Förspänningsförluster i maskinfundamentens skruvförband-En jämförelse mellan praktik och teori
FörspänningKrympningKrypningRelaxationSkruvförbandKvarnfundamentFundamentFörankringOutotecStålBetong
Inom gruvindustrin används kvarnar, exempelvis kulkvarnar för att mala malmen och frigöra mineraler. För att kvarnen ska fungera tillfredställande är det viktigt att den står stadigt mot fundamentet. En effektiv metod att fästa kvarnen i fundamentet är att använda förspända skruvar. Förspänningen gör så att skruven kan motstå stora statiska och växlande krafter och att skruvförbandet blir mindre, lättare och billigare för en given dragkraft. Det finns dock en nackdel med att använda denna infästningsmetod. Förspänningens storlek kommer att minska med tiden på grund av att det mellanliggande lagret trycks samman. Om förspänningsförlusten blir för stor kommer brott att inträffa i skruven. I kvarnfundament består det mellanliggande lagret av betong och stål. De förspända skruvarna kommer att orsaka spänning i betongen, denna spänning gör så att betongen kryper. Krypningen pågår under lång tid, men är störst från början. Så länge som betongen är fuktig och den förvaras i en omgivning med lägre relativ fuktighet än 100 procent så krymper betongen. Även krympningen pågår under lång tid och är störst från början. Krympningen och krypningen kommer tillsammans att orsaka en volymminskning av betongkonstruktionen. Relaxation inträffar i skruvförband på grund av att någon komponent i förbandet belastas över sin flytgräns och materialet kommer därför att minska i volym. Volymminskningen från krympningen, krypningen och relaxationen resulterar i en förlust av skruvens spännkraft. Lite information finns om hur förspänningen förändras med tiden i maskinfundamentets skruvar. Syftet med detta examensarbete är att utreda hur stor förspänningsförlusten blir på grund av krypningen, krympningen, relaxationen och vilka faktorer som påverkar förspänningsförlusten. För att svara på syftet gjordes en litteraturstudie för att hitta faktorer som påverkar krypningen, krympningen och relaxationen och för att leta modeller som kan användas vid beräknandet av krypningen, krympningen och relaxationen storlek. Modeller som kan användas vid beräknandet av krypningen och krympningen påträffades under litteraturstudien. Trots mycket letande upptäcktes ingen tidigare modell för beräknandet av relaxationen, dock påträffades ett tidigare utfört experiment som visade mellan vilka värden relaxationen normalt ligger. För att se om dessa modeller kunde användas på detta problem utfördes ett experiment på en nedskalad modell av ett kvarnfundament. Under experimentet registrerades spänningsförlusten som sedan jämfördes med de teoretiskt värdena. Denna jämförelse visade att modellerna var tillämpbara på detta problem. Det finns många faktorer som påverkar förspänningsförlusten i skruvförbanden. Vissa av dessa är lätta att påverka vid konstruktion av fundamentet. Genom information om vilka faktorer som minskar förspänningen kan aktiva val göras för att förlusten ska minimeras. Trots att experimentet visade att modellerna går att använda för beräkning av den slutliga spännkraften i skruven, finns alltid en viss osäkerhet vid användandet av dessa. Konstruktören kan aldrig förutse alla egenskaper som påverkar förlusterna enligt modellen och därför kan aldrig den exakta förlusten beräknas. Därför rekommenderar jag att skruven ska efterdras. Att efterdra skruven är en enkel metod att undvika framtida problem med skruvförbandet. I de flesta fall räcker en efterdragning av skruven eftersom krympningen, krypningen och relaxationen alla minskar med tiden och kommer efter andra uppspänningen att vara små. Jag tycker att konstruktören ska använda modellerna till att konstruera ett optimalt skruvförband.