قوة القص للبرغي هي أعلى قوة جانبية يمكن أن يتحملها البرغي قبل أن ينكسر على طول مقطعه العرضي.
يمكن أن يؤدي الحساب غير الصحيح لقوة القص للبراغي إلى فشل المثبتات. ينتج عن ذلك أضرار وحتى حوادث خطيرة.
تصف هذه المقالة تعريف قوة القص للبراغي، وطرق الحساب، واختيار درجة البرغي للحمل المحدد في وصلة.
ما هي قوة القص للبراغي؟
القوة المؤثرة على البرغي الذي يربط قطعتين والتي تميل إلى جعلهما تنزلقان بالنسبة لبعضهما البعض تُعتبر قصًا.
في القص، يتم تطبيق الحمل بشكل عمودي على محور البرغي، على عكس الشد، حيث يتم تطبيق الحمل بشكل موازٍ لمحور البرغي.
بالنسبة لمعظم البراغي، لا توجد قوة قص محددة. يتم حساب قوة القص للبرغي من مقاومة الشد البرغي باستخدام نسبة معروفة.
باستخدام المعادلة المقبولة على نطاق واسع، بما يتفق مع مواصفات AISC و Eurocode 3، يتم تعيين نسبة قوة القص إلى الحد الأدنى من قوة الشد القصوى بنسبة 60٪.
قوة القص مقابل قوة الشد: الفروقات الرئيسية
يقيس هذان النوعان من القوة طرقًا مختلفة للفشل.
تقيس قوة الشد مقاومة البرغي للكسر تحت إجهاد الشد المحوري. في هذه الأثناء، تقيس قوة القص مقاومة تشوه القص لجذع البرغي.
كلا القيمتين مهمتان، ولكن في تكوينات وصلات مختلفة. شفة مبرشمة تحت ضغط داخلي تُحمّل البراغي بالشد.
وصلة تراكب أو دعامة مبرشمة على شعاع تُحمّل البراغي بالقص. تجمع العديد من التجميعات الحقيقية بين الاثنين، وهذا هو السبب في أن المهندسين يستخدمون صيغ التفاعل عند تطبيق أحمال مشتركة.
لأغراض الشراء، يعتبر مخطط قوة الشد للبراغي المرجع الأساسي. ثم يتم اشتقاق سعة القص من تلك القيمة بدلاً من تحديدها بشكل مستقل في معظم أوراق بيانات البراغي.
قوة القص للبراغي حسب الدرجة
يوضح الجدول أدناه الحد الأدنى لقوة الشد، وقوة القص المشتقة، والتطبيقات النموذجية للبراغي المترية والإمبراطورية الشائعة درجات البراغي. يتم حساب قيم القص عند 60 بالمائة من الحد الأدنى لقوة الشد.
| الدرجة | قياسي | الحد الأدنى للشد (MPa) | القص المشتق (MPa) | الاستخدام النموذجي |
|---|---|---|---|---|
| 4.8 | ISO 898-1 | 420 | 252 | هيكلي خفيف، تجميع عام |
| 8.8 | ISO 898-1 | 800 | 480 | هيكل فولاذي، آلات |
| 10.9 | ISO 898-1 | 1040 | 624 | سيارات، آلات ثقيلة |
| 12.9 | ISO 898-1 | 1220 | 732 | تجميعات عالية التحميل ودقيقة |
| درجة 5 | SAE J429 | 827 | 496 | صناعي عام، إمبراطوري |
| الدرجة 8 | SAE J429 | 1034 | 620 | هيكلي، نظام نقل الحركة، إجهاد عالي |
| A325 | ASTM F3125 | 827 | 496 | وصلات هيكلية فولاذية |
| A490 | ASTM F3125 | 1034 | 620 | هيكلي ثقيل، جسور |
يغطي مخطط قوة البراغي هذا الدرجات المستخدمة بشكل متكرر في التطبيقات الصناعية والهيكلية.
للحصول على مخطط قوة شد براغي أكثر تفصيلاً عبر جميع الأحجام والفئات الفرعية، ارجع إلى ISO 898-1 للدرجات المترية و ASTM F3125 للدرجات الهيكلية الإمبراطورية.
كيفية حساب قوة القص للبراغي
الصيغة الأساسية لسعة القص الأحادي للبرغي هي:
سعة القص = 0.6 × Fub × As
حيث Fub هي الحد الأدنى لقوة الشد القصوى بالميجاباسكال، و As هي مساحة إجهاد البرغي بالمليمتر المربع.
مثال
يحتوي مسمار M16 من الدرجة 10.9 على مساحة إجهاد تبلغ 157 مم² وقوة شد دنيا تبلغ 1040 ميجا باسكال.
قدرة القص = 0.6 × 1040 × 157 = 97,968 نيوتن، أي ما يقرب من 98 كيلو نيوتن لكل مسمار.
يمثل هذا الرقم قدرة القص المفرد النظري لمسمار واحد قبل تطبيق أي عامل أمان.
في التصميم الإنشائي، يطبق الكود الأوروبي 3 عامل أمان جزئي قدره 1.25. هذا يقلل مقاومة القص التصميمية إلى حوالي 78 كيلو نيوتن لهذا المسمار عمليًا.
بالنسبة للمسامير الإمبراطورية، تنطبق نفس الصيغة باستخدام قوة الشد بالجنيه لكل بوصة مربعة (psi) ومساحة الإجهاد بالبوصة المربعة.
مسمار من الدرجة 8 بحجم 1/2 بوصة بمساحة إجهاد تبلغ 0.1419 بوصة مربعة وقوة شد تبلغ 150,000 رطل لكل بوصة مربعة يعطي قدرة قص مفردة تبلغ حوالي 0.6 × 150,000 × 0.1419 = 12,771 رطل. هذا حوالي 12.8 ألف رطل.
القص الأحادي مقابل القص المزدوج
يغير عدد مستويات القص في الوصلة قدرة كل مسمار بشكل كبير.
القص الأحادي
في وصلة القص المفرد، يعبر المسمار مستوى قص واحد. وصلة التراكب البسيطة حيث تتداخل لوحتان وتُربطان بالمسامير هي تكوين قص مفرد نموذجي. يقاوم كل مسمار الحمل المطبق بالكامل عبر مقطع عرضي واحد.
القص المزدوج
في وصلة القص المزدوج، يمر المسمار عبر ثلاث لوحات: عضو داخلي وعضوان خارجيان.
هذا ينشئ مستويي قص، ويقاوم المسمار الحمل عبر مقطعين عرضيين في وقت واحد. هذا يضاعف فعليًا قدرة قص المسمار لنفس قطر المسمار ودرجته.
تستخدم وصلات لوحة الدعامة، ووصلات دبوس المخلب، وبعض وصلات الشعاع بالعمود تكوينات القص المزدوج لتقليل عدد المسامير أو السماح بمثبتات ذات قطر أصغر. عند حساب القدرة للقص المزدوج، اضرب قيمة القص المفرد في اثنين.
كيفية اختيار درجة البرغي المناسبة لأحمال القص
- تم تصنيع مسمار محور العجلة هذا من الدرجة 10.9 من فولاذ عالي القوة 40Cr أو 35CrMo، ويتميز بطلاء أكسيد أسود لمقاومة ممتازة للتآكل والمتانة.
يبدأ اختيار الدرجة بحساب حمل القص التصميمي لكل مسمار، ثم مطابقته بدرجة توفر قدرة كافية مع تطبيق عامل الأمان المطلوب.
تساعد بعض الإرشادات العملية في تضييق نطاق الاختيار:
للوصلات الفولاذية الإنشائية العامة وفقًا لـ AISC، المسامير A325 أو A490 هي المعيار. A490 مناسب للوصلات ذات الأحمال الأعلى حيث تتطلب A325 مسامير أكثر.
للتطبيقات الإنشائية المترية بموجب الكود الأوروبي 3، تغطي الدرجة 8.8 معظم الوصلات القياسية. تُستخدم الدرجة 10.9 حيث تحد هندسة الوصلة من عدد المسامير أو قطرها.
لـ السيارات وفي الآلات الدقيقة، تتعامل المسامير عالية الشد من الدرجة 10.9 أو 12.9 مع البيئات التي تتعرض للاهتزازات المكثفة. هذا هو المكان الذي تتطلب فيه الدرجات المنخفضة تحكمًا أكثر إحكامًا في عزم الدوران أو ميزات قفل لمنع الارتخاء.
المادة مهمة بما يتجاوز رقم الدرجة. تُحدد المسامير عالية الشد من الفولاذ المقاوم للصدأ المزدوج أو الفولاذ السبائكي حيث مقاومة التآكل ويجب تلبية قدرة القص. هذا خاصة في التطبيقات البحرية والكيميائية والطاقة.
توفر CNXD مسامير عالية القوة من الدرجة 8.8 إلى 12.9 من الفولاذ الكربوني والفولاذ السبائكي والسبائك المتخصصة. هذا لديه وثائق جودة IATF 16949 وتتبع كامل للمواد.
تتوفر أيضًا أحجام مخصصة وأشكال خيوط غير قياسية. اتصل بـ CNXD لطلب عينات لتقييم التطبيقات الحاملة للأحمال.
