visokovrijedni zavrtnjevi

Osnove metalnih konstrukcija 1

Visokovredni zavrtnjevi

• Osnovni problem kod veza sa običnim zavrtnjevima je zazor između tela zavrtnja irupe.

• Obični zavrtnjevi nisu pogodni za veze udinamičkim konstrukcijama.

• Deformacije veza sa običnim zavrtnjevima su relativno velike zbog poništenja zazora iizduženja tela zavrtnja.


Karakteristike visokovrednih zavrtnjeva

• Visok kvaliet osnovnog materijala (granica razvlačenja od 640 do 1080 MPa);

• Mogućnost prednaprezanja;• Drugačije ponašanje veza sa prednapregnutim

visokovrednim zavrtnjevima;• Mogućnost primene kod dinamički opterećenih

konstrukcija.• nešto sporija ugradnja.


Prednosti prednapregnutih u odnosu na obične zavrtnjeve

• 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,


Kratak istorijat

• Početak primene u SAD-u 1948 (zamena dotrajalih zakivaka na mostovima),

• Prvi propisi iz ove oblasti 1951.• U Evropi prva primena 1952.• Kod nas 1964 na HE Đerdap.• Proklizavanje!


Vrste spojeva sa visokovrednim zavrtnjevima

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 ∆d ≤ 1,0 mm 30

Zavrtnjevi sa tačnim naleganjem ∆d ≤ 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 visokovrednih zavrtnjeva u smičućim spojevima

• Prdnaprezanjem se u zavrtnjevima javlja sila zatezanja, a u kontaktnom spoju napon pritiska;

• Sila trenja između limova zavisi od napona pritiska 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 pomeranja između limva, a sile se prenose trenjem;

• Nakon dostizanja sile trenja dolazi donaglog pomeranja (proklizavanje) između elemenata (poništava se zazor);

• Proklizavanjem ne dolazi do iscrpljenja nosivosti zavrtnja, već on počinje da “radi”kao običan zavrtanj na smicanje i pritisak omotača rupe.


• Granično stanje nosivosti prednapregnutih visokovrednih zavrtnjeva se dostiže smicanjem tela zavrtnja ili gnječenjem omotača rupe

• Proklizavanjem dolazi do značajnih deformacija koje je poželjno izbeći (koncentracije napona,zamor materijala);

• Proklizavanje se može tretirati kao granično stanje upotrebljivosti;

• Evrokod 3 razlikuje dve kategorije spojeva (veza):B – otporne na proklizavanje pri GSU (SLS)C – otporne na proklizavanje pri GSN (ULS)


calxxk ,max, /σσ=

Koncentracija normalnog napona

Keoficijent koncentracije napona:


Poređenje ponašanja spojeva sa različitim spojnim sredstima

Kompatibilnost različith spojnih sredstava!


Unošenje sile prednaprezanja

• Pored sile zatezanja u zavrtnju se javljaju isekundarni – neželjeni uticaji od torzije usled trenja između navrtke i navoja iizmeđu 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

≤>

=14,0za 8,014,0za 7,0

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 sile prdnapezanja (pritezanja)

• Merenje momenta uvrtanja (priteznja)navrtke pomoću 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


Merenje ugla okretanja navrtke

d uM debljina paketa t ugao okretanja ϕ

[mm] [Nmm] [mm] [°] M12 10 M16 25 0-50 180°

M20 50 M22 70 M24 90

50-100 240°

M27 150 M30 170

Za sve zavrtnjeve M12-M30

100-240 270°

uu MM ⋅= 1,0Početno pritezanje momentnim ključem:


Merenje momentnog impulsa

Primenjuje se pneumatski zatezač sa vazduhom pod pritiskom.

Manja preciznost, pa se primenjuje kod manje značajnijih konstrukcija.

U kombinaciji sa momentnim ključem – pritezaje se vrši za 70-80% sile.


Postupak sa indikatorskom podloškom

Primenjuje se uglavnom u Velikoj Britaniji.

Pritezanje se vrši sve dok se ne utisnu ispupčenja (bradavice).

Kontrola se vrši merenjem zazora.


Koeficijent trenja µ

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

µ Način obrade dodirnih površina Č0361

Č0362 Č0363

Č0561 Č0562 Č0563

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


Čišćenje mlazom abraziva

• Površine metala se izlažu dejstvu kvarcnog peska(0,7-1,2 mm) ili oštroivičnih metalnih opiljaka(0,3-0,5 mm) pod visokim pritiskom (7 bara).

• Poželjna je zaštita kontaktnih površina protiv korozije.

• Primenjuje se legura Al – AlMg5 . Debljina sloja je 100-150 µ.

• Zaštitni sloj ne sme da smanji koeficijent trenja!


Proračun nosivosti prednapregnutih visokovrednih 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 seproklizavanje pri eksploatacionom opterećenju (koncept dopuštenih napona)!


Nosivost prednapregnutih zavrtnjeva na proklizavanje 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 < d∆ ≤ 1 mm 1,25 1,10 Pretežno mirno opterećenje (zgrade, krovovi i sl.) 1 < d∆ ≤ 3 mm 1,56 1,38

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

0,3 < d∆ ≤ 1 mm 1,40 1,25


Neophodne kontrole nosivosti kod prednapregnutih visokovrednih 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 Č0361 Č0561 [ 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 određuje množenjem sa 0,7 odnosno sa 1,2.


Nosivost obrađenih prednapregnutih zavrtnjeva u tarnom spoju Fvs,dop

Fv,dop nosivost obrađenog zavrtnja na smicanje i pritisak po omotaču rupe;

Fs,dop nosivost zavrtnja na proklizavanje;

dopsdopvdopvs FFF ,,, 25,0 ⋅+=


Ponašanja prednapregnutih visokovrednih zavrtnjeva u zatežućim spojevima

Različito se ponašaju prednapregnuti i neprednapregnuti visokovredni 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+

=∆

)2015/( −≈bpt KK

stt AfNN ⋅⋅−≈= 020, )77,073,0(


Poređenje ponašanja prednapregnutih ineprednapregnutih VVZ u spojevima

opterećenim na zatezanje


Efekat poluge

26

13

305,0

2

4

2

4

tN

Abatw

ba

ba

Abatw

Q

⋅⋅⋅⋅

+

+

⋅

⋅⋅⋅⋅

−=

2/tb NQF +=

Povećanje sile u zavrtnju usled efekta poluge:


Smanjenje efekta poluge pravilnim oblikovanjem veza


Proračun nosivosti prednapregnutih VVZna 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 visokovrednih zavrtnjevma u kombinovanim spojevima

2

1,,

)(ν

µ tpdops

NFmF

−⋅⋅=

2

1,,,

)(25,0

νµ tp

dopvdopsNF

mFF−⋅

⋅⋅+=

Neobrađeni VVZ:

Obrađeni VVZ:


Rekapitulacija neophodnih kontrola nosivosti kod običnih i visokovrednih zavrtnjeva

Vrsta spoja Vrsta zavrtnjeva

Smičući spojevi Zatežući spojevi Kombinovani spojevi Neobrađeni ( )bvdopv FFFV ,min,1 =≤

Obični zavrtnjevi Obrađeni ( )bvdopv FFFV ,min,1 =≤ *

doptsdoptt AFN ,,1, σ⋅=≤ 12

,

1,2

,

1 ≤

+

dopt

t

dopv FN

FV

Neobrađeni 2,1 ν

µ pdops

FmFV ⋅⋅=≤

bFV ≤1

2

1,,1

)(ν

µ tpdops

NFmFV

−⋅⋅=≤

bFV ≤1

pdoptt FFN ⋅=≤ 3,1, ν Prednapregnuti

Obrađeni 4,

,,1dops

dopvdopvsF

FFV +=≤

bFV ≤1

pdoptt FFN ⋅=≤ 3,1, ν

dopvsFV ,1 ≤ =

=2

1,,

)(25,0

νµ tp

dopvNF

mF−⋅

⋅⋅+

pdoptt FFN ⋅=≤ 3,1, ν Neobrađeni Kao kod običnih Kao kod običnih Kao kod običnih

Visokovredni zavrtnjevi

Neprednapregnuti Obrađeni Kao kod običnih Kao kod običnih Kao kod običnih * Pri određivanju nosivosti na smicanje (Fv) i nosivosti na pritisak po omotaču rupe (Fb) umesto prečnika zavrtnja uzima se prečnik rupe!


Pravila za konstruisanje veza sa zavrtnjevima i zakivcma

• Veze i nastavci treba da budu simetrični!• Minimalan broj zavrtnjeva (zakivaka) sa

jedne strane spoja je 2 u zgradarstvu, a 3 umostogradnji.

• Veze na preklop sa 1 zakivkom nisu dozvoljene, a veze sa 1 zavrtnjom se koriste samo u izuzetnim slučajevima;


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

M inimalan prečnik M inimalan broj kom ada O blast prim ene Zavrtnjevi Zakivci Zavrtnjevi Zakivci

Zgradarstvo 12 13 2 2 M ostogradnja 16 17 3 3


Optimalan prečnik zavrtnja• Pravilnim izborom prečnika zavrtnja dobija se

uravnotežen odnos nosivosti na smicanje i pritisak po omotaču 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 -

17/13 17

21/17 21

23/21 23

25/23 25 -

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 95 115 135 150

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

35 40 45 50 45 45 50 55 60 60 65 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

Maksimalan prečnik zavrtnja (rupe) za stanardne valjaneprofile!

Vrednosti se odnose samo za zavrtnjeve na nožicama!

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


Minimalan prostor za nesmetanu montažu

N ajm an ja velič ina [m m ] Z avrtan j A B C D E F

M 1 2 2 7 2 4 1 6 2 0 2 2 2 9 M 1 6 3 2 2 8 1 9 2 3 2 7 3 4 M 2 0 3 6 3 2 2 2 2 6 3 0 3 9

M 2 2 ,M 2 4 4 0 3 6 2 7 2 9 3 5 4 4 M 2 7 4 5 4 0 2 8 3 1 3 8 4 9 M 3 0 4 8 4 2 3 2 3 3 4 0 5 2


00min 35,12 ddb ⋅=⋅⋅= 00 65 dbd ⋅≤≤⋅ 06 db ⋅≥

Uski limovi Srednje široki limovi Široki limovi


Specijalna savremena spojna sredstva

• Zakivci sa prstenom;• Injektirani zavtnjevi;


Zakivci sa prstenom

M12 – M27...8.8! Kontrolisano prednaprezanje.


Injektirani zavrtjevi

Zazor ispunjen smolom!

Primenjuju se u mostogradnji.

Izrađuju se u klasama čvrstoće 8.8 i 10.9.

visokovrijedni zavrtnjevi

Documents