Bktp-omsk.ru

Делаем сами
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Способы соединения металлических конструкций

Способы соединения металлических конструкций

Виды монтажных соединений

Монтажные соединения подразделяют на стыки, узлы и швы.

Под стыком понимают места соединения между собой одних и тех же конструктивных элементов: колонн, панелей, ригелей, подкрановых балок. Разновидностью стыка является шов, представляющий собой горизонтальное или вертикальное соединение, длина которого значительно превышает его поперечное сечение (например, шов между стеновыми панелями или плитами перекрытий). В отличие от стыков и узлов швы в основном не воспринимают расчетные усилия. Однако, есть пример конструктивных решений (пространственные решения, диски покрытий и перекрытий, в которых швы воспринимают расчетные усилия.

Монтажные узлы — это соединение между собой конструктивных элементов, например, колонн с фундаментами, ригеля с колонной, стропильных ферм с колоннами. Монтажные узлы и стыки делятся на несущие и ненесущие. Несущие стыки воспринимают и передают нагрузки и должны обеспечивать необходимую прочность соединения. К таким стыкам относятся соединения колонн с фундаментами, двух колонн между собой, подкрановых балок с колоннами, ферм с колоннами.

Несущие стыки в зависимости от передаваемых ими нагрузок подразделяют на шарнирные и жесткие. Шарнирные передают только продольные и поперечные силы, жесткие, кроме того, могут передавать и изгибающие моменты. Несущие стыки рассчитывают на восприятие монтажных и эксплуатационных нагрузок. Марку бетона или раствора для таких стыков устанавливают расчетным путем. Для этого применяют бетон, приготовленный на быстротвердеющих цементах или портландцементе, марки не ниже 400.

Ненесущие стыки в отличие от несущих не воспринимают нагрузок. Примерами таких стыков являются соединения перегородок и стен, панелей ограждения между собой, плит перекрытий и покрытий.

В зависимости от способа выполнения монтажные соединения подразделяют на «сухие», замоноличенные и смешанные.

«Сухие» соединения выполняют на сварке, болтах, заклепках, а также с применением высокопрочных дюбелей, самонарезающих винтов и комбинированных заклепок, т. е. без замоноличивания зазоров между соединяемыми элементами.

Замоноличенные соединения представляют собой заделку между соединяемыми деталями бетонными смесями или раствором. Примером такого соединения являются соединения железобетонных колонн с фундаментами, колонн с ригелями и др. Замоноличенные соединения более трудоемки по сравнению со сварными или болтовыми, так как для их выполнения требуются дополнительные затраты на укладку бетонной смеси и время на твердение бетона или раствора.

При работе зимой принимают дополнительные меры, чтобы обеспечить набор прочности бетона в стыке несущих конструкций не менее 70 проц. от проектной.

В смешанных соединениях конструкции сначала крепят болтами или сваркой, а затем замоноличивают бетонной смесью или раствором. К смешанным соединениям относятся стыки колонн по их высоте, примыкания плит к ригелям перекрытия и к фермам покрытия и др.. Смешанные соединения наиболее трудоемки и сложны по исполнению.

Монтажные соединения должны быть прочными, жесткими и долговечными, а также технологичными при монтаже и заделке. Кроме того они должны обеспечивать неизменяемость взаимного положения стыкуемых элементов.

С учетом функционального назначения возводимых зданий и сооружений к стыкам, узлам и швам предъявляют дополнительные требования по герметичности, тепло- и звукопроводности.

К заделке стыков разрешается приступить только после выверки установленных элементов, приемки по акту сварных швов и антикоррозионной защиты металлических элементов. Бетонные и растворные смеси для заделки несущих стыков приготовляют на быстротвердеющих цементах или портландцементе марки не ниже 400. Стыки, не воспринимающие расчетных усилий, допускается заделывать растворами марки не ниже 50.

Болтовые соединения

Болты грубой точности штампуют из круглой углеродистой стали диаметром не более 20 мм. Их ставят в отверстия с зазором 2-3 мм. Такие болты имеют повышенную деформативность и в многоболтовых соединениях плохо работают на срез, поэтому не допускается применение их в соединениях со знакопеременными усилиями. Болты грубой точности применяют, как правило, в узлах с опиранием одного элемента на другой, с передачей через опорный столик, а также в соединениях, где они не работают или работают только на растяжение.

Болты повышенной точности обрабатывают обточкой на токарном станке с допуском + 0,1 мм. Такие болты изготовляют диаметром 10-48 мм и длиной до 300 мм.

Высокопрочные болты (иначе их называют фрикционными) предназначены для передачи усилий, действующих на соединение, посредством трения. Такие болты изготовляют из высокопрочных сталей и термически обрабатывают в готовом виде. Болты ставят в отверстия, на 2-3 мм превышающие диаметр болта, но гайки затягивают тарировочным ключом. Такие соединения просты, но достаточно надежны и применяются в ответственных сооружениях.

Диаметры для болтов повышенной точности назначают равными номинальным диаметрам болтов. Отверстия для таких болтов имеют только плюсовые отклонения, что обеспечивает установку болта без затруднений. В отличие от болтов нормальной и грубой точности рабочая часть стержня болта повышенной точности не имеет нарезки, что обеспечивает достаточно полное заполнение отверстия и хорошую работу на срез. Чтобы отличить высокопрочные болты от других, на их головку наносят выпуклую маркировку.

Сборка соединений. Сборка болтовых соединений включает в себя следующие операции: подготовка стыкуемых поверхностей, совмещение отверстий под болты, предварительное стягивание соединяемых деталей стыка, рассверливание отверстий (при необходимости) до проектного размера, установка болтов и окончательная сборка.

Подготовка стыкуемых поверхностей заключается в очистке сопрягаемых элементов от ржавчины, грязи, масла и пыли. Кроме того, выправляют неровности, вмятины, погнутости, а также удаляют напильником или зубилом заусенцы на кромках деталей и отверстий. Особенно тщательно эти операции выполняют при соединении деталей на высокопрочных болтах, где плотное примыкание всех стыкуемых элементов является одним из основных условий надежности работы болтового соединения.

Соединяемые поверхности очищают сухим кварцевым или металлическим песком с помощью пескоструйной установки; обжигом газовыми горелками, стальными щетками, химической обработкой.

Пескоструйная очистка эффективнее других способов, так как обеспечивает высокий коэффициент трения стыкуемых поверхностей, однако этот способ наиболее трудоемок.

Наиболее часто применяют огневой способ обработки с использованием универсальных горелок, которые работают как на природном газе, так и на кислородно-ацетиленовой смеси, и создают температуру 1600-1800 °С, что обеспечивает сжигание жировых пятен и отслаивание окалины и ржавчины.

Один из способов очистки болтов, гаек и шайб заключается в том, что их погружают в бак с кипящей водой, а затем в емкость, заполненную неэтилированным бензином с 10-15% минерального масла. После испарения бензина на поверхности метизов остается тонкая сплошная пленка смазки.

Точность совмещения отверстий монтажных деталей достигается с помощью проходных оправок, представляющих собой стержень с цилиндрическими частями. Диаметр оправок должен быть на 0,2-0,5 мм меньше диаметра отверстия.

Для фиксации взаимного расположения монтируемых элементов и предупреждения их сдвига 1/10 общего числа отверстий заполняют пробками, диаметром равным диаметру отверстий. Длина пробок должна превышать суммарную толщину соединяемых элементов. После постановки пробок оправки выбивают. Пакеты соединяемых элементов стягивают постоянными или временными болтами, которые ставят через каждое третье отверстие, но не реже чем через 500 мм.

Отверстия сверлят ручными пневматическими и электрическими машинами.

Пневматические машины бывают прямые, применяемые для работы в местах, где нет ограничений по габаритам, и угловые, приспособленные для работы в стесненных местах. Пневматическими установками рассверливают отверстия диаметром до 20 мм.

Электрические машины работают от сети переменного тока напряжением 220 В. На открытом воздухе такие машины применяют в комплекте с защитно-отключающим устройством, а в закрытых сухих помещениях — заземляют, монтажник работает электрическими инструментами в перчатках и стоя на резиновом коврике. Наиболее безопасны машины — с двойной изоляцией; их можно применять без дополнительных мер защиты и при работе на открытом воздухе.

После рассверливания отверстий, свободных от сборочных болтов, болты вывинчивают, а на их место ставят постоянные болты.

Гайки всех болтов (постоянных и временных) закручивают ручными ключами (обычными или трещоточными). При этом один рабочий удерживает головку болта от вращения, а второй затягивает гайку. На болтах нормальной и повышенной точности устанавливают шайбы — одну под головку болта и не более двух — под гайку. При большом числе болтов в одном соединении применяют электрические гайковерты. Болты устанавливают от середины стыка к краям. Со стороны гайки должно оставаться не меньше одной нитки резьбы с полным профилем. Качество затяжки проверяют, постукивая болты молотком массой 0,3-0,4 кг. При этом болты не должны смещаться и дрожать.

От самоотвинчивания гайки предохраняют контргайками или пружинными шайбами. Однако при динамических и вибрационных нагрузках этих мер недостаточно, поэтому в процессе эксплуатации следует систематически контролировать состояние монтажных соединений и подтягивать гайки на ослабевших болтах.

Соединения на высокопрочных болтах бывают сдвигоустойчивые и с несущими болтами. В сдвигоустойчивых соединениях болты непосредственно не участвуют в передаче усилий: все усилия, приложенные к сопрягаемым элементам, воспринимаются только за счет сил трения, возникающих между плоскостями сдвига. В соединении с несущими болтами наряду с силами трения между плоскостями сдвига в передаче усилий участвуют и сами болты, что позволяет повысить несущую способность одного болта в 1,5-2 раза по сравнению с болтом в сдвигоустойчивых соединениях.

Поверхности соединяемых элементов в этих случаях обрабатывают, как под обычные болтовые соединения. Перед постановкой болтов, шайб и гаек удаляют консервирующую смазку. Для этого их в решетчатой таре опускают в кипящую воду, а затем в емкость со смесью 15% минерального масла и 85% неэтилированного бензина.

При этом особое внимание уделяют натяжению соединяемых элементов. Существует несколько способов определения усилий натяжения болтов. На строительной площадке часто применяют метод косвенной оценки усилий натяжения через крутящий момент, которых необходимо приложить к гайке.

Крутящий момент М определяют из выражения: М = КР·а, где Р — Усилие натяжения болта, Н; d — номинальный диаметр болта, мм; К — коэффициент закручивания болта.

Натяжение болтов контролируют выборочно: при числе болтов в соединении до 5 — все болты, при 6-20 — не менее 5 болтов и при большем числе — не менее 25 % болтов в соединении. Если при контроле обнаруживается, что хотя бы один болт не удовлетворяет установленным требованиям, то проверяют все болты. Головки проверенных болтов окрашивают, а все соединения зашпаклевывают по контуру.

Заклепочные соединения

По назначению заклепочные соединения подразделяются на прочные, плотные и прочноплотные. Прочные соединения применяют при сборке и монтаже колонн, ферм, балок; плотные — цистерн, резервуаров; прочноплотные — для изготовления емкостей, находящихся под давлением.

Заклепочные соединения применяют при изготовлении тяжелых подкрановых балок, мостов, элементов пролетных и других конструкций, для которых необходимо обеспечить высокую вибрационную прочность. Чаще всего используют заклепки диаметром 12-30 мм, которые ставят в отверстия, диаметр которых на 1-1,5 мм больше диаметра заклепки.

За расчетный диаметр заклепки принимают диаметр отверстия, так как при образовании замыкающей головки стержень головки осаживается и утолщается.

Длину заклепки выбирают с учетом толщины соединяемого пакета и длины стержня, идущей на образование замыкающей головки и заполнение зазора между отверстием и стержнем.

В самих заклепках и в заклепочных соединениях возникают срезывающие, сжимающие и изгибающие напряжения; наиболее опасны из них срезывающие и сжимающие.

Клепку выполняют горячим и холодным способами. Горячую клепку производят, как правило, в заводских условиях. Для этого применяют электрические или пневматические клепальные скобы. Заклепку, нагретую до 900-1100°С (оранжевый цвет), вставляют в отверстие соединяемых элементов. При остывании заклепка укорачивается и плотно стягивает склепанный пакет. В условиях монтажной площадки клепку ведут холодным способом с применением пневматических клепальных молотков. Операции выполняют в такой последовательности: изготовление деталей с отверстиями; установка в часть отверстий временных болтов (не менее 1/3 от числа всех заклепок); рассверливание (при необходимости) отверстий в сборных деталях; непосредственно клепка. При установке заклепок их удерживают ручными поддержками.

Заклепки располагают в один или несколько рядов. Расстояние между осями продольного ряда заклепок, т.е. установленных вдоль прилагаемого усилия, называют шагом, а в поперечном ряду — дорожкой. В зависимости от числа заклепок в соединении и их расположения монтажную клепку подразделяют на узловую и рядовую. Узловой считают клепку, если в узле не более 15 заклепок, рядовой — клепку при числе заклепок в узле более 15.

Для рассверливания отверстий применяют пневматические сверлильные машины.

Качество поставленных заклепок проверяют внешним осмотром, замерами и остукиванием. При внешнем осмотре удостоверяются, что нет перекосов, а при остукивании, что отверстие целиком заполнено стержнем. Для этого применяют контрольный молоток массой 0,3-0,4 кг. Удары наносят по боковой поверхности головок в направлении, перпендикулярном ее оси.

Слабые заклепки заменяют. Чтобы извлечь заклепку, одну из ее головок срубают зубилом или срезают кислородным резаком, после этого выбивают стержень заклепки пневматическим молотком и выколоткой. Чтобы заклепка легче выходила из отверстия, его со стороны срубленной головни заливают керосином.

Заклепки в конструкциях из алюминиевых сплавов изготовляют из сплавов тех же марок, что и соединяемые элементы, и ставят только в холодном состоянии. Контакт алюминиевых сплавов с другими металлами недопустим, так как в местах соприкосновения возникает электрохимическая коррозия.

Способы соединения металлических конструкций

При изготовлении и монтаже технологических конструкций применяют в основном сварные и болтовые соединения. Соединения на заклепках в последнее время применяют очень редко.

При изготовлении конструкций элементы соединяют на сварке. Это наиболее экономичный способ с точки зрения трудоемкости и расхода металла. Монтажные соединения обычно выполняют на болтах. Сборка металлоконструкций при монтаже на болтах намного снижает трудоемкость работ, так как сварка элементов, особенно на высоте, очень трудоемка. Соединение на болтах в данном случае себя вполне оправдывает.

В болтовых соединениях, не требующих передачи больших усилий, применяют болты грубой точности. Для ответственных узлов применяют болты нормальной и повышенной точности. Такие болты усложняют монтаж, так как требуют большой точности в работе. Часто используют болты грубой точности (раньше эти болты называли черными). В последнее время широко применяют соединения на высокопрочных болтах.

При изготовлении технологических металлоконструкций применяют сварку: электрическую, ручную, полуавтоматическую и автоматическую под флюсом, а также электросварку в защитном газе (рис. 19). Применяют газовую сварку, а также точечную или контактную электросварку.

Наиболее широко распространена ручная электродуговая сварка, так как она не требует сложной аппаратуры, ее можно проводить в любых условиях.

В последнее время значительно увеличилось применение механизированных способов сварки. Автоматическая электросварка под слоем флюса применяется в тех случаях, когда необходимо накладывать сварные швы большой протяженности в нижнем положении. Данный вид сварки обеспечивает высокое качество сварного шва, производительность труда по сравнению с ручной электросваркой увеличивается в 5—8 раз.

Сваркой в среде углекислого газа пользуются при изготовлении конструкций из углеродистых и легированных сталей. В монтажных условиях применяют полуавтоматическую сварку порошковой проволокой.

Существует четыре вида сварных соединений: стыковые, угловые, тавровые, внахлестку (табл. 2). Стыковые соединения разделяют на прямые, расположенные под углом 90° к оси соединяемого элемента, и косые, расположенные под углом менее 90°. При сварке встык, в зависимости от толщины свариваемых деталей, кромки соединяемых элементов обрабатывают согласно ГОСТ 8713—70 для автоматической и полуавтоматической сварки и согласно ГОСТ 5264—69 для ручной сварки.





Для обеспечения хорошего провара кромки под сварку подготавливают на кромкострогальных и торцестрогальных станках, а также с помощью кислородной резки. Обрабатываемую кромку притупляют для предотвращения прожога металла. Лучший провар кромок обеспечивается зазором между соединяемыми листами.

Угловые швы разделяют на фланговые, расположенные параллельно действующему усилию, и лобовые, расположенные перпендикулярно действующему усилию. Кроме того, различают угловые швы сплошные и прерывистые (шпоночные).

В зависимости от положения швов в момент сварки различают швы нижние, потолочные, горизонтальные и вертикальные (рис. 20). Наиболее хорошее качество сварных швов достигается при сварке в нижнем положении. Сварка в потолочном положении наиболее трудоемка, поэтому ее применение нежелательно.

При соединении металлических конструкций большое значение имеет правильный выбор типа электродов. Для защиты свариваемого металла от вредного воздействия воздуха электроды покрывают обмазками. Обмазки бывают тонкие (стабилизирующие) и толстые (качественные). Электроды хранят в сухом проветриваемом помещении. Отсыревшие электроды перед сваркой прокаливают в сушильных шкафах.

Технологические металлоконструкции кроме сварки соединяют на заклепках или болтах, особенно в конструкциях, воспринимающих динамические нагрузки. Существуют различные виды заклепок, болтов и заклепочных соединений (рис. 21). Вместо заклепок могут применяться болты. Стык внахлестку работает с эксцентриситетом. Соединение прокатных профилей может производиться как уголковыми, так и листовыми накладками. При стыках с листовыми накладками последние на внутренних сторонах полок выполняются из обрезков полок аналогичных профилей, при этом обе плоскости становятся параллельными.

Читать еще:  Огнеупорные краски по металлическим изделиям до 1000 градусов

Номинальные диаметры заклепок и болтов грубой и нормальной точности, а также высокопрочных и соответствующие им номинальные диаметры отверстий приведены в табл. 3.

Наиболее экономичные соединения — стыки на высокопрочных болтах. В отличие от заклепок и болтов высокопрочные болты передают усилия не на срез и смятие, а за счет сил трения, создаваемых между стягиваемыми плоскостями.

Высокопрочные болты и гайки, изготовляемые из высокопрочных легированных сталей, после изготовления подвергают термической Обработке, которая повышает предел прочности стали. Для увеличения площади давления на соединяемые элементы и для предохранения соединяемых элементов от задира под головку и гайку болта подкладывают шайбы. Шайбы, так же как и высокопрочные болты, изготовляют из высокопрочной стали с термообработкой.

В соединениях на высокопрочных болтах поверхности соединяемых элементов в пределах узлов и соединений перед сборкой подвергают огневой очистке (кислородно-ацетиленовой, кислородно-пропанбутановой) или пневматической (песком, металлическим порошком с зерном размером не более 1 мм). Обработка поверхности при помощи кислородно-ацетиленового пламени производится с 30%-ным избытком кислорода. Огневая обработка допускается при толщине металла не менее 5 мм. Перегрев металла при огневой обработке не допускается.

После огневой очистки удаляют окалину и продукты загрязнения мягкими проволочными щетками с последующей протиркой поверхности чистой сухой ветошью. Соединяемые поверхности элементов очищают от пыли, ржавчины и жировых загрязнений.

Высокопрочные болты натягивают динамометрическим ключом или гайковертом, развивающими крутящий момент Мкр, обеспечивающий в болте проектное усилие

где К — коэффициент закручивания, устанавливаемый стандартами или техническими условиями на болты; Р — заданное усилие натяжения болта; d — номинальный диаметр болта.

Отклонение фактического натяжения болта от проектного не должно превышать +20%.

Для заворачивания высокопрочных болтов применяют простейший ручной ключ (рис. 22) с индикатором часового типа, который показывает отсчеты, вызванные деформацией рукоятки. В середине ключа сделан вырез, в котором находится упор (язык). Этот упор при работе ключа не деформируется. Деформации подвергается рукоятка ключа, которая при приложении к ней определенной силы в месте опоры языка изгибается. Стержень индикатора часового типа жестко закреплен на рукоятке и касается перемещающимся стержнем упора. Длина рукоятки ключа 1200 мм.

Расчетное усилие Nб, которое может быть воспринято каждой поверхностью трения соединяемых элементов, стянутых одним высокопрочным болтом, определяется по формуле

где Р — осевое усилие натяжения болта; f — коэффициент трения (табл. 4); m — коэффициент условий работы болтового соединения, равный 0,9.

Осевое усилие натяжения высокопрочных болтов Р, принимаемое в зависимости от механических свойств болтов после их термической обработки равным 0,65% разрушающей нагрузки при разрыве болта, определяется по формуле

где 0в — временное сопротивление разрыву стала высокопрочных болтов после термической обработки в готовом изделии; Fнт — площадь сечения болта, определяемая аналогично площади сечения болтовых и заклепочных соединений.

Соединения элементов металлических конструкций. План.

    Анжела Ершова 4 лет назад Просмотров:

1 Соединения элементов металлических конструкций. План. 1. Сварные соединения. Общие сведения. 2. Расчет стыковых швов. 3. Расчет углового сварного шва на растяжение и сжатие. 4. Конструктивные требования, предъявляемые к сварным швам.. 5. Соединения на болтах и заклепках. 1. Сварные соединения. Общие сведения. Сварка основной тип соединений элементов металлических конструкций (свыше 90 % всех металлических конструкций являются сварными). Достоинства сварки: а) снижение расхода стали на %; б) уменьшение трудоемкости изготовления на 20 % и более; в) сравнительная простота автоматизации; г) возможность создания конструкций, невыполнимых при других типах соединений (например, фермы с узлами без фасонок). Преимущества сварки столь существенны, что она используется везде, где это возможно. Главный недостаток сварных конструкций чувствительность к концентрациям напряжений, в результате чего при воздействии низких температур и динамических нагрузок возможно хрупкое разрушение их. В строительстве чаще всего применяется электродуговая сварка ручная, полуавтоматическая и автоматическая. При этом методе между электродом и свариваемой деталью образуется электродуга. Глубина проникания наплавленного металла в основной называется проваром. Электроды для ручной сварки разделены на типы, обозначаемые буквой Э с цифрой. Цифра указывает размер временного сопротивления разрыву металла шва в кг/мм 2. Например, Э60 электрод, у которого шов имеет br = 60 кг/мм 2 = 590 МПа. Буква А ставится сзади, если шов отличается повышенной пластичностью, например Э42А Типы сварных швов Сварные швы По конструктивному признаку Стыковые Угловые прямые лобовые косые фланговые косые

2 Прямой стыковой шов Косой стыковой шов Угловые швы Сварные швы по способу изготовления заводские (их делают на заводе-изготовителе) монтажные (выполняют на строительной площадке) На чертежах монтажные швы обозначают крестиками. Сварные швы в зависимости от числа слоёв, накладываемых при сварке однопроходные (выполняемые за один проход) многопроходные При сварке за один проход накладывается шов высотой до 8мм.

3 Сварные швы по положению в пространстве нижние; вертикальные; горизонтальные; потолочные Для улучшения качества шва при толщинах более 8 10 мм кромки стыкуемых элементов необходимо скашивать. Разделки кромок бывают V, X, К и U.образные.

4 При выполнении соединений могут возникать пороки шва (некачественные участки): в начале движения электрода непровар, при отрыве электрода кратер. Наличие некачественных участков шва учитывается в расчетах уменьшением длины шва по сравнению с длиной соединяемых элементов. Для устранения этих недостатков, швы начинают и заканчивают на технологических планках, при этом расчетная длина шва принимается равной длине соединяемых элементов. Технологические планки после выполнения шва обрубаются, а шов шлифуется. 3 технологическая планка 1.2. Виды сварных соединений Сварные соединения Стыковое соединение Соединение внахлестку Тавровое соединение (впритык) Угловое соединение Комбинированное соединение Стыковое соединение. Прямой стыковой шов.

5 Стыковое соединение. Косой стыковой шов. Соединение внахлестку. Угловые швы. Тавровое соединение. Угловые швы Угловое соединение. Угловые швы Комбинированное соединение. 1 стыковой шов 2 угловые швы 2. Расчет стыковых швов. Стыковые швы самые надежные, они вызывают наименьшие концентрации напряжений. Стыковые швы при сжатии равнопрочны основному металлу, а при растяжении прочность их на 15% меньше. Слабое место любого шва его начало и конец, поэтому расчетную длину шва принимают меньше фактической длины (на непровар в начале и на кратер в конце шва, являющиеся концентраторами напряжений). В стыковых швах длина шва уменьшается на две толщины соединяемых элементов. При работе на растяжение или сжатие стыковой сварной шов рассчитывается по формуле

6 N R y c, tl n где l расчетная длина шва; l l 2t ; t расчетная толщина шва, равная наименьшей толщине соединяемых элементов; R расчетное сопротивление стыкового шва (при работе на растяжение, изгиб y R 0, 85 R R ). y R y ; в остальных случаях y y Применяя для соединения листов, косые стыковые швы, тем самым увеличиваем длину шва, и при углах наклона швов 7 4. Конструктивные требования, предъявляемые к сварным швам. Для предупреждения возможности хрупкого разрушения сварного шва необходимо: а) предпочитать стали спокойных плавок, марку стали и материалы для сварки выбирать строго в зависимости от условий работы конструкции; б) стремиться к снижению концентраций напряжений, сварочных напряжений и деформаций. Особенно опасны концентраторы, расположенные в сильно напряженных сечениях и ориентированные поперек направления растягивающих напряжений; в) избегать сварки при низких температурах. Для уменьшения концентрации напряжений необходимо: а) избегать пересечений швов и скоплений их в одном месте; б) принимать число и размеры сварных швов минимально необходимыми; в) предпочитать угловым швам стыковые (с подваркой корня); г) избегать резких геометрических концентраторов напряжений (острых и прямых входящих углов, надрезов, щелей, резких изменений сечений и т. п.); д) переходы от одной толщины (ширины) к другой устраивать плавными; 5.Соединения на болтах и заклепках. Болтовые соединения применяют для соединения металлических конструкций при монтаже. Болтовые соединения металлических конструкций по сравнению со сварными соединениями более металлоемки, и отверстия для болтов ослабляют сечения соединяемых элементов, но их использование значительно проще, так как не требуют сварочного оборудования. Болты Грубой точности Класс точности С Нормальной точности Класс точности В Повышенной точности Класс точности А Высокопрочные Болты грубой и нормальной точности используются трех диаметров 16, 20, 24мм и двух классов прочности 5.8 и 5.6 (первое число, умноженное на 100, определяет минимальное временное сопротивление, МПа; произведение чисел, умноженное на 10, равно пределу текучести, МПа). Отверстие для болта грубой и нормальной точности делают на 2мм больше диаметра стержня. Это очень облегчает постановку болтов: их можно ставить даже при небольшом несовпадении центров отверстий (так называемой черноте). Но из-за больших зазоров в соединениях при работе их на срез наблюдаются и большие сдвиги. Применение болтов грубой и нормальной точности: а) на монтаже для фиксации положения элементов; б) в случаях, когда болты работают на растяжение, а значительные вертикальные силы (при креплении ферм, ригелей рам и т. п. воспринимают специальные упоры столики. Болты повышенной точности отверстия для таких болтов просверлены на проектный диаметр. Соединение на таких болтах малодеформативно. Это улучшает работу соединения.

8 Основной вид работы болтовых (заклепочных) соединений работа на сдвиг. При этом болты могут разрушаться от перерезывания их стержней по плоскости среза или от смятия поверхностей отверстий сопрягаемых элементов. Силы смятия могут вызвать выкол между отверстием и краем элемента. Кроме того, болтовые соединения могут работать на растяжение. Расчет прочности болтовых (заклепочных) соединений производится в предположении равномерного распределения усилий между болтами или заклепками. Расчетное усилие, воспринимаемое одним болтом, определяют по формулам: — на срез Nb Rbs b Ans ; — на смятие N R d t, где bs bp b bp b R, R расчетные сопротивления болтовых соединений, принимаются по таб. 58*, 59* СНиП II-23-81*; 2 А расчетная площадь сечения стержня болта, определяется по формуле A d / 4 ; t наименьшая суммарная толщина элементов, сминаемых в одном направлении; n число расчетных срезов одного болта; s b — коэффициент условия работы болтового соединения, принимается по таб.35* СНиП II-23-81*. Количество болтов в соединении при действии продольной силы следует определять по формуле: N n n, cn min

9 где N min — меньшее из значений расчетного усилия для одного болта, взятое из условий прочности на срез или смятие. Болты расставляются рядами или в шахматном порядке. Расстояние между центрами болтов и от центра болта до края элемента определяются по таб. 39* СНиП II-23-81*. Размещение болтов рядами Размещение болтов в шахматном порядке

Интересные и нужные сведения о строительных материалах и технологиях

Соединения элементов стальных конструкций

Основным видом заводских соединений являются сварные соединения. Сварка существенно (до 20 %) снижает трудоемкость изготовления, упрощает конструкцию и в сравнении с ранее применявшейся клепкой дает значительную (до 15. 20 %) экономию металла. Возникающие внутренние остаточные напряжения от сварки, суммируясь с напряжениями от действия сил на элемент, усложняют напряженное состояние сварного соединения. В частности, при сварке толстых элементов возникает объемное напряженное состояние, особенно опасное при действии динамических нагрузок и низких температур, когда оно способствует хрупкому разрушению соединения. В строительных конструкциях применяется в основном электродуговая (ручная, автоматическая, полуавтоматическая, газоэлектрическая и электрошлаковая) сварка. Применение контактной и газовой сварки ограничено.

Преимущество ручной электродуговой сварки заключается в ее универсальности. Она может выполняться в нижнем, вертикальном, горизонтальном и потолочном положениях (рис. 14.2), а также в труднодоступных местах. Это обусловило ее широкое распространение на монтаже, где затруднено применение механизированных способов сварки. Однако ручная сварка обладает рядом недостатков малой глубиной проплавления основного металла, малой производительностью по сравнению с автоматической сваркой под флюсом. Для компенсации этих недостатков применяют тугоплавкие обмазки, которые повышают производительность сварки и увеличивают глубину проплавления шва (сварка с глубоким проплавлением).

В случае автоматической и полуавтоматической сварки дуга замыкается под слоем флюса, флюс расплавляется и надежно защищает расплавленный металл от соприкосновений с воздухом; расплавленный металл в этих условиях остывагт несколько медленней, хорошо освобождается от пузырьков газа и шлака, получается чистым, с ничтожным количеством вредных примесей; большая сила тока, допустимая при автоматической сварке, и лучшая теплозащита шва обеспечивают глубокое проплавление свариваемых элементов и большую скорость сварки, хотя этот вид сварки затруднительно вести в вертикальном и потолочном положениях. Электрошлаковая сварка (разновидность автоматитической сварки) удобна для вертикальных стыковых швов металла толщиной от 20 мм и более. Она осуществляется под слоем расплавленного шлака; сварочная ванна защищена с боков медными ползунами, охлаждаемыми проточной водой. Сварка в среде углекислого газа не требует приспособлений для удержания флюса, может выполняться в любом пространственном положении, обеспечивает получение высококачественных сварных соединений, хотя при этой сварке поверхность шва получается менее гладкой, чем при сварке под флюсом; к недостаткам относятся также необходимость защищать рабочих от излучения дуги и от скопления газа.

Сварные швы. По своей форме сварные швы подразделяются на стыковые и угловые (валиковые). Стыковые швы служат для стыкования элементов, лежащих в одной плоскости. Они весьма эффективны, так как дают наименьшую концентрацию напряжений, хотя и требуют дополнительной разделки кромок. По форме разделки кромок стыковые швы бывают U-, образными. Для U- и V- V- и К- образных швов, завариваемых с одной стороны, обязательна подварка корня шва с другой стороны — для устранения возможных непроваров (рис 14.3, а, поз.1), являющихся источником концентрации напряжении. Различные варианты стыковых швов показаны на рис. 14.3, б. Валиковые (угловые) швы навариваются в угол, образованный элементами, расположенными в разных плоскостях. Создаваемый при этом шов имеет форму валика (рис. 14.3, в).

Сварные швы по положению в пространстве при их выполнении могут быть вертикальными, горизонтальными и потолочными (см. рис. 14.2). Наиболее легко поддается механизации и дает лучшее качество шва сварка нижних швов. Вертикальные, горизонтальные и потолочные швы трудно механизировать, а при выполнении их вручную качество шва относительно невысоко, поэтому применения этих швов следует по возможности избегать.

Сварные соединения. Существуют следующие виды сварных соединений: стыковые, внахлестку, угловые и тавровые (впритык). В стыковых соединениях элементы соединяются торцами или кромками, т. е. один элемент как бы является продолжением другого (рис. 14.3, г). Стыковые соединения дают наименьшую концентрацию напряжений при передаче усилий; они экономичны, могут быть наиболее надежно проконтролированы. Толщина свариваемых элементов в соединениях такого вида практически не ограничена. Стыковые соединения применяются в основном для листового металла и могут быть выполнены прямым или косым швом ( соответственно слева и справа на рис. 14.3, г).

В соединениях внахлестку поверхности свариваемых листов частично находят друг друга (рис. 14.3, д). Их широко применяют при сварке листовых конструкций из стали небольшой толщины (3. 6 мм), в решетчатых и некоторых других видах конструкций. К соединениям внахлестку относятся также соединения с накладками (рис. 14.3, г, е), применяемые для соединения элементов из профильного металла и для усиления стыков. Соединения внахлестку и с накладками отличаются простотой, хотя вызывают резкую концентрацию напряжений, что ограничивает их применение при действии динамических нагрузок или низких температур; кроме того, они более металлоемки, чем стыковые.

Болтовые соединения. В металлических конструкциях для соединения элементов применяют болты грубой, нормальной, повышенной точности, а также высокопрочные диаметром от 16 до 30 мм. Используют также анкерные болты диаметром до 90 мм.

Болты имеют головку, тело, которые на 2—3 мм меньше толщины соединяемого пакета, и нарезную часть, на которую надевается шайба и навинчивается гайка. Болты грубой и нормальной точности и гайки к ним изготовляют из углеродистой стали и вводят в отверстия, образованные продавливанием или сверлением в отдельных элементах. Края отверстия обычно имеют негладкую поверхность, несовпадение отверстий в отдельных элементах, что ухудшает работу соединения. Разница в диаметрах болта и отверстия (на 2. 3 мм повышает деформативность соединения, хотя и облегчает посадку болтов и упрощает образование соединения.

Для болтов повышенной точности (из углеродистой или легированной стали) принято поверхность ненарезанной части тела болта обтачивать до строго цилиндрической формы, а диаметр отверстия для таких болтов равен диаметру болта плюс 3 мм. Гладкая поверхность отверстия достигается сверлением отверстий в собранных элементах либо через специальные кондукторы-шаблоны, в отдельных элементах и деталях. Такие соединения применяют довольно редко.

Высокопрочные болты изготовляют из углеродистой стали 35 или легированных сталей 40Х, 40ХФА и 38ХС. Болты подвергают термической обработке в уже готовом виде. Высокопрочные болты ставят в отверстия большего, чем болт, диаметра, причем гайки затягивают специальным ключом, достигая большой силы натяжения болтов. Последняя плотно стягивает соединяемые элементы и препятствует их взаимному сдвигу за счет трения между соединяемыми элементами.

Читать еще:  Какая огнеупорная краска для печи лучше – виды, различия, правила использования

Расчет болтовых соединений (кроме высокопрочных) производится для двух случаев работы. Когда внешнее усилие направлено поперек оси болта, соединение работает на сдвиг, а болты работают на срез и смятие. Если же усилие действует вдоль оси стержня болта, то болты работают на растяжение, а разрушение соединения наступает после больших пластических деформаций, в результате чего усилие распределяется поровну между всеми болтами.

Контрольные вопросы. 1. Как различают строительные стали по составу? 2. Каков общий принцип расчета стальных конструкций по предельным состояниям первой группы ? 3. Каков общий принцип расчета стальных конструкций по предельным состояниям второй группы? 4. Какие коэффициенты надежности учитывают при расчете стальных конструкций ? 5. Какие коэффициенты условий работы учитывают при расчете стальных конструкций? 6. Каковы основные виды нормативных сопротивлений стали? 7. Каковы основные виды расчетных сопротивлений стали ? 8. Каковы основные способы сварки? 9. Каковы основные типы сварных швов ? 10. Каковы основные виды сварных соединений? 11. Как производится расчет сварных соединений ? 12. Какие виды болтов применяют в строительных конструкциях? 13. Как производится расчет болтовых соединений?

Болтовые и сварные соединения металлических конструкций

Согласно ТКП 45-5.04-41 сборку и закрепление монтажных соединений металлических конструкций рекомендуется выполнять на болтах без контролируемого натяжения и на высокопрочных болтах с контролируемым натяжением.

1. Сборка соединений на болтах без контролируемого натяжения

Перед сборкой стыкуемые поверхности должны быть очищены от загрязнений, льда, снега, наплывов грунтовки и краски, ржавчины, просушены (при необходимости) и не должны иметь неровностей, препятствующих плотному соединению поверхностей.

Для совмещения отверстий элементов стыка пользуются проходными оправками, диаметр цилиндрической части которых на 0,2 мм меньше диаметра отверстий. Часть отверстий (не менее 10 %) заполняется сборочными пробками (рис. 35). Пробки фиксируют взаимное расположение соединяемых элементов от сдвига. После установки сборочных пробок оправки выбивают. Диаметр сборочных пробок должен соответствовать диаметру отверстий.

Рис. 35. Технологическая оснастка для сборки болтовых соединений: а – проходная оправка; б – сборочная пробка

В собранном пакете болты заданного в проектной документации диаметра должны пройти в 100 % отверстий. Допускается прочистка 20 % отверстий сверлом, диаметр которого равен диаметру отверстия, указанному в чертежах. При этом в соединениях с работой болтов на срез и соединенных элементов на смятие допускается чернота (несовпадение отверстий в смежных деталях собранного пакета) до 1 мм – в 50 % отверстий, до 1,5 мм – в 10 % отверстий.

В случае несоблюдения этого требования с разрешения организации-разработчика проектной документации отверстия следует рассверлить на ближайший бόльший диаметр с установкой болта соответствующего диаметра.

Под гайку болта рекомендуется устанавливать одну круглую шайбу по ГОСТ 11371. Допускается установка не более двух круглых шайб под гайку болта и одной такой же шайбы под головку болта.

Затяжку болтов необходимо производить от середины поля болтов к краям. Другой порядок затяжки болтов должен быть предусмотрен в проектной документации.

Гайки временных и постоянных болтов без контролируемого натяжения завертывают ручными коликовыми ключами (рис. 36), имеющими с одной стороны зев для гайки, а с другой – коническую часть – колик, который служит оправкой при совмещении отверстий в деталях узла.

Рис. 36. Ключ коликовый монтажный: а – зев ключа; б – колик; s – размер под ключ

Плотность стяжки собранного пакета следует проверять щупом толщиной 0,3 мм, который в пределах зоны, ограниченной шайбой, не должен проходить между собранными деталями на глубину более 20 мм. Качество затяжки постоянных болтов следует проверять обстукиванием их молотком массой до 0,4 кг, при этом болты не должны смещаться.

В процессе эксплуатации зданий и сооружений необходимо периодически производить осмотр монтажных соединений и подтягивать ослабевшие гайки на болтах.

2. Сборка соединений на высокопрочных болтах с контролируемым натяжением

В соединениях на высокопрочных болтах с контролируемым натяжением соприкасающиеся поверхности деталей должны быть подготовлены в соответствии с указаниями в проектной документации. Способ обработки соприкасающихся поверхностей деталей сдвигоустойчивых соединений должен быть указан в чертежах КМ и КМД.

Состояние поверхности, независимо от способа обработки или очистки, следует контролировать и фиксировать в журнале выполнения монтажных соединений на болтах с контролируемым натяжением непосредственно после обработки или очистки и перед сборкой соединений. Способы обработки и соответствующие им коэффициенты трения даны в ТКП 45-5.04-41 [табл. 5.2].

До установки высокопрочных болтов соединение собирают на пробках и временных болтах и стягивают так, чтобы щуп толщиной 0,3 мм проходил вглубь пакета не более чем на 20 мм. Резьбу гаек высокопрочных болтов слегка смазывают минеральным маслом. Смазывать болт и поверхность гайки не разрешается. Болты в один прием затягивают гайковертом или ручным динамометрическим ключом. При отсутствии таких гайковертов затягивание осуществляют в два приема: сначала на величину меньше требуемой – гайковертом ИП-3106, а затем тарировочным ключом. Со стороны гайки после натяжения должно оставаться не менее трех ниток резьбы.

Величину крутящего момента для закручивания гаек высокопрочных болтов определяют по формуле

где N – расчетное усилие натяжения болта, в Н;

d – диаметр болта, в м;

ku – коэффициент, зависящий от качества нарезки, принимаемый в пределах 0,186–0,193.

Тарировка ключей и гайковертов должна осуществляться систематически до начала и в середине смены. Болты, дотянутые до проектного усилия, отмечаются краской. При применении в узлах и стыках высокопрочных болтов используют ключи-мультипликаторы (табл. 1).

Таблица 1. Техническая характеристика ключей-мультипликаторов

ПоказателиКПМ-130КПМ-220
Момент затяжки, Н·м500–13001100–2200
Относительная погрешность, не более, %+5+5
Передаточное число1616
Усилие на рукоятке, Н200200
Габариты, мм188 × 96 × 278220 × 112 × 278
Масса (без сменных головок и рычага), кг7,711,35

Натяжение болтов с регулировкой усилий по величине крутящего момента следует осуществлять поэтапно. Сначала болты необходимо затянуть на 50–80 % расчетного усилия для обеспечения плотности пакета. Затем болты должны быть дотянуты до полного расчетного усилия динамометрическими ключами статического действия с контролем натяжения по величине прикладываемого крутящего момента.

После окончания натяжения всех болтов в соединении старший рабочий-сборщик (бригадир) обязан поставить в предусмотренном месте клеймо (присвоенный ему номер или знак) и предъявить соединение для контроля.

После контроля натяжения и приемки соединения все наружные поверхности стыков, включая головки болтов, гайки и выступающие из них части резьбы болтов, должны быть очищены, огрунтованы, окрашены, а щели в местах перепада толщин и зазоры в стыках зашпатлеваны.

3. Сборка монтажных соединений на высокопрочных дюбелях

К выполнению монтажных соединений на высокопрочных дюбелях и руководству работами допускаются лица, прошедшие обучение, подтвержденное соответствующим удостоверением. При выполнении монтажных соединений на высокопрочных дюбелях следует соблюдать инструкции по эксплуатации пороховых монтажных инструментов, регламентирующие порядок ввода их в эксплуатацию, правила эксплуатации, технического обслуживания, требования безопасности, хранения, учета и контроля пистолетов и монтажных патронов к ним.

Перед началом работ по монтажу соединений на высокопрочных дюбелях следует осуществлять контрольную пристрелку для уточнения мощности выстрела (номера патрона). Расстояние от оси дюбеля до края опорного элемента должно быть не менее 10 мм в любом направлении. При установке рядом двух дюбелей минимальное расстояние между ними определяется условием расположения стальных шайб впритык друг к другу.

Установленный дюбель должен плотно прижимать шайбу к закрепляемой детали, а закрепляемую деталь – к опорному элементу. Цилиндрическая часть стержня дюбеля не должна выступать над поверхностью стальной шайбы.

4. Сборка монтажных соединений на самонарезающих винтах

При выполнении соединений на самонарезающих винтах под их головки следует устанавливать металлические уплотнительные шайбы.

Самонарезающие винты должны быть завернуты так, чтобы их головки плотно прилегали к шайбам, а нарезная цилиндрическая часть (стержень) выступала с тыльной стороны опорного элемента не менее чем на одну нитку резьбы.

В случае некачественной постановки самонарезающего винта (срез стержня, обрыв головки, неплотная посадка и т. п.) рядом, на расстоянии не менее пяти диаметров стержня и не более 60 мм, устанавливается новый винт. В тех случаях, когда можно рассверлить старое отверстие, ставится винт большего диаметра.

Сварные соединения. Монтажные соединения решетчатых и стержневых конструкций собирают преимущественно при помощи прихваток. Стыки тяжелых конструкций собирают при помощи сборочных приспособлений. Сварка монтажных соединений решетчатых и стержневых конструкций обычно выполняется вручную, а иногда – полуавтоматами с применением порошковой проволокой или голой легированной проволоки. В процессе сборки листовых конструкций широко используются сборочные приспособления, которые удаляются по мере сварки стыков. При автоматической сварке допускается предварительная подварка швов вручную.

Стыки можно сваривать следующими способами сварки: автоматической электрошлаковой; под флюсом; с применением порошковой проволоки; полуавтоматической; в среде углекислого газа; ручной.

Почти все виды автоматической и полуавтоматической сварки являются многошовными, только электрошлаковая сварка, независимо от толщины стали, выполняется за один проход бездуговым процессом. Эта сварка применима только для горизонтальных швов.

Сварка стыков может быть одно- и двусторонней. Швы большой протяженности сваривают вручную участками длиной по 300–400 мм. Направление сварки каждого участка должно быть противоположно направлению сварки всего шва. При толщине свариваемого металла более 8 мм сварной шов выполняют в несколько слоев: секционным способом или «горкой».

Для ручной сварки применяют электроды со специальным покрытием (обмазкой) различных типов. Число в марке электрода обозначает величину временного сопротивления наплавленного металла, а индекс «А» – повышенное относительное удлинение и ударную вязкость. Фаску под сварку у листов и труб следует снимать с помощью электрических или пневматических кромкорезов.

Контроль качества сварных соединений. В процессе контроля качества сварных соединений в зависимости от предъявляемых к ним требований могут выполняться: внешний осмотр шва, механические испытания металла шва, проверка качества структуры и плотности шва и др.

Внешний осмотр шва осуществляется с целью обнаружения видимых трещин, подрезов, шлаковых включений и непроваров глубиной более 10 % толщины свариваемых деталей.

Механические испытания металла шва выполняются в соответствии с ГОСТ 6996 на растяжение, ударный изгиб, ударный разрыв и сплющивание.

Из неразрушающих методов обычно используются следующие.

Фотографический метод основан на просвечивании сварного шва гамма-лучами, благодаря тому, что при просвечивании сварного шва гамма-лучами непрозрачные тела начинают светиться под их действием с различной интенсивностью. За счет этого при воздействии на фотослой, дефекты шва на пленке фиксируются как места с различной затемненностью.

В случае обнаружения дефектов количество проверяемых участков удваивается. Отечественные рентгеновские аппараты РУП-120-5-1, ИРА-1Д, ИРА-2Д малогабаритны и удобны для работы на стройплощадке.

Магнитографический метод основан на обнаружении полей рассеивания в местах дефектов на ферромагнитной ленте и последующем воспроизведении отпечатков; применяется для контроля соединений толщиной от 1 до 16 мм.

Ультразвуковой метод основан на различном отражении пучка высокочастотных звуковых колебаний от металла и имеющихся дефектов.

Контроль плотности сварных соединений чаще всего выполняют вакуумным методом, в замкнутых емкостях – сжатым воздухом в пределах рабочего давления, с промазкой наружной поверхности швов мыльным раствором или заполнением емкостей водой. Неплотности сварных швов можно обнаруживать, промазывая их с одной стороны керосином, а с другой – окрашивая водно-меловым составом; при этом в местах дефектов на поверхности меловой обмазки появятся жирные пятна керосина.

Вакуумный метод предусматривает использование металлической камеры без дна с верхней стенкой из органического стекла и резиновой прокладкой по кромкам боковых стенок. Испытуемый шов смазывают раствором пенного индикатора, на участок шва накладывают камеру и создают в ней вакуум. Появление на поверхности шва пузырей свидетельствует о его неплотности. Давлением сжатого воздуха и воды испытывают резервуары и трубопроводы. Швы покрывают пенным индикатором, а в сосуд нагнетают воздух под давлением. Появление пены свидетельствует о дефекте.

Химический метод применяется для испытания днища. Под днище укладывают трубы, по которым нагнетают аммиак. Боковую поверхность днища и основания герметизируют глиной, а швы промазывают меловой краской с индикатором (фенолфталеин) или проклеивают полосами смоченной индикаторной бумаги. В местах дефекта окраска или бумага меняет цвет.

При заполнении сосудов водой под давлением дефекты обнаруживаются по местам течи или увлажнения поверхности шва. Давление воды или воздуха назначается равным рабочему давлению, установленному для данной конструкции. Сосуды, работающие под большим давлением, во избежание больших разрывов испытывают водой. При производстве сборочных и монтажных работ металлических конструкций при отрицательных температурах наружного воздуха необходимо соблюдать следующие меры. Нельзя применять ударные воздействия на металлические конструкции при температуре окружающей среды ниже –25 °С. Гибку и правку металла при отрицательных температурах следует выполнять с предварительным его подогревом.

Ручную и полуавтоматическую сварку решетчатых и листовых конструкций толщиной стали до 16 мм можно вести обычными способами без подогрева для:

  • конструкций из углеродистой стали – при температуре до –30 °С;
  • конструкций из низколегированной стали – при температуре до –20 °С.

При большей толщине свариваемого металла или при более низких температурах зона выполнения сварочного шва на ширину в 100 мм с каждой стороны от него должна быть подогрета до 100–150 °С.

Узлы металлических балок: основные способы соединения

Узлы металлических балок — это соединение нескольких металлических каркасов. Все основные стыковые создаются только в промышленности, то есть идут только в виде заводских вариантов. Благодаря этому удается заметно увеличивать всю длину изготавливаемой продукции. К тому же узлы могут оказаться различного типа, в том числе их делают с удобством для монтажа. Но они обычно изготавливаются в основной строительной площади.

При помощи них можно выполнить соединение отдельно стоящих компонентов, создавая одну единственную общую конструкцию. Кроме того, подобные соединительные части обходятся намного дороже, нежели заводские. Обуславливается все это в потребности дополнительных соединительных материалов, то есть монтажных болтов.

  1. Узлы из металлических балок, колонн, ферм, а также рам
  2. Узлы, изготовленные для сопряжения всех металлических балок
  3. Сопряжения со специальными колоннами из стального материала
    1. Крепеж с боковой стороны
    2. Процесс опирания двух балок с верхней части колонн
    3. Шарнирные крепления на колонны с боковой части
    4. Сопряжение с колоннами в жестком варианте (сварка)

Узлы из металлических балок, колонн, ферм, а также рам

Все основные соединения между ними можно использовать и заводские, а также их выполняют при разработке самого изделия в промышленности. Благодаря этому удастся заметно увеличить общую длину всей продукции. Более того, подобные узлы из металлических балок могут быть изготовлены в монтажном варианте. Тогда производство будет осуществляться на самой площади строительных работ. При помощи них можно будет выполнить соединение отдельно стоящих компонентов, объединив их в одну целую конструкцию. Подобные соединительные работы будут стоить немного дороже общей стоимости заводских. В данном же случае требуются такие же монтажные болты, а делаются они по специальному заказу и только в соответствии с балками.

Узлы, изготовленные для сопряжения всех металлических балок

Подобные соединительные части делятся на несколько основных частей. Отличаются они обычно по своей конструкции и могут использоваться при строительстве различных зданий. Изготовление может производиться как в заводском варианте, так и отдельно в строительстве.

Сопряжения со специальными колоннами из стального материала

Опирающаяся конструкция из балок на колонны может быть сделана в виде шарнирного, а также жесткого крепления. Но все же, по возможности следует опирать балки поверх и подавать всю нагрузку только в центральной части профильного каркаса колонны.

Крепеж с боковой стороны

При крепеже с боковой стороны, кроме сжимающего нагружения во всем каркасе возникает основной момент, когда из-за действия данной силой появляется так называемый эксцентриситет, отчего каркас получает большую нагрузку, таким образом, приводит к излишнему расходу металлического каркаса колонны.

Для того чтобы эта нагрузка могла передаваться правильно и только через каждое ребро, тогда необходимо сделать так, чтобы ребра немного выступали от своего уровня, обычно это может составлять от 15 и до 20 миллиметров. Это же ребро же придется немного отстрогать, чтобы после общая нагрузка могла передаться на всю площадь ребра.

Процесс опирания двух балок с верхней части колонн

Таким же образом, как и в предыдущем необходимо:

  1. опереть их через ребро и довести до головки колонн;
  2. тут их нужно соединить, совместив между собой и закрепить болтами;
  3. с верхней части лучше болты не закреплять, если при этом вам не потребуется сделать узел в жестком варианте;
  4. между ними придется установить соответствующие пластины, чтобы потом лишний раз не пришлось стягивать их вместе.
Читать еще:  Как сделать бытовку своими руками из металла

Помимо этого можно опереть сразу две балки на один оголовок колонны с помощью следующей конструкции

В данной соединительной части главную роль играет балка, расположенная на нижней полкой на самом оголовке каждой колонны.

  1. Чтобы передавать всю поперечную силу ее придется усилить ребром.
  2. Ребро дальше крепим так, чтобы при процессе монтажных работ оно оказалось над самой полкой колонны.
  3. Дальше их необходимо соединить болтами, а также с помощью специальных накладных пластинок (проследите, что вся нагрузка располагалась симметрично).
  4. Здесь тоже не нужно соединять все балки с верхней части, чтобы не образовался узел.
  5. Ребра же на колоннах в данном случае не потребуются.
  6. Между ними лучше всего оставить небольшой проем, размером в 10 или 20 мм.

Шарнирные крепления на колонны с боковой части

При любом креплении с боковой стороны нужно рассчитать все колонны и создать так называемый эксцентриситет. При опирании при помощи шарнирного крепежа нагрузка будет передаваться только через опорное ребро и только на опорный стол. Небольшой столик обычно производят из прочного листового стального материала, но или используют не равнополочного угла. Высота столика может быть определено при условии прочной установки каждого сварного шва. Тут необходимо столик приварить с трех основных сторон. Общую ширину этого столика придется делать с учетом на 20 — 40 мм, немного больше размера балочного ребра.

Общий диаметр всех отверстий создаются на 3 или 4 мм больше диаметральных параметров каждого болта, но только, чтобы она не могла повиснуть на болтах, а наоборот успела прекрасно лечь на данный столик.

При использовании шарнирного опирание ребер в колонну каркаса не потребуется. Между данным ребром, служащим в качестве опоры, а также колонны монтируется металлическая прокладка, толщина, которой не должна превышать 5 мм.

Сопряжение с колоннами в жестком варианте (сварка)

Изготовить жесткую соединительную деталь можно будет только при помощи болтов, но или прибегнуть помощи сварки. Все же болтовой вариант соединения считается более технологичным. Так как в данном случае практически все детали разрабатываются, а также окрашиваются на производстве. При построении каркаса придется их просто установить, а болты потуже затянуть.

Между опорными ребрами, а также колонны придется установить несколько стальных прокладок, чтобы балки и колонны плотно прилегали друг к другу. То есть в данном случае зазора между ними не должно быть.

Максимальное количество необходимых болтов придется рассчитывать только согласно возникающему моменту.

Соединение металлических листов

Оптимальный способ соединения металлических листов выбирается, в зависимости от характеристик проката, планируемых условий его применения, наличия инструмента и расходных материалов. Традиционный вариант – сварка, но в некоторых случаях требуются альтернативы: клепка, фальцевые швы, болтовые соединения.

Фальцевые соединения тонких металлических листов

Это неразъемное, но не жесткое соединение часто используется при устройстве металлических кровель. Фальцевая стыковка позволяет решить проблему изменения геометрических размеров листа из-за температурных перепадов, поскольку жесткое герметичное соединение приведет к возникновению напряжений в месте стыка и деформации металла. Существует несколько видов фальцев.

Этот вид стыкования применяют для соединения краев в горизонтальном направлении. Он считается не слишком надежным, поэтому имеет много ограничений по областям применения.

  • Одинарные фальцы применяют на кровлях с большим уклоном скатов.
  • Двойные – востребованы при стыковании листов по краям вдоль наклона ската. Это надежный способ соединения элементов, предотвращающий попадание влаги внутрь строительной конструкции. Исключение составляет стоячая вода. Поэтому данный вид соединения используется на кровлях с уклоном скатов более 10°. На пологих скатах применяются высокие фальцы или прочные прокладки, допускающие воздействие оборудования для закатывания швов. Изготовить двойной фальцевый шов вручную практически невозможно, для этого необходимы гибочные станки.

Угловой стоячий Г-образный фальц имеет эффектный внешний вид, поэтому применяется на хорошо обозреваемых поверхностях.

Этот вид швов используется обычно в Европе. По виду он напоминает вертикальный двойной фальц, но в нем дополнительно применяется деревянный брусок.

Этот удобный вид соединения металлических листов разработан российскими специалистами. Он способен значительно сократить время монтажа кровли и снизить стоимость работ, поскольку специальное оборудование не требуется.

Соединение листов заклепками

Заклепочные соединения востребованы для конструкций, предназначенных для работы в условиях значительных динамических нагрузок. Заклепка представляет собой стержень с головкой. Этапы образования соединения:

  • листы накладывают друг на друга;
  • кернят центры отверстий;
  • изготавливают отверстия;
  • стержень помещают в подготовленное отверстие;
  • головку прижимают поддержкой;
  • противоположную часть стержня расплющивают;
  • окончательная форма верхней головки формируется с помощью обжимки.
  • в швах, от которых требуется значительная прочность и плотность, необходимо применять крепеж с полукруглой головой;
  • метизы с полупотайной или потайной головой востребованы, если выступающие головки мешают перемещению механизмов или в условиях значительных аэро- или гидродинамических нагрузок;
  • заклепки с головками в виде бочки применяются при планируемом контакте с горячими газами, в процессе работы такие головки оплавляются и приобретают полукруглую форму с сохранением прочности;
  • крепеж с широкой головкой востребован для соединения тонких листов;
  • трубчатые заклепки могут применяться только для слабонагруженных конструкций.

Совет! Иногда при ремонте требуется удаление старых заклепок. Для этого центр высверливания намечают керном на головке крепежа. Для изготовления отверстия используют сверло меньшего диаметра, чем стержень заклепки. Просверленная головка легко надламывается. Головки мелких метизов можно удалить напильником.

Один из вариантов разборного соединения листов – применение болтов. Такие соединения нетрудоемкие и достаточно прочные, что позволяет использовать их даже в конструкциях, подвергаемых серьезным нагрузкам.

Основные типы сварных соединений, их классификация и описание

Содержание:

  • Основные типы сварных соединений, применяемых при сварке металлических конструкций.
  • Надежность основных типов сварных соединений.

В любой металлической конструкции элементы соединяются между собой с помощью сварных швов. Правильно выполненные сварные соединения отличаются высокой надежностью и практичностью. Сварной шов – это участок соединения металлоконструкций, образованный в процессе сварки в результате затвердевания расплавленного металла. Основные типы сварных соединений: стыковые, угловые, тавровые, нахлесточные, торцевые.

Основные типы сварных соединений, применяемых при сварке металлических конструкций.

  • Стыковые соединения.

При этом способе элементы соединяются торцевыми поверхностями, находясь в одной плоскости. Всего насчитывается 32 вида таких соединений, обозначаются согласно ГОСТу буквами С1,С2….С32.

На рисунки № 1 приведено несколько основных видов стыковых соединений для крепления металлоконструкций.

Отличительная особенность – сварка происходит по всей длине кромки. Её вид зависит от толщины свариваемого металла, плоскости соприкосновения, наличия необходимого оборудования. Стыковые швы могут быть с отборной кромкой (рис. 2а), без разделки кромок (рис. 2б), с раздельной одной кромкой, с прямолинейной или нет формой разделки, с V и X–образной. Линии, образующие скос кромки, могут быть прямые или криволинейные. Если толщина металла до 60 мм и более, кромки выполняются на строгальном станке или термической резкой.

Главное правило – суммарный угол скоса должен быть в пределе 50±4°. Данный вид считается одним из экономичных, но более трудоемким и требует большой точности при производстве работ.

  • Угловые соединения.

Элементы конструкции располагаются под углом и скрепляются по краям. Таких соединений 10 видов, обозначаются они символом У (от У1 до У10). Они различаются формой кромки в поперечном сечении и длиной шва. Некоторые их них приведены ниже.

При угловых сварных соединениях шов может прерываться или быть непрерывным, располагаться в шахматном или цепном порядке. По поперечнику шов различается без разделки кромок, с одно- или двухсторонней разделкой кромок. Если толщина металла до 60 мм, то угол скашивания составляет 45±2°. Иногда при производстве работ применяется металлическая прокладка, которая обеспечивает провар по всему шву.

  • Тавровое соединение.

Основные типы сварных соединений также включают тавровое соединение – сварка, при которой торец одного элемента примыкает к плоскости другого. По ГОСТу соединения классифицируются от Т1 до Т9. Тавровые соединения изображены на рисунке №3 под цифрами 9 и 10, из него видно, что при толщине металла до 20 мм скосы не делаются, а ровно обрезают присоединяемый элемент, обеспечивая ровную поверхность к которому присоединяется. При толщине 60 мм в примыкающем элементе делают кромки с углами 45±2°. Для обеспечения надежного присоединения используется металлическая прокладка.

  • Нахлесточные соединения.

Как можно понять из названия, это сварное соединение, при котором элементы расположены параллельно относительно друг друга, при этом перекрывая на некотором расстоянии.

  • Торцевые.

Соединения, в которых элементы присоединяются друг к другу боковыми поверхностями.

Надежность основных типов сварных соединений.

При рассмотрении вопросов надежности необходимо исходить из большого количества как внешних, так внутренних факторов. Из перечисленных выше сварных соединений по своим характеристикам равноценны основному металлу – стыковые. Все нагрузки и усилия, которые воздействуют на металлоконструкции, собранные на стыковых сварных соединениях при высоком качестве выполненных сварочных работ, практически схожи цельному металлу. Единственный минус – обработка кромок и их подгонка, не всегда имеется возможность использования стыковых соединений из-за сложности самой конструкции. Самым простым считается нахлесточное соединение из-за отсутствия необходимости подготовки к работе, но оно также считается менее экономичным и прочным.

Какое бы не было выбрано соединение, необходимо помнить, что производства сварочных работ относятся к особо опасным и требуют соблюдения мер безопасности.

8.Сварные соединения элементов металлических конструкций. Стыковые сварные соединения. Соединения с угловыми швами и их расчет

Наиболее распространенными видами соединений металлических строительных конструкций являются сварные. В настоящее время более 95% стальных конструкций выполняется с соединениями на сварке при

изготовлении и более 60% на монтаже. Сварка упрощает конструктивную форму соединения, дает экономию металла, позволяет применять высокопроизводительные механизированные способы, что

значительно уменьшает трудоемкость изготовления конструкций.Кроме сварных соединений, в металлических конструкциях применяются болтовые.

Сварка представляет собой процесс молекулярного соединения свариваемых металлов путем местного нагрева их до жидкого состояния (сварка плавлением) или вязкого (сварка давлением).

В современном строительстве для соединения элементов получила распространение главным образом электродуговая сварка. Ограниченное применение находят контактная сварка, газовая, сварка трением, холодная,ультразвуковая.

Электродуговая сварка основана на явлении возникновения дуги между металлическим стержнем (электродом) и свариваемыми деталями

Способы сварки металлических конструкций :

Расчет и конструирование сварных соединений.Стыковые соединения

Расчет сварных стыковых соединений на центральное растяжение или сжатие производится по формулеN / (t lw ) ≤ Rwy γс, где N – внешнее усилие, приложенное к соединению; t – расчетная толщина шва, равная толщине наиболее тонкого из соединяемых элементов, если невозможно обеспечить полный провар по толщине свариваемых элементов путем подварки корня шва, в формуле вместо t следует принимать 0,7t; lw – расчетная длина шва, равная полной ширине соединяемых элементов за вычетом 2t, учитывающих низкое качество шва в зонах зажигания (непровар) и прерывания (кратер) Rwy – расчетное сопротивление сварного стыкового соединения равно р сварочной дуги. Расчетному сопротивлению основного металла Ry при сжатии, а также при растяжении, если применяются физические методы контроля качества сварных швов Если физические методы контроля качества шва, работающего на растяжение, не используются, то следует принимать Rwy = 0,85 Ry

Соединения с угловыми швами

Сварные соединения с угловыми швами при действии продольной и поперечной сил рассчитываются на условный срез по двум

сечениям (рис. 10.28): – по металлу шва (сечение 1-1):

N / (βf kf lw) ≤ Rwf γwf γc; – по металлу границы сплавления (сечение 2-

2):N / (βz kf lw) ≤ Rwz γwz γc.

Расчетные сопротивления сварных соединений Rwf – при расчете по металлу шва и Rwz – при расчете по металлу границы сплавления. Коэффициенты условий работы шва и , равные 1,0 во всех случаях, кроме конструкций, возводимых в климатических районах Ι1, Ι2, ΙΙ2 и ΙΙ3, для которых γwf =0,85 для металла шва с нормативным сопротивлением Rwun = 410 МПа и γwz = 0,85 –

для всех сталей.βf и βz – коэффициенты, учитывающие глубину проплавления шва и границы

9. Болтовые соединения. Работа и расчёт болтовых соединений на обычных болтах. Соединения на высокопрочных болтах

Работа на сдвиг является основным ви­дом работы большинства соединений, при­чем в разных соединениях она имеет свои особенности.

В соединениях на болтах, силы стя­гивания болтами, а следовательно, и развивающиеся силы трения между сое­диняемыми элементами при действии сдви­гающих сил недостаточны для полного восприятия этих сдвигающих сил.

Работу такого соединения можно разбить на четыре этапа. На 1-м этапе, пока силы трения между сое­диняемыми элементами не преодолены, сами болты не испытывают сдви­гающих усилий и работают только на растяжение, все соединение работает упруго. При увеличении внешней сдвигающей силы силы внутреннего трения оказываются преодоленными и наступает 2-й этап -сдвиг всего соединения на величину зазора между поверхностью отвер­стия и стержнем болта. На 3-м этапе сдвигающее усилие в основном передается давлением поверхности отверстия на стержень болта; стер­жень болта и края отверстия постепенно обминаются; болт изгибается, растягивается, так как головка и гайка препятствуют свободному изги­бу стержня. Постепенно плотность соединения расстраивается, силы тре­ния уменьшаются и соединение переходит в 4-й этап работы, характери­зующийся его упругопластической работой. Разрушение соединения про­исходит от среза болта, смятия и выкола одного из соединяемых элементов или отрыва головки болта.

Расчет прочности болтовых соединений производится в предположении равномерного распределения усилий между болтами по формулам:

;

на смятие болтов

;

на растяжение болтов

,

где N – расчетное значение продольной силы, действующей на соединение;

n – число болтов в соединении;

ns – число расчетных срезов одного болта;

γb – коэффициент условий работы болтового соединения;

— расчетная площадь сечения стержня болта;

Rs, Кр, Rt – расчетные сопротивления на срез, смятие и растяжение болтов;

d – наружный диаметр стержня болта;

— наименьшая суммарная толщина элементов, сминаемых в одном направлении.

При проектировании болтовых соединений обычно определяют количество болтов, заданного класса прочности, необходимое для восприятия внешнего усилия N:

из условия прочности на срез

;

из условия прочности на смятие

:

из двух полученных значений n принимают наибольшее.

Монтажные соединения на высокопрочных стальных болтах следует рассчитывать в предположении передачи действующих в стыках и прикреплениях усилий через трение. При этом распределение продольной силы между болтами следует принимать равномерным.

8.10. Расчетное усилие Qbh, которое может быть воспринято каждой поверхностью трения соединяемых элементов, стянутых одним высокопрочным болтом, следует определять по формуле

Rbh — расчетное сопротивление растяжению высокопрочного болта, определяемое согласно СНиП II-23-81;

— коэффициент условий работы соединения, принимаемый равным 0,8;

Abn — площадь сечения болта нетто, определяемая согласно СНиП II-23-81;

— коэффициент трения, принимаемый по табл. 40;

— коэффициент надежности, принимаемый по СНиП II-23-81.

Болтовые соединения

Различают несколько видов болтовых соединений. По числу поставленных болтов они подразделяются на олноболтовыс и многобол говыс, а по характеру передачи усилия в соединении от одного элемента к другому — на неелви- гоустойчивыс и един гоустойч иные (фрикционные). В неелвш оустоичивых соединениях сила затяжки гайкой не контролируется и считается, что усилие не передается через трение поверхностей соединяемых элементов. В соединениях же слвигоустойчивых сдвига­ющие силы передаются треним между соединяемыми элементами и учитываются при проектировании соединений. В соединениеях без контролируемого нагяжения могут ис­пользоваться болты различных классов прочности, в том числе и высокопрочные. В рас­четах таких соединений учитываются сопротивления растяжению, смятию и срезу без учета сил трения.

Болтовые соединения на высокопрочных болтах с контролируемым натяжением могут быть как фрикционными, так и фрнкцнонно-срезными (часть усилия перелается через трение поверхностей соединяемых элементов, а часть — через смятие, как при некон­тролируемом натяжении) 1 .

Результаты исследований показывают, что наиболее экономичным является фрик- ционно-срезное соединение. Однако в практике строительства, такие соединения при­меняются весьма редко, во-первых, из-за сложности точного учета распределения уси­лия между частью, передаваемой путем трения, и частью, передаваемой при работе на смятие соединяемых элементов, и. во-вторых, из-за возможной неупругой деформа­ции соединения, недопустимой для большинства сооружений, особенно статически неопределимых.

Типы болтовых соединений

Различают две конструктивные разновидности соединений — стыки и прикрепления элементов друг к другу.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector