способ усиления центрально сжатых стержней стальных уголковых ферм покрытия

Формула изобретения

Способ усиления увеличением сечений центрально сжатых стержней стальных уголковых ферм путем присоединения на сварке дополнительных элементов, отличающийся тем, что, с целью большего увеличения несущей способности усиливаемых стержней, создаются с помощью дополнительных регулировочных швов остаточные сварочные прогибы, равные по величине, но обратные по направлению смещениям центров тяжести сечений.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области строительства; в частности его целесообразно применять при необходимости увеличения несущей способности центрально сжатых уголковых стержней таврового сечения в случае расположения в усиленных сечениях четырех швов, связующих основные и усиливающие элементы, попарно с двух сторон от осей х и у (фиг.1).

Известны способы усиления сжатых стержней путем присоединения усиливающих элементов сплошными [1,4] и прерывистыми [2] швами.

Наиболее близким техническим решением является способ присоединения усиливающих элементов путем наплавки связующих швов-шпонок в нескольких сечениях: в двух сечениях по концам усиливаемых стержней (в пределах фасонок) и в нескольких промежуточных [3]. Размеры швов, общее количество сечений их наложения определяются из условия обеспечения совместности работы сваренных элементов после усиления. Порядок наплавки швов: первоначально по концам, затем промежуточные; промежуточные - в каждом сечении перекрестно относительно центра тяжести сечения.

Однако известный способ имеет следующий недостаток. При простом геометрическом присоединении дополнительных элементов к основным стержням, как правило, появляются смещения центров тяжести сечений, эксцентриситеты. Наплавка связующих швов по схеме-прототипу в лучшем случае может незначительно уменьшить эти эксцентриситеты. Таким образом, в результате появления эксцентриситета приложения нагрузки увеличение сечения приводит лишь к незначительному увеличению несущей способности сжатого стержня.

Целью предложенного способа является повышение эффективности метода усиления центрально сжатых стержней путем увеличения их сечений.

Поставленная цель достигается тем, что после усиления (сварки) по способу-прототипу производится увеличение швов на спаренных полках уголков основного стержня (т.е. наплавка регулировочных швов) с целью создания сварочного прогиба, равного по величине, но обратного по направлению смещению центра тяжести сечения е_см, приводя таким образом усиленный стержень к условиям, близким к центральному сжатию. Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается от известного наличием регулировочных швов. Таким образом, заявляемый способ соответствует критерию изобретения «новизна». Наплавка дополнительных регулировочных швов дает основание сделать вывод и о соответствии предлагаемого способа усиления критерию «существенные отличия».

На фиг.1 представлены чертежи сжатых стержней, усиленных по способу-прототипу (фиг.1а) и предложенному способу (фиг.1б). На фиг.2 и 3 даны графики изменения прогибов в процессе усиления (сварки) и при дальнейшем увеличении нагрузки соответственно для стержней, усиленных по предложенному способу и способу-прототипу.

Предлагаемый способ проиллюстрируем на примерах усиления 2-х центрально сжатых стержней, выполненных из 2 75x7; материал - сталь с пределом текучести 31,8 кН/см ². Уголки усиления 2 56х5, материал - сталь с пределом текучести 27,75 кН/см ². Расчетные длины стержней в двух главных плоскостях (XOZ и YOZ) равны 286 см. Усиление производилось при полной, определенной с учетом действительного значения предела текучести стали нагрузке.

Первый стержень усиливался с регулированием сварочного прогиба; второй - по способу-прототипу. Концевые швы наплавлялись первоначально в пределах опорных косынок длиной 50...60 мм, катетом 5...6 мм. Промежуточные швы наплавлялись такой же величины в двух сечениях. Регулировочные швы накладывались на первый стержень длиной (каждый шов) 120 мм, катетом 6 мм, что приводило к созданию остаточного сварочного прогиба, равного 8,35 мм, что близко к величине смещения центра тяжести усиленного сечения, равного 8,5 мм.

На фиг.2 представлен график изменения прогиба 1-го стержня, т.е. усиленного по предлагаемому способу. Как видно из графика, стержень после усиления работал как центрально сжатый; критическая сила составила 450 кН.

На фиг.3 представлен график изменения прогиба 2-го стержня, т.е. усиленного по способу-прототипу. После усиления стержень работал как внецентренно сжатый. Критическая сила составила 345 кН, что на 30% меньше, чем у 2-го стержня. Эффективность применения предлагаемого способа усиления подтверждена испытанием 18-ти натурных стержней различной гибкости.

Использование предлагаемого способа усиления обеспечивает по сравнению с существующими способами следующее преимущество: обеспечивает большую несущую способность усиленных увеличением сечения стержней при одинаковых по сравнению с другими способами затратах металла на элементы усиления; увеличение несущей способности составляет от 10% при небольших гибкостях порядка 60 до 30% при гибкостях порядка 120...130.

Источники информации

1. Бельский М.Р. Усиление металлических конструкций под нагрузкой. Киев: Будiвельник, 1975.

2. Десятов Б.И. Исследование работы усиливаемых под нагрузкой элементов сварных стальных ферм. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кан.техн.наук. МИСИ, 1968.

3. Ребров И.С. Работа сжатых элементов стальных конструкций, усиленных под нагрузкой. Л.: Стройиздат, Ленинградское отделение, 1976.

4. Сахновский М.М., Титов А.М. Уроки аварий стальных конструкций. Киев: Будiвельник, 1969.