych, powodują przemieszczenia w takich połączeniach.
Połączenia pasowane
Połączenia pasowane charakteryzują się mniejszymi przemieszczeniami niż połączenia śrubowe. Jednak wymagają one rozwiercania otworów w celu dopasowania do średnicy trzpieni śrub pasowanych. Aby zminimalizować przemieszczenia, stosuje się sprężanie połączeń śrubowych (rys.3b).
Połączenia zakładowe
W połączeniach zakładkowych niesprężonych, obciążenie przenoszone jest przez trzpienie śrub, które są jednocześnie ścinane i dociskane do ścianek otworów, powodując przemieszczanie się łączonych elementów (rys. 3a). Natomiast w połączeniach zakładkowych sprężanych, dzięki kontrolowanemu dokręceniu nakrętek śrub, obciążenie przenoszone jest przez siły tarcia występującymi pomiędzy łączonymi elementami, co powoduje brak przemieszczenia się tych elementów (rys. 3b). W tym przypadku trzpienie śrub są rozciągane przez kontrolowane dokręcenie nakrętek.
Połączenia doczołowe
Połączenia doczołowe zawierają specjalne blachy czołowe, które są używane w miejscach połączeń węzłów ram pełnościennych. Odpowiadają one za przeniesienie momentów zginających i sił rozciągających podłużnie (rys. 2d). W takim przypadku kierunek głównej składowej od obciążenia jest równoległy do osi łączników. W połączeniach doczołowych niesprężonych, siły wewnętrzne przenoszone są przez rozciąganie śrub. Natomiast sprężenie takich połączeń umożliwia przenoszenie sił rozciągających poprzez zmniejszenie naprężeń dociskowych (ściskających) w styku między blachami czołowymi (rys. 3c). Połączenie doczołowe charakteryzuje mała odkształcalność oraz wysoka wytrzymałość.
Połączenia zakładkowe mogą być wykonane na różne sposoby, takie jak: niesprężone (zwykłe), pasowane lub sprężane (cierne). W zależności od rodzaju połączenia, stosuje się różne rodzaje śrub, mogą być one niesprężone lub sprężane. Połączenia doczołowe często wykonywane są z wykorzystaniem śrub o wysokiej wytrzymałości, z dodatkowym sprężeniem, chociaż istnieje też możliwość wykonania ich bez sprężenia.
Wybór rodzaju połączenia śrubowego oraz rozmieszczenia łączników zależy od wielu czynników, takich jak:
- kształt przekroju poprzecznego łączonego elementu,
- kształt styku lub węzła,
- grubość łączonych elementów,
- siły wewnętrzne, które występują w połączeniu
- uwarunkowania konstrukcyjne, wynikające ze sposobu montażu konstrukcji zapewniając kontrolę dokręcania śrub.
Ważnym aspektem jest też analiza podatności i nośności połączenia w kontekście modelu przyjętego w analizie statycznej (czy połączenie jest przegubowe, sztywne czy podatne). Połączenia podatne (odkształcalne) mogą być tańsze w wykonaniu i skrócić czas montażu, jednakże skomplikowanie analizy statycznej i wytrzymałości połączenia oraz konieczność posługiwania się nieliniową analizą statyczną i badaniami eksperymentalnymi. W takim przypadku, nośność połączeń oblicza się według normy PN-EN 1993-1-8.
Literatura:
[1] PN-EN 1993-1-1 Eurokod 3: Projektowanie konstrukcji stalowych – Część 1-1: Reguły ogólne i reguły dla budynków.
[2] A.Biegus “Projektowanie konstrukcji stalowych według Eurokodu 3 – część 4 – Połączenia śrubowe.
Zobacz też:
Imperfekcje globalne i lokalne
Kratownice – budowa, statyka i wyznaczalność
Ramy – budowa, statyka i wyznaczalność
Obraz Pawel Grzegorz z Pixabay
