сращивание стальных конструкций

1. Сращивание стальных конструкций с равномерным поперечным сечением
Заводское сращивание стальных конструкций
Натяжные элементы: Можно использовать прямую стыковую сварку (рис. a) или соединительные пластины с галтельными швами (рис. b). При прямой стыковой сварке качество шва должно соответствовать стандартам I или II класса; в противном случае необходимо использовать накладки с галтелью.
Компрессионные элементы: Можно использовать прямую стыковую сварку (рис. a) или соединительные пластины с галтельными швами (рис. b).
При использовании соединительных пластин и сварных швов с разделением по ширине фланцы и полотно должны иметь отдельные соединительные пластины и сварные швы, чтобы обеспечить прямую и равномерную передачу усилия, избегая чрезмерной концентрации напряжений. При определении ширины пластины для сращивания полотна необходимо предусмотреть достаточный зазор для облегчения работы электрода при сварке продольного шва.

Сращивание стальных конструкций на месте
Натяжные элементы: Можно добавить соединительные пластины с помощью высокопрочных болтов (рис. c) или торцевые пластины с помощью высокопрочных болтов (рис. d).
Компрессионные элементы: Можно использовать сварку (рис. e, f) или передавать усилие непосредственно через подшипник после строгания верхней и нижней контактных поверхностей (рис. g, h). При сварке верхняя часть элемента должна быть предварительно обработана фаской на заводе. Нижняя часть (или обе части - верхняя и нижняя) оснащается позиционирующими элементами (швеллерная или угловая сталь) для обеспечения правильного выравнивания во время сварки. После строгания верхних и нижних контактных поверхностей, если усилия передаются непосредственно через подшипники, необходимо добавить небольшое количество сварных швов и болтов для предотвращения смещения. При сращивании растягивающихся и сжимающихся элементов следует руководствоваться принципом равной прочности, то есть материалы и соединители для сращивания должны выдерживать максимальное внутреннее усилие разрушенного участка.

2. Сращивание стальных балок
В связи с различными условиями строительства методы сращивания балок делятся на заводские и на месте.

Заводское сращивание стальных конструкций

1. Чтобы избежать концентрации сварного шва, места соединения фланца и полотна желательно располагать в шахматном порядке.
2. Стыковая сварка обычно используется для соединения фланцев и полотнищ.
3. Для сварных швов, соответствующих стандартам контроля качества сварки I и II классов, проверочные расчеты не требуются.
4. Для сварных швов, соответствующих стандартам контроля качества сварки III класса, требуется проведение проверочных расчетов. Если прочность шва недостаточна, можно использовать наклонную сварку. Если θ удовлетворяет tan θ ≤ 1,5, проверочные расчеты не требуются.

Сращивание стальных конструкций на месте

1. При сращивании на месте фланец и полотно обычно разъединяются в одном и том же сечении, чтобы облегчить транспортировку сегментов (рис. a). Чтобы обеспечить некоторое расширение и сжатие фланцевого листа во время сварки и тем самым снизить остаточное напряжение при сварке, на заводе можно оставить несваренным участок длиной около 500 мм.
2. Как показано на рис. b, соответствующее разнесение мест сращивания фланца и полотна может предотвратить концентрацию сварного шва в одном и том же сечении, хотя это может усложнить транспортировку.
3. Для более ответственных клепаных балок или больших сварных балок, испытывающих динамические нагрузки, обычно используются высокопрочные болты для соединений на месте.

3. Соединения между главными и второстепенными балками
Вторичные балки со свободной опорой
1) Перекрывающееся соединение
Конструкция: Опорные ребра жесткости должны быть расположены в соответствующих местах главной балки, чтобы избежать чрезмерного местного давления на полотно главной балки.
Характеристики: Простая структура, легкая установка вторичных балок, но система главных и вторичных балок занимает большую площадь.
Расчет: Как правило, расчет не требуется, а болты используются только для крепления.

2) Боковое соединение
Конструкция: Второстепенная балка присоединяется к боковой стороне главной балки либо непосредственно к ребрам жесткости главной балки (рис. a, b), либо к коротким уголкам из стали (рис. c, d).
Характеристики:

• Рис. a: Соединение с помощью болтов с ребрами жесткости, простая конструкция, легкий монтаж, но одна сторона верхнего и нижнего фланцев вторичной балки должна быть срезана.
• Рис. b: Сварное соединение на месте. Болты используются только для временной фиксации, но сварка на конце полотна второстепенной балки неудобна.
• Рис. c, d: Для болтовых или сварных соединений между главными и второстепенными балками используется короткая угловая сталь. Для этого необходимо отрезать часть верхнего фланца.
  Расчет:
• Рис. a, b: Необходимое количество сварных швов или болтов должно быть рассчитано на основе силы реакции вторичной балки. Учитывая, что соединение не является идеальным, сила реакции должна быть увеличена на 20%-30%.
• Рис. c: При расчете болта ① угловая сталь и вторичная балка могут рассматриваться как единое целое. Таким образом, болт ① должен выдерживать совместное действие силы реакции R и момента M = R-e. В отличие от этого, болт ② выдерживает только R. В качестве альтернативы угловую сталь можно рассматривать как часть главной балки. В этом случае болт ① выдерживает только R, а болт ② должен выдерживать совместное действие R и M = R-e.
• Рис. d: Метод расчета аналогичен рис. c. Сварные швы ① и ② также испытывают комбинированное воздействие R или R и M = R-e, соответственно.

Непрерывные вторичные балки
Свободно опирающиеся балки перекрываются, но вторичная балка проходит через главную балку непрерывно, не разъединяясь. Если требуется сращивание второстепенной балки, место сращивания может быть установлено в месте с меньшими изгибающими моментами. Для крепления главной и вспомогательной балок используются болты или сварка.
1) Перекрывающееся соединение
Свободно опирающиеся балки перекрываются, но вторичная балка проходит через главную балку непрерывно, не разъединяясь. Если требуется сращивание второстепенной балки, место сращивания может быть установлено в месте с меньшими изгибающими моментами. Для крепления главной и вспомогательной балок используются болты или сварка.
2) Боковое соединение:
Конструкция: Чтобы обеспечить непрерывность соединения двухпролетной вспомогательной балки с главной балкой, на верхнем и нижнем фланцах должны быть предусмотрены соединительные пластины.

• Рис. a: Полотно второстепенной балки соединено с полотном главной балки жесткости с помощью высокопрочных болтов. Нижняя фланцевая соединительная пластина разделена на две части и приварена с обеих сторон полотна главной балки.
• Рис. b: Монтаж на месте со сварным соединением. Вторичная балка опирается на кронштейн главной балки. Верхний фланец второстепенной балки снабжен соединительной пластиной, а нижний фланец заменен опорной пластиной.
  Расчет:
  Реакция опоры передается от опоры на главную балку, а верхний и нижний фланцы выдерживают отрицательный момент на конце. Горизонтальная сила, разложенная из момента M, F = M/h (где h - высота второстепенной балки), передается соединительными элементами, накладными и верхними пластинами. F используется для расчета размеров поперечного сечения и соединения сварными швами или болтами. Чтобы избежать накладной сварки, крышка соединительной пластины делается более узкой, чем верхний фланец, а натяжная пластина - более широкой, чем нижний фланец.

4. Соединения балки с колонной
При проектировании соединительных швов следует придерживаться следующих основных принципов:

• Безопасность и надежность. Анализ усилий должен максимально соответствовать реальным условиям работы. Расчетная схема должна соответствовать или приближаться к фактическому состоянию соединения элементов. Соединение должно иметь четкий путь передачи усилия и надежные конструктивные гарантии.
• Простота изготовления, транспортировки и монтажа. Сократите количество типов соединений; предусмотрите возможность регулировки размеров соединений; максимально упростите строительные операции, например, откажитесь от сварки на высоте, возведения опор во время монтажа и т. д.
• Экономическая рациональность. Наиболее экономичный метод определяется после тщательного рассмотрения таких факторов, как материалы, производство и строительство, и не должен интерпретироваться как простая экономия стали.

Исходя из жесткости вращения, соединения балки с колонной можно разделить на три типа: гибкие соединения (шарнирные), жесткие и полужесткие.