Nastavkom se zovu veze koje služe za produženje ili povećanje. Nastavci su npr. potrebni jer nisu dovoljne raspoložive valjane dužine ili širine limova, pri montaži su potrebni radi ograničenja dimenzija i težine pojedinih elemenata koji se transportuju. Podvezicama se nazivaju limovi koji pokrivaju prekid u nastavku. Sve ostale veze, naročito one između štapova rešetke raznih pravaca i nosača u raznim ravnima, označavaju se kao priključci.
Kod uobičajenih nastavaka dimenzionišu se podvezice i zakivci nastavaka prema punoj sili. Prema tome se kod normalnog nastavka ne zahteva da se površine nastavaka dodiruju.
Glavnu oblast primene zategnutih i pritisnutih štapova (to su pravi štapovi, koji su opterećeni pretežno normalnim silama) predstavljaju rešetke. Razmatranja ovog odeljka ispuštaju iz vida opasnost od izvijanja pritisnutih štapova. Najpre će se razmatrati statička jačina.
Odbitak rupa u zategnutim štapovima
Nosivost: Naponsko stanje u zategnutom štapu znatno je lokalno promenjeno usled rupa/otvora. U oblasti proporcionalnosti odgovara raspodela napona po oslabljenom preseku (sl. 1). Najveći podužni napon u pravougaonom štapu je prema A. Henning-u:
maxσ = σm*[3-(d/b) + 0,8(d/b)2]
Sl. 1 - Podužni i poprečni naponi u bušenom štapu a) prema A. Henning-u; b) prema M. Rudeloff-u
U graničnom slučaju d/b = 0 vrlo širokih lamela izlazi otuda maxσ = 3σm i za slučaj prikazan na sl. 1a d/b = 1/3 je maxσ = 2,42 σm. Sem podužnog napona postoje i poprečni i smičući naponi. Najveće naprezanje je na omotaču rupe. Tamo se javljaju prve trajne deformacije, tj. vrhovi napona se razgrađuju i nastaje izjednačenje napona po preseku. Primetne trajne deformacije u oblasti rupa tek se onda javljaju, kas prosecni napon σm u oslabljenom preseku prekorači granicu razvlačenja σFO. Ukupna dilatacija štapa je pri SF = Fm * σF samo neznatno veća nego kod štapa bez rupa. (Fm je površina najslabijeg preseka)
Kod ogleda na zatezanje sa zakovanim štapovima javlja se lom uvek u oslabljenim presecima. Opterećenje pri lomu je, kod uobičajenih prilika, dovoljno tačno SB = Fn * σB. Ogledi kidanjem na zategnutim štapovima sa otvorenim rupama, pokazali su slike lomova kao na sl. 2.
Sl. 2 - Slike loma zategnutih štapova
U ogledima sa zakovanim vezama je pokazano da nastavci sa podvezicama sa jednim redom zakivaka imaju manju otpornost od nastavaka sa više redova zakivaka jednih iza drugih. Po tome je prosečni napon pri lomu σB u korisnom preseku iznosio:
Postupak dimenzionisanja za zategnute štapove: Prema uobičajenom načinu proračuna, za prosečni napon zatezanja mora da važi σm = S/Fm ≤ dozσ i to u svim merodavnim presecima Fm. Odbitak rupa određuje se za upravni presek sa najvećim brojem rupa, a može se desiti da izlomljeni presek sa više rupa daje manju vrednost Fm (sl. 2). U tom smislu se kod valjanih profila Fm računa sa razvijanjem. Kod složenih preseka postupa se u istom smislu.
Odnos Fm/F po pravilu leži između 0,8 i 0,9, tj. odbitak rupa ΔF = F – Fm iznosi 10% do 20% celog preseka F štapa. Kod velikih objekata ΔF jako utiče na težinu, tako da vredi da se nađu preseci sa manjim odbitkom rupa.
Deformacije: Elastično izduženje zategnutih štapova sa rupama jedva je veće do uporedljivih nebušenih štapova. Ukupno izduženje nastavaka je skoro isto toliko koliko i nastavljenih lamela. Otuda je dovoljno da se za proračun deformacije čeličnih konstrukcija odrede elastična izduženja sa vrednostima E i F neoslabljenih štapova. Sigurnost protiv tečenja je kod štapova sa slabljenjem veća nego npr. kod pritisnutih štapova.
Raspodela sila u zakivcima
Sl. 3
Raspodela sile S u štapu na pojedine zakivke veze zavisi od njenih elastičnih osobina, ona je “statički neodređena”. U slučaju sl. 3 zavisi raspodela N1, N2, … od deformacije zakivaka i spojenih limova, ona se menja sa odnosom Fpodvezice/Fštapa. Za Fpodvezice ≠ Fštapa krajnje sile u zakivcima nisu više podjednako velike (sl. 50a). Sa opadanjem odnosa Fpodvezice/Fštapa postaje Nn manje, N1 se bliži S. Spajanje lamela vrlo različite debljine (sl. 4b) nije celishodno zbog preopterećenja prvog zakivka.
Sl. 4 - Opterećenje zakivaka za Fštap > Fpodvezice
Lamele i podvezice krute, samo zakivci elastični (sl. 5a). Onda svi takivci dobijaju podjednako savijanje, sve sile u zakivcima moraju biti jednake.
Zakivci kruti, samo lamele i podvezice elastične (sl. 5b). Pošto izduženja u štapu i podvezicama između prvog i poslednjeg zakivka moraju da budu podjednaka, to sleduje N2 = N3 = … = Nn-1 = 0, izuzev N1 = S * x1.
Sl. 5
Stvarna raspodela sila leži između ovih graničnih slučajeva. Ako se opterećenje povećava, javlja se najpre u krajnjim zakivcima stalna deformacija, najjače opterećeni zakivci se rasterećuju i raspodela sila postaje sve ravnomernija. Posle pojave većih deformacija, bliži se raspodela sila slučaju gde su lamele i podvezice krute, tj. sile u zakivcima su sve skoro podjednake, u slučaju ako je merodavno smicanje zakivaka.
Opterećenje pri slomu: Način zakivanja zakivaka gotovo je bez uticaja na τBV. Jačina na smicanje τBV veze praktično je nezavisna od broja zakivaka, njihovog rasporeda, oblika zakovane veze; opterećenje pri slomu odgovara u dobrom približavanju ravnomernom opterećenju svih zakivaka. Ista tvrđenja važe uostalom i za obične veze sa zavrtnjevima, odakle se može zaključiti da otpor prema klizanju nema bitan uticaj na nosivost.
Dimenzionisanje: Kod čeličnih konstrukcija i centrično opterećenih štapova računa se ravnomernom raspodelom, tj. po svakom zakivku N = S/n. Pošto se kod dugačkih nastavaka prvi zakivci već rano preopterećeni, to se više od 6 zakivaka jedni iza drugih po mogućnosti izbegavaju.
Otpor klizanju: Klizanje u nastavcima javlja se već kod srazmerno malog opterećenja. Otpor klizanju zavisi u prvoj liniji od sile pritezanja, koja se menja sa mnogim uticajima. On ostaje zanemaren pri dimenzionisanju veza sa zakivcima i dosad uobičajenim zavrtnjevima. Ukazuje se na veze visokovrednim zavrtnjevima.
Raspodela sila u zakivcima po širini: Pri jednakim rastojanjima zakivaka upravno na pravac sile (sl. 6a), pojedinim zakivcima pripadaju podjednako široke trake a poprečnog preseka, prema tome su u prvom približavanju sile u zakivcima N = a t σ podjednako velike. Raspodela kod neravnomernih razmaka zakivaka je statički neodređena; za slučaj na sl. 6b ona se vrši prema zakonu poluge.
Sl. 6
Zategnuti štap
Nastavak: Nastavak sa simetričnim podvezicama (sl. 3 i 4). Silu S u štapu na mestu nastavka mora nositi samo podvezica. Zakivke u nastavku treba isto tako dimenzionisati prema S, jer oni moraju da prenesu celu silu sa nastavljenog štapa u podvezice.
Nastavci sa jednostranom podvezicom vezani su sa znatnim dopunskim naponima savijanja u spojenim limovima, podvezicama i zakivcima. Jednostrano pokrivanje nastavaka se zbog velikih deformacija primenjuje samo onda (sl. 7) kad je štap krut na savijanje ili kad je bočno držan tako da se ne može saviti.
Sl. 7
Posredni nastavak – Kad podvezice ne mogu da leže neposredno na nastavljenim limovima, dobijaju zakivci i limovi znatno veće napone savijanja. Stoga se prema broju m međuslojeva bira veći broj n’ zakivaka od broja n kod neposrednog pokrivanja nastavaka.
Sl. 8
Kod složenih preseka raspoređuju se podvezice tako da se izbegnu lokalna povišenja napona, stoga se pojedine površine podvezica određuju prema površini dela preseka koji one pokrivaju, po mogućnosti uz održavanje položaja težišta. Raspodele površina podvezica koje od toga odstupaju vezane su s promenama raspodele napona. Na sl. 9 prikazan je nastavak jednozidnog, na sl. 10 dvodelnog štapa sa 4 vertikalna lima i jednim obrazom između ugaonika.
Sl. 9
Sl. 10
Priključak: Za priključke zategnutih štapova važe u osnovi iste zavisnosti kao i za nastavak. Ogledi su pokazali veliko preimućstvo simetričnog uvođenja sile. Kod jednostranog priključka, dobija se jako savijanje u podužnom i poprečnom pravcu (sl. 11). Uprkos znatnim dopunskim naponima savijanja mogu da budu gotovo potpuno iskorišćeni i jednostrano priključeni L i C štapovi. Nosivost jednog priključka može da opadne na polovinu ako nisu preduzete mere za izednačenje dopunskih momenata savijanja.
Sl. 11
Za pokrivanje nastavaka me treba uzimati čvorne limove, za to treba predvideti naročite podvezice. Priključak za čvorni lim je olakšan kad veći deo preseka štapa pada u ravan čvornog lima.
Sl. 12 - Priključci sa i bez priključnog ugaonika
Pritisnut štap
Za nastavak i priključak pritisnutih štapova važe isti principi kao i za zategnute štapove, i kod njih se ukupna sila prenosi zakivcima i podvezicama, tj. prema punoj površini F štapa dimenzioniše se Fpodvezica i Fs, odn. Fl. Po pravilu površine nastavaka nisu upasovane. U čeličnim konstrukcijama zgradarstva, kod stubova koji idu kroz više spratova, opterećenih samo na pritisak, upotrebljava se mogućnost prolaženja sa slabijim pokrivanjem nastavaka. Nosivost pritisnutih štapova iscrpljena je, ako pre toga ne nastupe slučajevi nestabilnosti, najdocnije sa dostizanjem granice tečenja jer se tada javljaju velike deformacije i štap se bočno izvija. Rupe ispunjene zakivcima nemaju pri tome neki uticaj, koji se može ustanoviti, na ponašanje stapa.
Jačina na zamor zakovanih veza
Za jačinu na zamor zakovanih veza u prvom redu su merodavni naponski vrhovi koji se javljaju na rupama. Jačina na zamor znatno je smanjena već samim rupama. Štapovi sa otvorenim rupama lome se kod ogleda na zamor pod zatezanjem u oslabljenim presecima i to slom od zamora počinje naprslinama na ivici rupe, koje se stalno sve dalje protežu kroz presek. Stoga su glatke rupe od naročitog značaja. Na sl. 13 data je jačina na zamor pljosnatih štapova pri različitim klasama (desno je veća klasa čelika). Pri većim prethodnim opterećenjima σu podnose oba materijala jačine na zamor σDz iznad granice tečenja. Amplituda napona je za obe klase približno jednaka.
Sl. 13 - Jačina na zamor σDz
Za naizmenično opterećenje na zatezanje i pritisak zakovanih veza važe u osnovi slične zavisnosti kao i za jednosmislena opterećenja. Vredi primetiti da je amplituda napona pod naizmeničnim opterećenjem velika oko 1,5 puta (sl. 14), ali da su zakivci pod ovim opterećenjem očevisno više ugroženi nego pod jednosmislenim opterećenjem.
Sl. 14 - Jačina na zamor na zatezanje zakovanih veza