visokovredni zavrtnjevi

Metalne konstrukcije 1 P11-1

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.


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.


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.


Nedostatci

• nešto veća cena,• posebna obrada tarnih površina,• kontrola kvaliteta na gradilštu,


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);


Tarni spoj Zatežući spoj


Oblik i dimenzije visokovrednih zavrtnjeva


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 standardnih visokovrednih zavrtnjeva


Obeležavanje visokovrednih zavrtnjeva

Vrsta zavrtnja Zazor M12 M16 M20 M22 M24 M27 M30 Zavrtnjevi bez

tačnog naleganja Δd ≤ 1,0 mm 30

Zavrtnjevi sa tačnim naleganjem Δd ≤ 0,3 mm

30

Dodatne oznake

Montažni zavrtnjevi 30

Montažne i rupe i zavrtnjevi 30


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


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;


Tok sila kod prednapregnutih zavrtnjeva

F

Trenje

a) b) c)

3dp

3d

Površina trenja


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.


• Granično stanje nosivosti prednapregnutihvisokovrednih zavrtnjeva se dostiže smicanjemtela zavrtnja ili gnječenjem omotača rupe

• 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)


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!


Sila prednaprezanja Fp

f02 tehnička granica razvlačenja;As površina ispitnog preseka;ν1 koeficijent pritezanja (redukcije);

sp AfF ⋅⋅= 021ν


Keoficijent pritezanja

⎩⎨⎧

≤>

=14,0 za8,014,0 za7,0

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!


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


Postupci kontrolisanog unošenja sileprednapezanja (pritezanja)

• Merenje momenta uvrtanja (priteznja) navrtkepomoću momentnog ključa;

• Merenje ugla okretanja navrtke;• Merenje momentnog impulsa;• Merenje izduženja zavrtnja;• Postupci sa indikatorskom podloškom;


Merenje momenta uvrtanja

kdFM pu ⋅⋅=

Mu moment uvrtanja

Fp sila prednaprezanja

d prečik zavrtnja

k koeficijent


Koeficijent trenja μ

• Zavisi od hrapavosti i stanja obrade kontaktnih(dodirnih) površina;

μ Način obrade dodirnih površina S235 S355

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


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)!


Nosivost prednapregnutih zavrtnjeva naproklizavanje Fs,dop

m broj tarnih ravni (kao sečnost kod običnih zavrtnjeva),Fp sila prednaprezanja,μ koeficijent trenja,ν2 koeficijent sigurnosti.

2

021

2, ν

νμν

μ spdops

AfmF

mF ⋅⋅⋅⋅=

⋅⋅=


Koeficijent sigurnosti ν2

Koeficijent sigurnosti na proklizavanje ν2

Vrsta opterećenja (tip konstrukcija) Slučaj opterećenja I II

0,3 < dΔ ≤ 1 mm 1,25 1,10 Pretežno mirno opterećenje (zgrade, krovovi i sl.) 1 < dΔ ≤ 3 mm 1,56 1,38

Mirno + dinamičko opterećenje (mostovi, kranski nosači i sl.)

0,3 < dΔ ≤ 1 mm 1,40 1,25


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⋅⋅=≤ ∑


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⋅⋅=≤ ∑


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 klase čvrstće 10.9. Za zavrtnjeve klase čvrstoće 8.8 i 12.9 dopušten napon smicanja se određujemnoženjem sa 0,7 odnosno sa 1,2.


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 ⋅+=


Ponašanja prednapregnutih visokovrednihzavrtnjeva u zatežućim spojevima

Različito se ponašaju prednapregnuti i neprednapregnutivisokovredni zavrtnjevi (VVZ). Neprednapregnuti VVZ se ponašaju kao obični zavrtnjevi!


dApFFA

ccp ⋅== ∫

Faze rada zatežućeg spoja sa prednapregnutim VVZ

Prednaprezanje Opterećenje “Odlepljivanje”

bpt

tb KK

NF/1+

=Δ

)2015/( −≈bpt KK

stt AfNN ⋅⋅−≈= 020, )77,073,0(


Poređenje ponašanja prednapregnutih i neprednapregnutih VVZ u spojevima

opterećenim na zatezanje


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.


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


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:


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;


Veze na preklop sa jednim zavrtnjem

Savijanje spojnog sredstva (zavrtnja)!

Pored smicanja i savijanja u zavrtnju se javlja i zatezanje!


Minimalan broj i prečnik spojnih sredstava

Minimalan prečnik Minimalan broj komada Oblast primene Zavrtnjevi Zakivci Zavrtnjevi Zakivci

Zgradarstvo 12 13 2 2 Mostogradnja 16 17 3 3


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


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

17/13 17 -

17 21/17 21/17

- 21 -

23/21 23/21 23

25/23 28 28 28 - - - - -

- -

22 -

28 -

32 34 40 44 48 52 56 60 -

60 64 70 -

74 -

76 82 86 94

100 110 120

- - - - -

- -

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

100 110 120 96

106 -

110 120 120

- 120

- 120

- 120 120 120 120 120 120 126 130 130 130

- - - - - - - - - - - -

35 40 -

45 45 45 -

45 -

45 -

45 45 45 45 45 45 45 40 40 40

- - - -

13 -

17 21 23 25 25 25

25/23 25 -

25 25 28 -

28 -

28 -

28 28 28 28 28 28 28 28 28 28

- - - -

60 -

68 76 86 100 110 120 100 110

- 116 120 126

- 126

- 126

- 126 126 130 130 130 130 130 132 132 132

- - - - - - - - - - - -

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!


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


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

visokovredni zavrtnjevi

Documents

merenje momenta

dopv1 maksimalna

rastojanje

jednom zavrtnju

metalne konstrukcije

odnosno previjena

pt

kranski nosai