CRITERII PENTRU ALEGEREA TIPULUI DE ÎMBINARE

Satisfacere a cerinţelor de proiectare

fundamentale impuse de metoda stărilor

limită

Satisfacere a condiţiilor de solicitare şi exploatare ale

construcţiei

Eventualele limitări de spaţiu în zona îmbinării

Costul total al operaţiilor de îmbinare

DUPĂ NATURA MIJLOCULUI DE ÎMBINARE

ÎMBINĂRI

CU TIJE

ŞURUBURI NITURI BOLŢURI

ÎMBINĂRI SUDATE

ÎMBINĂRI PRIN ÎNCLEIERE CU

RĂŞINI EPOXIDICE

DUPĂ LOCUL DE EXECUŢIE

ÎN UZINĂ(atelier de confecţii

metalice)

PE ŞANTIER(la montarea

construcţiilor)

DUPĂ CARACTERUL ÎMBINĂRII

NEDEMONTABILE DEMONTABILE

DUPĂ NATURA ELEMENTELOR

ÎMBINATE

PRINDERI

îmbinare între două elemente diferite

ÎNNĂDIRI

îmbinare între două părţi ale aceluiaşi

element

DUPĂ ROLUL ÎMBINĂRII

REZISTENŢĂ SOLIDARIZARE ETANŞARE

ŞURUBURI OBIŞNUITE

ŞURUBURI DE ÎNALTĂ

REZISTENŢĂ PRETENSIONATE

ŞURUBURI INJECTATE

STRUCTURĂ METALICĂ CU ÎMBINĂRI CU ŞURUBURI

ELEMENTE METALICE CU

ÎMBINĂRI CU ŞURUBURI

Caracteristici geometrice ale elementelor ce alcătuiesc o îmbinare cu şuruburi:1 - piesele metalice de îmbinat, 2 - tija cilindrică compusă dintr-o parte lisă şi una filetată,

3 - piuliţa, 4 - rondelă

a.

c.d.

Elemente ce alcătuiesc o îmbinare cu şuruburi:a. - şurub cu tija filetată, b. - şurub cu tija parţial filetată şi şurub cu piuliţă, c. piuliţă

hexagonală, d. - rondelă plată

• b.

• Scurtează durata de execuţie a construcţiei,

• Permit o execuţie simplă, nefiind necesari muncitori calificaţi

• Lucrează la întindere în tijă,

• Grosimea pachetului de elemente strânse ,

• Îmbinare demontabilă.

Avantajele îmbinărilor cu

şuruburi

• Costul ridicat,

• Imbinare mai puţin rigidă (tija şurubului nu umple complet gaura elementelor din pachet),

• Piuliţa are tendinţa de a se autodeşuruba în timp,

• La îmbinările de rezistenţă, încărcarea şuruburilor nu este uniformă.

Dezavantajele îmbinărilor cu

şuruburi

dt 5

Pentru realizarea îmbinărilor, piuliţele şuruburilor obişnuite

se strâng până când în tijele acestora se dezvoltă tensiuni de ordinul a câtorva zeci de N/mm2.

Asigură rigiditatea îmbinării şi rezistenţa le diverse solicitări (întindere, compresiune)

Asigură şi garantează etanşeitatea

Evitarea preluării solicitărilor prin forfecare

Evitarea autodeşurubării spontane

Reducerea influenţei solicitărilor dinamice asupra oboselii şuruburilor

piuliţă cu autoblocare

piuliţă cu flanşă

autoblocabilă şaibă grower

cuie de siguranţă

(şplint)

Posibilităţi de împidicare a desfacerii piuliţei

Clasa mecanică a şurubului este definită prin două cifre X.Y(ex. clasa 6.8) cu care se evaluează = 10XY şi = 100X,ambele exprimate în N/mm2.

Şuruburile din clasele 8.8 şi 10.9 sunt şuruburi de înaltărezistenţă care pot fi pretensionate.

Clasa

şurubului4.6 4.8 5.6 5.8 6.8 8.8 10.9

[N/mm2]240 320 300 400 480 640 900

[N/mm2]

400 400 500 500 600 800 1000

ybf

ubf

ybfub

f

• Au partea filetată a tijei uzinată, restul tijei cilindrice fiind în stare brută.

• Se poziţionează în găuri cu un joc ce variază între 1 şi 3 mm, în funcţie de diametrul şurubului,

ŞURUBURI BRUTE

(grosolane)

• Au tija perfect cilindrică şi uzinată.

• Se poziţionează în găuri cu un joc de ordinul a 0,2 mm şi sunt utilizate atunci când se doreşte limitarea deformaţiilor îmbinării

ŞURUBURI PRECISE

(calibrate)

DISPUNEREA ŞURUBURILOR PE ELEMENTE PLATE

Găurile pentru şuruburi pot fi date prin poansonare (la un diametru mai

mic, urmată de alezare) sau cu burghiul.

Dispunerea şuruburilor într-o îmbinare depinde de numărul

acestora, rezultat din condiţii de rezistenţă şi solidarizare specifice îmbinării, precum şi de asigurarea

unei tehnologii uşoare de execuţie.

La dispunerea găurilor trebuie să se aibă în vedere prevenirea coroziunii

(îmbinare compactă) şi a voalării elementelor îmbinate solicitate la compresiune precum şi uşurinţa

montajului elementelor auxiliare.

e1, e2 1,2d0 ÷ 4t+40mm; p1 2,2d0÷ 4t+40mm; p2 2,4d0÷ 4t+40mm;

e3, e4 1,5d0

CATEGORII DE ÎMBINĂRI CU

ŞURUBURI

îmbinări cu şuruburi care

lucrează la FORFECARE

îmbinări cu şuruburi care

lucrează la ÎNTINDERE

Categoria îmbinării Criteriul de verificare Observaţii

A:Îmbinări ce lucrează laforfecare

Pretensionarea nu estenecesară

Toate clasele de şuruburi, dela 4.6 la 10.9

B:Îmbinări cu lunecareîmpiedicată în starea limităde exploatare normală(serviciu)

Şuruburi de înaltă rezistenţăpretensionate, clase 8.8 şi10.9

Nu se admite lunecare înstarea limită de serviciu

C:Îmbinări cu lunecareîmpiedicată la starea limităultimă

Şuruburi de înaltă rezistenţăpretensionate, clase 8.8 şi10.9

Nu se admite lunecare înstarea limită ultimă

v,Ed b,RdF F

v,Ed b,RdF F

v,Ed s,RdF F

v,Ed v,RdF F

v,Ed v,RdF F

v,Ed b,RdF F

v,Ed,ser s,Rd,serF F

ŞURUBURI CARE LUCREAZĂ LA FORFECARE

Categoria îmbinăriiCriteriul de verificare

Observaţii

D:Şuruburinepretensionate

Pretensionarea nueste necesară

Toate grupele de la 4.6la 10.9

E:Şuruburipretensionate

Şuruburi de înaltărezistenţăpretensionate

t,Ed t,RdF F

t,Ed t,RdF F

t,Ed p,RdF B

t,Ed p,RdF B

ŞURUBURI CARE LUCREAZĂ LA ÎNTINDERE

S-au utilizat notaţiile următoare:

• este efortul de forfecare de calcul exercitat pe un şurub în starea limită de serviciu;

• este efortul de forfecare de calcul exercitat pe un şurub în starea limită ultimă;

• este efortul capabil la forfecare al unui şurub;

• este efortul capabil la presiune diametrală al unui şurub;

• este efortul capabil la alunecare a unui şurub în starea limită de serviciu;

• este efortul capabil la alunecare a unui şurub în starea limită ultimă;

• este efortul de întindere de calcul pe un şurub în starea limită ultimă;

• este efortul capabil la întindere al unui şurub.

v,Ed,serF

v,EdF

v,RdF

b,RdF

s,Rd,serF

s,RdF

t,EdF

t,RdF

Analiza modului de

transmitere a eforturilor la

piesele metalice de îmbinat:

1 - îmbinarea inimii cu

eclise:

a. - solicitare de încovoiere,

b. - solicitare de forfecare,

c. - solicitare de întindere,

d. - tensiuni de forfecare

între eclise şi inimă

2 - îmbinare riglă-stâlp:

a. - solicitare la încovoiere

şi forfecare,

b. - solicitare la încovoiere

Tensiunile de forfecare necesare transmiterii eforturilor pot fi obţinute prin

forfecarea tijei şurubului sau prin frecarea suprafeţelor pieselor în contact.

În primul caz, sunt folosite şuruburile obişnuite, iar în al doilea caz,

şuruburile de înaltă rezistenţă pretensionate

Piesele care au tendinţa să se

deplaseze datorită efortului axial produc

în tija şurubului tensiuni de forfecare.

La rândul lui, şurubul creează tensiuni

normale pe suprafaţa găurii din piesele

cu care acesta vine în contact.

Tensiunea normală astfel creată este

numită presiune diametrală. În

consecinţă, verificarea rezistenţei

(efortului capabil) unui şurub obişnuit

presupune determinarea rezistenţei la

forfecare a şurubului dar şi a capacităţii

pieselor din îmbinare de a echilibra

presiunea diametrală.

ŞURUBURI LUCRÂND CU O SINGURĂ SECŢIUNE DE FORFECARE

ŞURUBURI LUCRÂND CU DOUĂ SECŢIUNI DE FORFECARE

Diagrama forfecării în şurub

Diagrama forfecării în şurub

Secţiune de forfecare

Secţiune de forfecare

EXEMPLE DE SOLICITĂRI ÎN ÎMBINĂRI CU ŞURUBURI

Rezistenţa la forfecare şi la presiune diametrală a şuruburilor

Forfecarea şuruburilor: a. - îmbinare solicitată la efort axial în planul ei b. - echilibru prin forfecare

Presiuni diametrale într-o îmbinare cu şuruburi: a. - presiunea diametrală asupra pieselor metaliceb. - echilibru prin presiunea diametrală

Cedarea îmbinării datorită presiunii diametrale: a. - ovalizarea găurilor, b. - sfâşierea marginii piesei

Tensiune de întindere în şurub

Forţa de întindere în şurub

Efortul capabil Expresia de calcul Observaţii

Efortul capabil la

forfecare pentru

un plan de

forfecare

planul de forfecare trece prin tija filetată:

- pentru grupele de şuruburi 4.6, 5.6, 6.6 şi 8.8;

-pentru grupele de şuruburi 4.8, 5.8, 6.8 şi 10.9:

Planul de forfecare trece prin tija nefiletată:

M2 =1.25

Efortul capabil la

presiune

diametrală1),2),3)

M2 =1.25

Efortul capabil la

întindere2)

pentru şuruburi cu cap înecat

pentru celelalte cazuri

M2 =1.25

s ub

v,Rd v

M2

A fF = α

γ

u

b,Rd 1 b

M2

d t fF = k α

γ

s ub

t,Rd 2

M2

A fF = k

γ

0.6αv 0.5αv

0.6αv

0.63k2

0.9k2

ub1 1b

0 0 u

fe pα = min ; - 0,25; ;1,0

3d 3d f

2

0

1

2

0

e2.8 - 1.7sau2.5;

dk = min

p1.4 - 1.7sau2.5

d

v,Ed v,Rd b,RdF (F ,F )

• Şuruburile M12 şi M14 pot fi folosite în găuri cutoleranţa de 2mm, cu condiţia ca agrupului de şuruburi. Suplimentar, pentru şuruburiledin clasele 4.8, 5.8, 6.8, 8.8, 10.9:

• Filetul unui şurub în îmbinări păsuite nu trebuie sătreacă prin planul de forfecare, iar lungimea decontact cu tabla nu trebuie să depăşească 1/3 dingrosimea tablei.

s ubv,Rd v

M2

A fF = 0.85 α

γ

v,Ed v,RdF F

• Şuruburile injectate pot fi folosite ca o alternativă laşuruburile obişnuite pentru categoriile A, B şi C de îmbinări

Condiţia de rezistenţă este: t s b,resin b,resin

b,Rd,resin

M4

k k d t β fF =

γ

v,Ed v,Rd, b,Rd,resinF (F F )

în care:

• este efortul capabil la presiune diametrală a unui şurub de injecţie,

• este 1.0 pentru starea limită a exploatării normale şi 1.2. pentru starea limită ultimă,

• este 1.0 pentru găuri cu toleranţe normale sau (1.0-0.1m) pentru găuri mari, unde m este diferenţa în milimetri dintre dimensiunea unei găuri normale şi cea a unei găuri mari. În cazul găurilor ovalizate scurte, (diferenţa dintre lungimea şi lăţimea găurii).

• este rezistenţa la presiune diametrală a răşinii,

• este grosimea de contact efectivă a răşinii

• este un coeficient în funcţie de raportul grosimilor plăcilor îmbinate

tk

sk

0.5xm

resinb,f

resinb,t

β

b,Rd,resinF

Şuruburile de înaltă rezistenţă pretensionatesunt confecţionate din oţeluri cu limită deelasticitate ridicată.

În timpul asamblării, şuruburile sunt strânseputernic şi în tije apar eforturi de pretensionarecare acţionează în lungul acestora, deciperpendicular pe planul de contact dintre piesele deîmbinat.

Pretensionarea dezvoltă, prin frecarea reciprocăa pieselor, o rezistenţă la lunecarea relativă aacestora.

Şurub de înaltă rezistenţă pretensionat. Chei dinamometriceTransmiterea eforturilor prin frecare.

AVANTAJELE UTILIZĂRII

ŞURUBURILOR DE ÎNALTĂ REZISTENŢĂ

PRETENSIONATE

Asigură o bună rigiditate îmbinării(comportare bună la solicitări

dinamice şi variabile);

curba caracteristică a îmbinării esteapropiată de cea a materialului

Execuţie rapidă (reducerea durateide execuţie a construcţiei) şi ieftină

Se reduc concentrările de tensiunidin apropierea găurilor elementelor

îmbinate

DEZAVANTAJELE UTILIZĂRII ŞURUBURILOR

DE ÎNALTĂ REZISTENŢĂ PRETENSIONATE

Costul ridicat al şuruburilor prin utilizarea oţelurilor aliate

(Cr-Ni, Cr-Mo, ex: 41MoC11)

sau prin tratamente termice aplicate (ex: călire urmată de revenire)

Şuruburile lucrează mai puţin avantajos la solicitarea de întindere

în tijă

(tija şurubului fiind pretensionatădin execuţia îmbinării)

ETAPELE EXECUŢIEI UNEI ÎMBINĂRI CU ŞURUBURI DE ÎNALTĂ REZISTENŢĂ PRETENSIONATE

1. Curăţirea corespunzătoare a suprafeţelor elementelor ce vin în contact în scopul îndepărtării ţunderului, ruginii, grăsimii. Curăţirea se face cu peria de sârmă, prin flambare sau sablare şi chimic, evitându-se lustruirea suprafeţelor).

2. Pe durata transportului din uzină pe şantier, elementele uzinate se prind provizoriu cu şuruburi obişnuite, iar suprafeţele active rezultatedin sablare se protejează anticorosiv cu folii detaşabile din răşinisintetice.

3. Pe şantier, se scot pe rând şuruburile provizorii şi se înlocuiesc cu şuruburi de înaltă rezistenţă, efectuându-se, în ordine, următoareleoperaţii:

4. Strângerea iniţială cu o cheie manuală obişnuită, până în momentul încare nu mai pătrunde spionul de 0.1mm în rosturile dintre piese(strângerea se face dinspre centrul îmbinării spre periferia acesteia),

ETAPELE EXECUŢIEI UNEI ÎMBINĂRI CU ŞURUBURI DE ÎNALTĂ REZISTENŢĂ PRETENSIONATE

Continuare)

5. Marcarea dintr-o singură lovitură cu dalta şi ciocanul, a piuliţei şicapătului tijei şurubului,

6. Strângerea în continuare a şuruburilor cu chei dinamometrice până la realizarea valorii stabilite pentru momentul de strângere şi deci pentruforţa de preîntindere în tija şurubului (practic, cu chei dinamometrice se strâng 10..20% dintre şuruburi, măsurându-se unghiul de strângere, după care restul şuruburilor se strâng cu chei fixe prelungite. Controlultensiunii în şurub se poate face şi cu chei cu ştift; ştiftul, la o animităvaloare a momentului de strângere, se foarfecă.

7. Chituirea rosturilor (pentru prevenirea pătrunderii vaporilor de apă din atmosferă) şi vopsirea întregii îmbinări.

Efortul de pretensionare se determină cu relaţia:

unde :

p,C ub s M7F = 0,7 f A γ

M7γ = 1.1

Rezistenţa de calcul la alunecare a unui şurub deînaltă rezistenţă pretensionat este egală cu:s,RdF

p,C ub s

s,Rd s s

Ms M3

F 0,7f AF = k n μ = k n μ

γ γ

unde:

n M3γ

sk - Cuantificarea formei găurii asupra rezistenţei îmbinării se consideră prin

coeficientul

μ - Coeficient de frecare

Clasificarea suprafeţelor pieselor metaliceCoeficientul

de frecare

Clasa A

suprafeţe decapate cu jet de alice metalice sau nisip, cu îndepărtarea

pojghiţelor de laminare neaderente şi fără urme de rugină,

suprafeţe decapate cu jet de alice metalice sau nisip şi metalizate cu

aluminiu,

suprafeţe decapate cu jet de alice metalice sau nisip şi metalizate cu

zinc, garantând un coeficient de frecare 0,5.

0,50

Clasa B suprafeţe decapate cu jet de alice sau nisip şi acoperite cu un strat de

vopsea cu silicat de zinc alcalin cu grosime de 50-80 m. 0,40

Clasa C suprafeţe curăţate cu peria de sârmă sau cu flacăra cu îndepărtarea

tuturor pojghiţelor de laminare neaderente. 0,30

Clasa D suprafeţe netratate.

0,20

- este numărul interfeţelor de frecare; - este coeficient parţial de siguranţă

Efortul capabil la întindere a unui şurub obişnuit:

Dacă se consideră un şurub mult mai rezistent decât plăcile îmbinate cu acesta, se poate imagina că piuliţa sau capul şurubului poansonează plăcile.

Efortul capabil la forfecare prin străpungere:

unde:

• este diametrul mediu (între cercurile înscris şi circumscris), al capului şurubului sau piuliţei, luând cea mai mică dintre aceste valori;

• este grosimea plăcii de sub capul şurubului sau de sub piuliţă.

Efortul capabil la întindere a ansamblului placă-şurub trebuie luat egal cu:

s ubt,Rd

M2

A fF = 0,9

γ

up,Rd m p

M2

fB = 0,6 π d t

γ

md

pt

t,Rd p,Rdmin(F ,B )

ŞURUBURI OBIŞNUITE

EVALUAREA SECŢIUNII NETE A PIESELOR METALICE ÎMBINATE CU ŞURUBURI

ŞURUBURI DE ÎNALTĂ REZISTENŢĂ PRETENSIONATE

Deoarece şuruburile sunt deja tensionate, s-ar părea căutilizarea acestora nu este recomandată în cazultransmiterii eforturilor de întindere. De fapt, şuruburilenu sunt singurele care transmit forţa exterioară deîntindere, ci ansamblul format din şuruburile întinse şipiesele comprimate de îmbinat.

Efortul axial de întindere N este compensat în mare parteprin decomprimarea pieselor asamblate; în consecinţă seproduce doar o uşoară creştere a întinderii în şuruburi.

Comportarea unei îmbinări cuşuruburi de înaltă rezistenţăsolicitată la întindere:

a. - poziţia iniţială; b. - pretensionarea şurubului;c. - aplicarea unei forţe exterioare de întindere;d. - efectul combinat b şi c; e. - cedarea îmbinării.

Îmbinare cu şuruburi obişnuite:

unde:

• este efort de forfecare de calcul al unui şurub,

• este efortul capabil la forfecare a unui şurub,

• este efortul de întindere de calcul al unui şurub,

• este efortul capabil la întindere a unui şurub,

v,Ed t,Ed

v,Rd t,Rd

F F+ 1.0

F 1,4F

v,EdF

v,RdF

t,EdF

t,RdF

Îmbinare cu şuruburi de înaltă rezistenţă pretensionate: îmbinare rezistând la alunecare în starea limită de exploatare normală

(categoria B):

îmbinare rezistând la alunecare în starea limită ultimă (categoria C):

unde:

• este efortul de pretensionare,

• este efortul de întindere de calcul al unui şurub determinat la starea limită de serviciu,

• este efortul de întindere de calcul al unui şurub determinat la starea limită ultimă,

s p,C t,Ed,ser

s,Rd,ser

M3,ser

k n μ(F -0,8F )F =

γ

s p,C t,Ed

s,Rd

M3

k n μ(F -0,8F )F =

γ

p,CF

t,Ed,serF

t,EdF