溶接サンドボルトの混合

さまざまな構造状況において、エンジニアは溶接や機械的締結具による接続の強度を評価する必要がある場合があります。 現在、機械的締結具は通常ボルトですが、古い構造にはリベットが含まれる場合があります。

このような状況は、改修、修理、または強化プロジェクト中に発生する可能性があります。 新築の場合は、ボルトと溶接を組み合わせて接続する必要がある場合があります。この場合、接合される材料が最初にボルトで固定され、次に溶接されて完全な接続強度が得られます。

ただし、接続の総耐荷重を決定することは、溶接、ボルト、リベットなどの個々のコンポーネントの合計を加算するほど簡単ではありません。 そのような思い込みは悲惨な結果を招く可能性があります。

ボルト接合は、米国鉄鋼構造協会 (AISC) の ASTM A325 または A490 ボルトを使用した構造接合の仕様に、ぴったり締め、プリテンション、またはスリップクリティカルとして記載されています。

ぴったりと締められたジョイントは、インパクト レンチの力で締めるか、鉄工が通常のスパッド レンチを使用してプライをしっかりと接触させます。 プリテンションジョイントでは、ボルトには大きな引張荷重がかかり、プレートには圧縮荷重がかかるようにボルトが取り付けられています。

セクション 8.2 では、これらのジョイントを作成する 4 つの方法が許容されます。

1. ターンオフナット。 ナットを回す方法では、ボルトをしっかりと締めてから、ボルトの直径と長さに応じてナットをさらに回転させます。

2. 校正済みレンチ。 校正されたレンチ法では、ボルトにかかる張力に相関するトルクを測定します。

3. ツイストオフタイプのテンションコントロールボルト。 ツイストオフタイプの張力制御ボルトには、ボルトの頭の反対側の端に小さなスタッドが付いています。 必要なトルクに達すると、スタッドがねじれて外れます。

4. ダイレクトテンションインジケーター。 ダイレクトテンションインジケーターは突起が付いた特殊なワッシャーです。 突起の圧縮量は、ボルトにどの程度の張力がかかっているかを示します。

平たく言えば、ボルトは、穴を開けた紙の束を束ねる真鍮の刃と同様に、ぴったりと締め付けられ、事前に張力がかけられた接合部のピンとして機能します。 滑りが重要なジョイントは摩擦によって機能します。プリテンション力がクランプ力を生成し、接触面間の摩擦が協働してジョイントの滑りに抵抗します。 これは、紙の束をまとめるバインダー クリップに似ています。これは、紙に穴が開けられるためではなく、バインダー クリップが紙のシートを一緒に押し付け、摩擦によってパケットがまとまった状態に保たれるためです。

ASTM A325 ボルトの最小引張強度はボルトの直径に応じて 150 ～ 120 キロポンド/平方インチ (KSI) ですが、A490 ボルトの引張強度は 150 ～ 170 KSI の間に収まる必要があります。 リベット接合はぴったりと締められた接合のように動作しますが、この場合のピンはリベットであり、通常、強度は A325 ボルトの約半分です。

機械的に固定されたジョイントにせん断荷重がかかると、加えられた力により一方の部材が他方の部材の上を滑る傾向があり、次の 2 つの状況のいずれかが発生する可能性があります。 ボルトまたはリベットが穴の側面に押し付けられ、同時にボルトまたはリベットがせん断される可能性があります。 2 番目の可能性は、事前に張力をかけた締結具からのクランプ力によって生じる摩擦がせん断荷重に抵抗する可能性があることです。 このジョイントでは滑りはないと予想されますが、その可能性はあります。

わずかな滑りは接続性能に悪影響を及ぼさない可能性があるため、ぴったりと密着した接続は多くの用途に受け入れられます。 たとえば、粒状材料を入れるように設計されたホッパーを考えてみましょう。 初めてロードするときは、わずかな滑りが発生する可能性があります。 一度発生したスリッページは、その後のすべての荷重が同じ性質のものであるため、再発することはありません。

一部の用途には、回転部材に引張荷重と圧縮荷重が交互にかかる場合など、荷重の逆転が含まれます。 完全な荷重反転を受ける曲げ部材は別の例です。 重大な荷重逆転が発生した場合、周期的な滑りを排除するために、事前に張力を与えたジョイントが必要になる場合があります。 このような滑りは、最終的に細長い穴を生じ、さらに大きな滑りにつながります。