¿Qué es Conexión de estructura de acero?

La interconexión entre elementos o piezas estructurales de acero. Las conexiones de la estructura de acero suelen estar soldadas, atornilladas o conectadas con remaches. La conexión de perno se divide en conexión de perno ordinaria y conexión de perno de alta resistencia. La conexión por perno ordinaria fue la primera que se utilizó, a partir de mediados del siglo XVIII. Las conexiones de remaches comenzaron en la década de 1820. Las juntas soldadas aparecieron nuevamente en la segunda mitad del siglo XIX. Desde mediados de este siglo, se han desarrollado uniones atornilladas de alta resistencia.

Conexión dela costura de soldadura La conexión de la costura de soldadura en la estructura de acero adopta principalmente soldadura por arco (es decir, la alta temperatura generada por el arco se utiliza para fundir el metal dorado de la varilla de soldadura o el alambre colocado en la costura de soldadura para conectar los componentes entre sí) . La soldadura por arco se divide en soldadura manual, soldadura automática y soldadura semiautomática. La soldadura automática y la soldadura semiautomática pueden usar soldadura por arco sumergido o soldadura con gas (como dióxido de carbono) (ver soldadura).

Las formas básicas de las soldaduras sedividen en soldaduras a tope (Figura 1) y soldaduras en ángulo (Figura 2). Las soldaduras a tope, también llamadas soldaduras de ranura, tienen una estructura simple y transmisión de fuerza directa; sin embargo, antes de soldar, los bordes de las soldaduras deben procesarse de acuerdo con diferentes espesores y fabricarse en varias formas de ranura para garantizar la penetración.

Las soldaduras de filete se utilizan para conectar dos soldaduras que no están en el mismo plano. Por ejemplo, cuando se superponen dos placas de acero, las soldaduras se apilan en una sección triangular estrecha y se unen a los bordes superpuestos o extremos de las soldaduras conectadas.

Las soldaduras de filete superpuestas que son paralelas a la dirección de la fuerza se denominan filetes laterales, y las que son perpendiculares a la dirección de la fuerza se denominan soldaduras de filete frontales. Las formas de costura de soldadura incluyen junta a tope, junta de solapa, conexión en forma de T y conexión en ángulo; diferentes formas de conexión pueden usar diferentes formas de costura de soldadura para garantizar una transmisión de potencia confiable de la conexión de costura de soldadura.

Las características de fuerza de laconexión de la costura de soldadura Cuando la costura de soldadura a tope adopta la varilla o alambre de soldadura adecuado para el metal principal, y la soldadura es razonable y la calidad está calificada, su resistencia es equivalente a la del metal principal. La forma de la sección transversal de la soldadura de filete es generalmente un triángulo isósceles en ángulo recto. La longitud de su lado en ángulo recto se llama pie de soldadura ( h _f ), y la altura en la hipotenusa ( 0,7 h _f ) se llama espesor efectivo (Figura 2a).

Cuando la soldadura de filete lateral se usa para soportar la fuerza axial, la soldadura soporta principalmente la fuerza cortante. En el cálculo, se supone que la tensión cortante se distribuye uniformemente a lo largo de la superficie cortante del espesor efectivo, y solo la resistencia cortante es comprobado. Las soldaduras de filete frontales tienen fuerzas complejas y simultáneamente tienen tensiones de flexión, tracción (o compresión) y cortante, y su resistencia a la destrucción es mayor que la de las soldaduras de filete laterales. Con respecto a los requisitos estructurales de las soldaduras, existen disposiciones especiales en las especificaciones de aceptación de la construcción.

Esfuerzo de soldadura y deformación Durante elproceso de soldadura, debido al calentamiento local de los componentes conectados y al enfriamiento desigual después de la soldadura, se generará tensión residual de soldadura y deformación de soldadura. El tamaño del componente de soldadura está relacionado con la forma de la sección transversal del componente soldado, la posición de la soldadura y el proceso de soldadura.

La alta tensión residual de soldadura puede alcanzar el límite elástico del acero, lo que tiene un impacto significativo en la estabilidad y resistencia a la fatiga del componente. La deformación de la soldadura puede provocar defectos iniciales en los componentes. Se deben tomar medidas para reducir la tensión de soldadura y la deformación de la soldadura durante el diseño de la estructura de soldadura y el proceso de construcción.

Conexión atornillada ordinaria "Las conexiones atornilladas comunes incluyen varillas atornilladas, tuercas y arandelas. Los pernos ordinarios están hechos de acero estructural al carbono ordinario o acero estructural de baja aleación; hay dos tipos de pernos gruesos y pernos refinados. Los pernos rugosos están hechos de varillas redondas sin procesar. El diámetro del perno es 1.0 1.5 mm mayor que el diámetro de la varilla del perno. Es simple de fabricar y fácil de instalar, pero tiene un rendimiento pobre cuando se somete a cizallamiento.

Solo se usa para la conexión de componentes secundarios o sitios de construcción temporales Fijos o utilizados en conexión con pernos para transmitir fuerza de tracción. Los pernos refinados se fabrican cortando barras de acero en un torno. El diámetro de la barra es de 0,3 a 0,5 mm menor que el diámetro del orificio. Su rendimiento de corte es mejor que el de los pernos crudos. Sin embargo, rara vez se utiliza debido a la complejidad de fabricación e instalación.

La conexión de perno ordinario se puede dividir en conexión de cortante y conexión de tracción según la condición de fuerza, y también hay conexiones de cortante y tracción al mismo tiempo. La conexión de cortante tiene diferentes condiciones, como cortante de un solo lado, cortante de doble cara y cortante de varios lados. En una conexión de cizallamiento de perno ordinario, cuando se aprieta la tuerca, la tensión previa generada en el perno no es grande; cuando se tensiona la conexión, después de que se supera la fricción entre las placas conectadas, se produce el deslizamiento y el perno hace contacto con la pared del orificio.

En este momento, depende principalmente del corte de la varilla del perno y de la transmisión de fuerza entre la varilla del perno y la pared del orificio (Figura 3a, b). Cuando el diámetro de la varilla del perno es relativamente pequeño, el perno se corta a lo largo de la superficie de corte, lo que se denomina falla por corte (Figura 3c).

Cuando la placa es relativamente delgada, la pared del orificio se aprieta y se destruye, o el perno perfora el extremo de la placa (Figura 3d, e), lo que se denomina falla por presión. Cuando la sección de la placa conectada es pequeña, puede romperse y dañarse en la sección con pernos. La fuerza de la conexión de tracción del perno varía mucho con la rigidez del miembro conectado. Cuando la rigidez del miembro conectado es grande y los pernos están dispuestos simétricamente, cada perno soportará igualmente la fuerza de tracción que actúa sobre la conexión (Figura 4a).

Cuando la rigidez del miembro conectado es pequeña, la brida en la conexión se doblará y deformará, generando apalancamiento (Figura 4b). La fuerza de apalancamiento es más complicada y generalmente se considera mediante la reducción adecuada de la resistencia de diseño a la tracción de los pernos. La falla de la conexión de tracción del perno se rompe en la rosca. Teniendo en cuenta la conveniencia de la construcción y los requisitos de fuerza, los pernos deben disponerse de acuerdo con ciertas regulaciones.

Conexión de perno de alta resistencia "La conexión de perno dealta resistencia también se compone de varillas de perno, tuercas y arandelas. Está hecho de acero de alta resistencia (como 20 manganeso, titanio, boro, 40 boro, 45 acero) después del tratamiento térmico. Para una conexión de pernos de alta resistencia, use una llave especial para apretar los pernos de alta resistencia y aplicarles la pretensión especificada. La conexión de cizallamiento de perno de alta resistencia se divide en tipo de fricción y tipo de cizallamiento (o tipo de soporte de presión) de acuerdo con su método de transmisión de fuerza.

La conexión de cizallamiento de perno de alta resistencia de tipo fricción (Figura 5) se basa en la fuerza de fricción de la superficie de contacto del haz de placas sujetadas para transmitir la fuerza. Una vez que se supera la fuerza de fricción, los componentes conectados se deslizarán entre sí, lo que se considera que ser un estado de falla.

En cuanto a la conexión de cizalla de perno de alta resistencia del tipo de compresión por cizallamiento, se supone que una vez superada la fricción entre las superficies de contacto del haz de placas, el perno hace contacto con la pared del orificio (el diámetro del orificio es de 1,0 a 1,5 mm más grande que la varilla de diámetro), y el perno se usa para resistencia al corte y presión en la pared del orificio para transmitir fuerza (Figura 3a).

Debido a que la capacidad de carga de la conexión de cizalla de perno de alta resistencia de tipo fricción depende de la tensión previa del perno de alta resistencia y del coeficiente de fricción (también conocido como coeficiente de deslizamiento) entre la superficie de contacto del haz de placas, excepto para el uso de acero de mayor resistencia para hacer el perno de alta resistencia Además del tratamiento térmico para aumentar la pretensión, la superficie de contacto de la placa a menudo se trata (como pulido con chorro de arena) para aumentar el coeficiente de fricción.

La tensión previa de los pernos de alta resistencia no reduce su rendimiento de tracción. La conexión de tracción es similar a la de los pernos ordinarios. Cuando la rigidez del componente conectado es pequeña, se debe incluir la influencia del apalancamiento. La fuerza externa en cada tornillo no debe exceder el 80% de la tensión previa para asegurar una cierta presión entre los haces de placas. También existen ciertas regulaciones estructurales para la disposición de pernos de conexiones de pernos de alta resistencia.

Los remaches de conexión deremaches están hechos de acero remachado con un buen rendimiento de alteración. El procedimiento de construcción de la conexión de remache consiste en hacer primero un orificio de 1,0 a 1,5 mm más grande que el diámetro del clavo en el componente conectado. Luego, caliente el remache con una cabeza de clavo semicircular en un extremo hasta que adquiera un color rojo cereza, y colóquelo en el agujero, y luego use una pistola de remaches o una máquina remachadora para remachar el remache para llenar el agujero y hacer otra cabeza de remache.

Los remaches se enfrían y encogen después de remachar y generan una fuerza de sujeción en el haz de placas conectadas, lo que favorece la transmisión de la fuerza. La tenacidad y la plasticidad de la conexión del remache son mejores. Sin embargo, el remachado es más laborioso que el atornillado y más caro que la soldadura, y en la actualidad solo se utiliza para estructuras de acero de grandes luces que soportan mayores cargas dinámicas. En circunstancias normales, casi se reemplaza por soldadura en la fábrica y casi se reemplaza por una conexión atornillada de alta resistencia en el sitio de construcción.