Komple Ray Bağlantı Sistemlerinin Pratik Gerilme Davranışı

Bu makale, ayrı üniteler olarak ray klipsleri, braketler ve ray ankrajları ile ilgili geleneksel asansör tasarım uygulamasına bir örnek sunmaktadır.

Bu bildiri şu adreste sunuldu: Lucerne 2010, Uluslararası Dikey Taşıma Teknolojileri Kongresi ve ilk olarak A. Lustig tarafından düzenlenen IAEE kitabı Elevator Technology 18'de yayınlandı. Uluslararası Asansör Mühendisleri Birliği'nin izniyle yeniden basılmıştır. (İnternet sitesi: www.elevcon.com). Bu makale tam bir yeniden basımdır ve ELEVATOR WORLD tarafından düzenlenmemiştir.

Anahtar Sözcükler: Ankraj tasarımı, yer değiştirme, sabitleme sistemi, hasar yükü, öngerme

Özet

Geleneksel asansör tasarım uygulaması, ray klipslerini, braketleri ve ray ankrajlarını ayrı birimler olarak kabul eder. Hilti, komple ray sabitleme sisteminin yükleme altında nasıl davrandığına dair bir analiz gerçekleştirdi. Bu makale, kabin rayına uygulanan yüklere dayalı olarak komple ray sabitleme sistemindeki (ray klipsleri, braketler ve duvar ankrajları) kuvvetlerin dağılımını tartışmaktadır. Pratik testlerin sonuçları, ray bağlantı sisteminin çeşitli bileşenlerinin arıza modunu açıklar ve tüm bağlantı sisteminin bozulmasına neden olabilecekleri belirler. Son olarak, etkili ve uygun maliyetli bir ray bağlantı sisteminin tasarım açısından sonuçları da tartışılmaktadır.

1. Giriş

Elevcon2006 “Binalara Ankrajlı Asansörler için Dinamik Tasarım” belgesi, dinamik yüklemeye maruz kalan kılavuz rayları asansör boşluklarında beton duvarlara sabitlemek için kullanılan ankrajların tasarımını açıklar. Bunun için önerilen tasarım yazılımı, kuvvetlerin indüklendiği noktayı (ray) ankraj ile birleştiren braketi rijit bir yapı olarak ele alarak durumu basitleştirmektedir. Pratikte sıklıkla kullanılan ray sabitleme braketlerinin yük altındayken gerçekten rijit bir sistem gibi davranıp davranmadığı sorgulanabilir ve bu durum Elevcon 2006 makalesinde belirtilmiştir (Şekil 1).

Dinamik yük, rijit olmayan bir sistem tarafından ankraja aktarıldığında, ankrajın duvara aktarması gereken kuvvetler, rijit bir brakete dayalı bir tasarımda varsayılanlardan farklıdır. Oluşan statik ve dinamik kuvvetlerin güvenilir aktarımı, malzemelerin ekonomik kullanımı ve verimli kurulum açısından şaft duvarındaki kılavuz ray bağlantılarının optimum tasarımını sağlamak amacıyla, komple bağlantı yapısı, yani ray klipsleri, braket, bağlantı parçalar ve ankraj, komple bir sistem olarak tasarlanmalıdır. Bu, Elevcon2006 “Binalara Ankrajlı Asansörler için Dinamik Tasarım” belgesinde zaten belirtilmişti.

2009 yılında bağlantı yöntemleri ve malzemelerinin mekanik-teknolojik analizlerinin yapılması için DIN EN ISO/IEC 17025 standardına göre akredite olan laboratuvarımızda komple bir ray bağlantı düzenini sistem olarak kurma ve sistemin ve ankrajın elastik ve plastik deformasyonun yanı sıra arıza modu ve özellikleri açısından davranışını araştırmak için rayda dinamik ve statik yüklemeye tabi tutulur. Bu araştırmaların bir başka amacı, bu sabitleme için geleneksel olarak kullanılan ankrajın (12 mm derinliğe açılan bir delikte HSA M100x95), ray için kullanılan ankrajın arızalanması olmadan 12 mm'lik bir delikte HSA M80x75 ile değiştirilip değiştirilemeyeceğini belirlemekti. sabitleme.

2. HSA Ankrajının Sığ Deliklerde Yük Altında Performansı

99 Mart 0001 tarihli Avrupa Teknik Onayı ETA-13/2008'de Hilti HSA M12'nin montajı için minimum delik derinliği 70 mm olarak tanımlanmıştır. Ray bağlantı sisteminin arıza özelliklerinin araştırılmasının ana noktalarından biri, sığ bir deliğe yerleştirilmiş Hilti HSA M12 için yük limitini belirlemekti. Bu amaçla minimum 55 mm delik derinliği tanımlanmıştır. Hilti HSA, bir manşonu (1) genişleten konik bir bölümden (2) oluşan bir sistem aracılığıyla kuvvetleri betona aktaran bir genleşme ankrajıdır. Manşon daha sonra basınç kuvvetini (3) betona aktarır (Şekil 2).

Ankrajda indüklenen gerilim ve genleşme elemanında meydana gelen basınç kuvvetlerinin kombinasyonu, konik bir alanda beton yüzeyine doğru basıncın yayılmasına neden olur. “Aktif hale getirilebilecek” beton hacmi ne kadar büyükse, yani bu konik basınç alanına (4) dahil edilirse, betonun bozulduğu ve tam olarak bu konik bölümün kırıldığı noktaya ulaşılmadan önce alınabilecek kuvvetler o kadar büyük olur. betonun ana gövdesinden uzakta.

55 mm'lik delme derinliği geometrik minimumu temsil eder. Genleşme elemanı daha sonra beton yüzeyinin 15 mm altına yerleştirilir. Sözde "etkili ankraj derinliği" 35 mm'dir. Böylece minimum “aktif” beton hacmi elde edilir. Genleşme elemanı beton yüzeyine daha yakın yerleştirilecek olsaydı, betonun bir alanına basınç kuvvetleri indükleyecektir, bu, betonun kalıba bu kadar yakın olamayacağı için pratikte çok homojen olmayan ve düşük basınç dayanımına sahiptir. en iyi şekilde sıkıştırılmış. Ankraj bu nedenle, kurulum aşamasında belirtilen sıkma torku uygulanır uygulanmaz büyük olasılıkla başarısız olacaktır.

Beş adet Hilti HSA M12 test serisi, test edilecek ray sabitleme sisteminin monte edildiği aynı beton levhaya yerleştirildi. Hilti HSA M12 ankrajları 55 mm'lik deliklere yerleştirildi ve Avrupa Teknik Onayı'nda belirtildiği gibi 60 Nm'lik bir torkla sıkıldı. Test yükü bir hidrolik cihaz tarafından uygulandı ve ankraj bozulana kadar sürekli olarak artırıldı. Bunu yaparken uygulanan yüke ek olarak ankrajın yer değiştirmesi de ölçülmüştür (Şekil 3).

Beklendiği gibi, beş vakanın hepsinde başarısızlığın nedeni somut başarısızlıktı. Betonun kırılmış konik bölümü fotoğrafta açıkça görülmektedir. 55 mm'lik bir delik derinliğinde, uygulanan kuvvetleri karşılamak için gereken beton hacmi çok sınırlıdır. Testlerin sonuçları, 22.8kN'lik bir ortalama arıza yükü gösterdi.

3. Test Kurulumu

Tüm sabitleme sisteminin araştırılmasına yönelik test düzeneği, bir beton asansör boşluğu duvarındaki kılavuz raylar için kullanılan standart sabitleme yöntemine karşılık geldi. Test için C20/25 sınıfı beton seçilmiştir ve dökümden 19 gün sonra zaten 29.5 N/mm2'lik bir basınç dayanımına sahipti. Bu, 10 kata kadar olan binalarda yeni asansör boşluklarında çok sık karşılaşılan bir durumdur. Daha yüksek binalarda veya eski binalarda bulunan beton, daha yüksek mukavemete sahip olma eğilimindedir. Yüksek mukavemetli beton, daha yüksek kuvvetleri kaldırabilir. Ray sabitleme braketi, dört adet M12 cıvata ve uzun deliklere yerleştirilmiş somunlarla ortada birbirine kenetlenen iki açılı braketten oluşan standart bir bileşendir. Bağlantının gücü, dört cıvatanın sıkıştırma kuvveti ile iki parça arasında elde edilen sürtünme tutuşu ile tanımlanır (Şekil 4). Ray klipsleri de standart bileşenlerdir. Braket üzerindeki M12 cıvata/somun bağlantıları 72 Nm'lik bir torkla sıkılır. Bunun için kullanılan HST M12x145 ankrajlar, 95 mm derinliğe kadar açılmış deliklere yerleştirilmiştir. Pratikte, kullanılan standart ankrajlar M12x100mm'dir ve ayrıca 95mm derinliğe kadar delinmiş deliklere yerleştirilmiştir. Kuvvet ölçüm halkalarının takılmasını sağlamak için test için ekstra diş uzunluğu sunan M12x145 ankrajlar seçildi. HST ankrajlarına, Avrupa Teknik Onayı'nda belirtildiği gibi 60 Nm'lik bir torkla sıkılmış olan tedarik edilen somunlar takıldı. Tedarik edilen somunlar daha sonra kuvvet ölçüm cihazı ile değiştirildi.

Kuvvet ölçüm halkaları, ankraj ön geriliminin ölçülmesine ve ayrıca braketin yüklenmesi sırasında ankraj için kuvvet eğrisinin ölçülmesine izin verir. Ray üzerine, şaftın ortasına doğru hareket eden bir çekme kuvveti ve şaftın duvarına paralel hareket eden bir kesme kuvveti uygulanmıştır. Çekme ve kesme kuvvetleri doğrudan raya etki etmiş ve asansör çalışırken asansör kabininin kılavuz kızaklarının uygulayacağı yükleri simüle etmiştir. Kuvvetler bir hidrolik cihaz tarafından uygulandı. Bu kuvveti uygulayan pistona bir yer değiştirme ölçüm cihazı yerleştirildi, böylece test sırasında braketin yer değiştirmesi ölçülebilir ve kaydedilebilirdi.

4. Ray Sabitleme Sistemine Çekme Yüklemesinin Etkisi

Çekme yükleme testi sırasında, asansör kabininin çalışma sırasında durmasını ve çalışmasını simüle etmek için 0'dan 5 kN'ye yükselen bir yük beş kez uygulandı. Komple sabitleme sisteminin arızasının nedenini belirlemek için, test yükü daha sonra arıza meydana gelene kadar yavaş yavaş arttırıldı (Şekil 5).

Test, bu 5 tepeli döngüsel yükün sistem tarafından hatasız olarak alındığını gösterdi. Yükün uygulanması, ray destek noktasında elastik ve plastik yer değiştirme ile sonuçlanmıştır. Maksimum yükte (5kN) maksimum yer değiştirme 2.5 mm idi ve kuvvet sıfıra düşürüldüğünde 0.5 mm plastik yer değiştirme kaldı. Yük çevrimi sırasında, ankrajlarda ölçülen kuvvet, kurulum sırasında uygulanan 0.5kN'lik ön gerilimden sadece biraz yükseldi (12kN kadar) ve test yükünün kaldırılmasından sonra 12kN değerine geri döndü (Şekil 6).

Ray sabitleme sistemi, maksimum 11 kN çekme yükünde başarısız oldu. Bu sırada ankrajlarda ölçülen kuvvet 12kN öngerme değerinden 16kN değerine yükseldi. 11kN'deki arızanın nedeninin, rayın ankrajdan dışarı çekilecek kadar yukarı doğru bükülmüş ray klipsleri olduğu tespit edildi. Arıza noktasına kadar ray 9.5 mm yer değiştirmişti (Şekil 7).

Testin sonuçları, tutturma sisteminin 0.5 mm'lik plastik deformasyonla test yükünden sağ çıktığını gösterdi. Ayrıca, sabitleme sisteminin elastik ve plastik deformasyon sergileyerek yük uygulanmasına tepki verdiğini gösterdiler. Buna göre, ankrajlara binen yük beklendiği gibi, yani tasarımda tahmin edildiği gibi değildi.

5. Ray Sabitleme Sisteminde Makas Yüklemesinin Etkisi

Bir sonraki adımda, şaftın duvarına paralel hareket eden bir kesme yükü uygulanarak ray sabitleme sistemi yüklenmiştir. Test yükü yine 5'dan 0kN değerine yükselen 5 tepeli bir döngüsel yüktür. Komple sabitleme sisteminin arızasının nedenini belirlemek için, test yükü daha sonra arıza meydana gelene kadar yavaş yavaş arttırıldı (Şekil 8).

Kayma yükünün raya uygulanması, braketin enine ve boyuna yönlerde öyle bir bükülmesine neden oldu ki, deney iptal edilmek zorunda kaldı. Test düzeneği sadece çok kısa bir ray uzunluğu kullandı. Pratikte, rayın uzunlamasına yer değiştirmesi, bir sonraki brakete ve şaftın tabanına aktarılacak ve böylece sınırlandırılacaktır. Rayın boyuna kaymasını önlemek için, kesme kuvvetini doğrudan brakete uygulayan bir test düzeni seçilmiştir. Rayın dışarıda bırakılmasının bir sonucu olarak sistemdeki kaldıraç eksikliğini simüle etmek için, her döngü sırasında maksimum yük, sıfır başlangıç ​​noktasından 5'ten 6 kN'ye yükseltildi.

Test, 5 tepeli döngüsel yükün sistem tarafından hatasız olarak alındığını gösterdi. Yükün uygulanması, ray destek noktasında elastik ve plastik yer değiştirme ile sonuçlanmıştır. Maksimum yükte (6kN) maksimum yer değiştirme 6 mm idi ve kuvvet sıfıra düşürüldüğünde 2.5 mm plastik yer değiştirme kaldı. Kesme kuvvetinin uygulanmasıyla uygulanan kaldıraç nedeniyle, iki ankrajın her biri için ölçülen kuvvet eğrileri farklıydı. Bu kaldıraçtan kaynaklanan çekme yükü altında ankrajda bulunan kuvvet, yük çevrimi sırasında 3.0kN olan öngerme kuvvetinden 15kN artarak test yükü kaldırıldığında 8.5kN'a düşmüştür. Kesme yükünden kaynaklanan kaldıraç etkisi nedeniyle, diğer ankraj, ankraj ön gerilimi üzerinde önemli bir etkisi olmayan bir sıkıştırma kuvvetine maruz kalmıştır (Şekil 9).

Sistem maksimum 12.7kN yükte başarısız oldu. Bu gerçekleştiğinde, çekme yükleme bölgesindeki ankrajdaki maksimum kuvvet 24kN'ye yükseldi. Ray sabitleme noktası 25 mm kaydırılmıştır. Arızanın nedeni, iki braket parçasındaki uzun deliklerdeki cıvatalı bağlantıydı. İki sac parça birbirine doğru kaydırılmıştır (Şekil 10).

Testin sonuçları, sabitleme sisteminin 2.5 mm'lik bir plastik deformasyonla çalışma yükünden kurtulduğunu gösterdi. Ayrıca, sabitleme sisteminin elastik ve plastik deformasyon sergileyerek yük uygulanmasına tepki verdiğini gösterdiler. Buna göre, ankrajlara binen yük beklendiği gibi, yani tasarımda tahmin edildiği gibi değildi.

6. Karşılaştırmalı Standart Ankraj Tasarımı

Ankraj tespitleri için yaygın olarak kullanılan tasarım yazılımı, kuvvetlerin uygulandığı noktalar ile ankrajlar arasındaki bağlantı yapısını basitleştirilmiş bir formda, yani rijit bir yapı olarak ele alır. Bu, ankraj sisteminin tasarımı üzerindeki deformasyonunun etkisini hesaba katmak için bilinmesi gereken yapının tasarım detaylarının çoğu zaman yeterli ölçüde bilinmediği için mantıklı görünmektedir.

Bu test sonuçlarını elde ettikten sonra, şimdi görev, bir karşılaştırma olarak, Hilti Profis tasarım yazılımının incelenen ray bağlantı sistemi için hesapladığı ankraj yük değerlerini ve ikisinin yükleme kapasitesinin derecesini (% olarak) göstermektir. 12mm deliklerde Hilti HSA M90 dübeller kullanılmaktadır. Braketler için geometrik veriler, çelik ve beton için mukavemet değerleri ve iki ankraj ile kuvvetin uygulandığı nokta arasındaki mesafe kullanılarak, sabitleme sisteminin basitleştirilmiş bir modeli üretilir. Bu modelle, ankrajlara etkiyen kuvvetler, her durumda 5 kN'lik çekme ve basma yüklerinden hesaplanabilir (Şekil 11).

Hesap, yapıya çekme yükü uygulandığında her bir ankrajın 5.3 kN çekme yüküne maruz kaldığını göstermektedir. Testte olduğu gibi ve kaldıraç nedeniyle kesme yükü uygulaması altında, ankraj no. 1 numaralı ankraj ise 5.6 kN'lik ek bir çekme yükü ile en yüksek gerilime maruz kalır. 2, taban plakasının basınç alanında bulunur ve bu nedenle kurulum sırasında uygulanan ön gerilime ek olarak yüke maruz kalmaz. Sabitleme sisteminde en yüksek gerilim altındaki ankrajın çeliği böylece kapasitesinin %19'una kadar yüklenir. Betonla ilgili olan çekme ve konik beton kırma arıza modlarının aksine, kapasite kullanımı maksimum %38'e ulaşır. Ankrajlarda, çeliğin yükleme kapasitesinin %25'inden ve beton kapasitesinin %55'inden azının kullanılması genellikle yorulma sorunlarına yol açmaz.

Testler başka sonuçlar verdi. 5 kN'luk bir yükün uygulandığı çekme yükleme testinde, iki ankrajın her biri üzerindeki ön gerilim yükünün üzerindeki maksimum çekme yükü 0.5 kN'dir. Kesme yükleme testinde en ağır yüklü ankrajlarda, ilk birkaç yük çevriminden sonra ankrajlarda kalan ön gerilime ek olarak yük 9.5 kN olmuştur. Öngerme ve çalışma yükünün kombinasyonu yoluyla ankraja etki eden toplam yük Elevcon2006 “Binalara Ankraj Asansörü için Dinamik Tasarım” makalesinde tartışılmıştır.

Bu, yük uygulama noktasında ve ray ile ankraj bağlantısı arasındaki yapıda deformasyonun, ankraja aktarılan stres üzerinde büyük bir etkisi olduğunu doğrular.

7. sonuçlar

Bu test sonuçlarından çeşitli noktalar çıkarılabilir ve bunlar aşağıdaki paragraflarda kısaca tartışılmaktadır. 12 mm derinliğe kadar açılmış deliklerde Hilti HSA M70 setine geçişin kritik görünmeyeceği gösterilmiştir. Ray braketinin maruz kaldığı gerilmeler sonucu deformasyonu nedeniyle, ankrajlara etkiyen kuvvetler beklendiği gibi değildir, yani hesaplamalarını basitleştirilmiş bir varsayıma göre yapan tasarım yazılımı tarafından varsayıldığı gibi değildir. braketin tamamen rijit olduğunu. Hilti HSA M12'ye daha sığ bir delikte geçiş yapmak, sondaj tozu ve titreşime maruz kalmanın azalması nedeniyle montaj işini yapan personelin sağlığı ve güvenliği açısından çeşitli avantajlar sağlayacaktır. Ayrıca, daha sığ delikler açmak, daha kısa delme süreleri ve nispeten ince şaft duvarlarını delme (ve dolayısıyla hasar verme) riskinin azalması nedeniyle üretkenliği de artırabilir.

Ray sabitleme sisteminin plastik deformasyonu ile arızanın erken uyarısı sağlanır. Rayın birkaç milimetre yer değiştirmesi durumunda asansör kabini, asansör kuyu kapılarının tahrik sistemi ile çakışmalıdır ve asansör otomatik olarak “Servis” moduna geçecektir. Servis teknisyeni braketlerdeki deformasyonu fark etmelidir. Ardından aşırı yüklemenin nedenini belirleyebilir ve düzeltmek için gerekli önlemleri alabilir. Bükülmüş braket daha sonra değiştirilebilir ve ray yeniden hizalanabilir. Ray sabitleme sistemi, kısmi arıza durumunda doğal güvenlik rezervlerine sahiptir.

Bükülmüş braket şeklindeki hasar, ankrajdaki beton arızasından kaynaklanan hasardan daha az maliyetle tamir edilebilir. Şekil 4'te gösterildiği gibi (arızalı ankraj noktasının fotoğrafı), bu noktaya başka bir ankraj takılamaz. Yeni braketin farklı bir konuma takılması gerekir, bu da bir braketin basit bir şekilde değiştirilmesinden daha fazla zaman alan ve dolayısıyla daha maliyetlidir.

Ankraj ve ray braketini ayrı sistemler olarak tasarlamanın mantıklı olup olmayacağı tartışma için başka bir noktadır. Ray bağlantısının ankraj dahil komple bir sistem olarak tasarlanması, arıza durumunda belirli bir davranışın elde edilmesine yardımcı olacaktır. Ayrıca, malzemelerin ekonomik kullanımı ve verimli kurulum prosedürleri ile maliyet açısından optimize edilmiş eksiksiz bir çözüm elde edilmesine de yardımcı olacaktır.

Halihazırda Hilti Profis ankraj tasarım yazılımı ile Hilti Profis kurulum sistemleri yazılımının birleştirilmesi için çalışmalar yapılmaktadır. Hilti kurulum sistemleri, ankrajlarla bina yapısına sabitlenecek öğeler için çok yönlü destek yapıları üretmeyi kolaylaştıran, kite benzer modüler bir çelik kanal ve bağlantı sistemi oluşturur. Asansör alanında, ayırıcı kirişler ve kapı kirişleri için Hilti montaj sistemleri kullanılmaktadır. Bunun avantajları, dünya çapında standart çözümlerin mevcudiyeti ve kıvılcım oluşturan kesme veya birleştirme tekniklerine gerek kalmadan yerinde takılabilen dişli cıvatalar yoluyla bağlantı yoluyla esnek uzunluk ayarıdır. Rijitliğini malzeme kalınlığı yerine kanal profillerinin özel tasarımı sayesinde elde eden bu hafif sistemler, hafif kirişlerin vinç veya ağır kaldırma ekipmanı kullanmadan asansör boşluğunda yerlerine getirilmesini sağlar. Hilti Profis kurulum sistemleri yazılımı, yapı tasarlanırken elastik ve plastik deformasyon simülasyonunu destekler. Hilti Profis ankraj yazılımı ve şu anda hedeflediğimiz Hilti Profis kurulum sistemleri yazılımının kombinasyonu, destek yapılarını ve ankraj bağlantılarını birleştiren eksiksiz bağlantı sistemlerinin optimum tasarımını sağlayacaktır.

8. Teşekkür

Hilti'deki Mühendislik Araştırma ve Teknik Hizmetler Merkezi'nden çalışma arkadaşlarıma teşekkür ederim. Özellikle Jenoe Varga ve Jacob Kunz'a bu makalenin hazırlanmasındaki destekleri için teşekkür ederiz.

REFERANSLAR
(Hilti TWU – FSRL 29/08)
G. Hämmerle ve Ch. König (2009). Braketler Montajında ​​Çekme ve Kesme Yükü…; Betonda Hilti HSA M12/ 80 Üzerine Çekme Yüklemesi…
(Elevcon2006 - Asansör Teknolojisi 16)
M. Merz (2006). Binalara Asansör Ankrajları için Dinamik Tasarım