способ усиления центрально-сжатых стержней стальных стропильных ферм покрытия

Формула изобретения

Способ усиления центрально-сжатых стержней стальных ферм, заключающийся в присоединении на сварке к основному стержню усиливающих элементов путем наплавки концевых и промежуточных связующих швов, расположенных с одной стороны относительно горизонтальной оси симметрии «Х», отличающийся тем, что дополнительно на основном стержне с противоположной стороны горизонтальной оси симметрии «Х» наплавляют регулировочные швы, причем сначала производится наплавка связующих швов в пределах фасонок, а промежуточные и дополнительные регулировочные швы наплавляют перекрестно относительно центра тяжести сечения.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области строительства, в частности, его целесообразно применять при необходимости увеличения несущей способности сжатых стержней из парных уголков, скомпонованных в тавр, в случаях их усиления элементами, не смещающими центры тяжести сечений, и расположения в усиленных сечениях четырех швов, связующих основные и усиливающие элементы, с одной стороны от осей «X» (фиг.1), под осями «X» понимаются известные из технической литературы (Ребров И.С. Работа сжатых элементов стальных конструкций, усиленных под нагрузкой. Л., Стройиздат, 1976 [3]) горизонтальные оси симметрии сечений.

Известны способы усиления сжатых стержней путем присоединения дополнительных 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 и в нескольких промежуточных [3]. Размеры швов, их количество определяются из условия обеспечения совместности работы сваренных элементов после усиления, при дальнейшем увеличении нагрузки.

Однако известный способ имеет следующие недостатки. Все связующие швы находятся в сечении с одной стороны от оси «X» (фиг.1). Наплавка каждого из них дает остаточный прогиб одного знака. Таким образом, сварочный прогиб будет увеличиваться после наложения каждого последующего промежуточного связующего шва и может достигнуть в итоге большой, даже критической величины. Очевидно не только снижение эффекта от увеличения сечения, но и возможность потери устойчивости усиливаемого стержня в процессе сварки. Этим последним объясняется ограничение усилий в стержнях при усилении величинами, равными 0,6 от расчетных значений их несущей способности [1, 2], что требует в подавляющем большинстве случаев разгрузки ферм от части постоянной нагрузки и, таким образом, влечет за собой значительные экономические и экологические потери.

Целью предложенного способа является, во-первых, обеспечение возможности проведения усиления сжатых стержней при любых эксплуатационных нагрузках, исключая, таким образом, затраты на разгрузку ферм от постоянной нагрузки и связанные с этим потери, и, во-вторых, повышение эффективности усиления сжатых элементов методом увеличения их сечения.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе усиления, заключающемся в присоединении к сжатому стержню усиливающих элементов путем наплавки соединительных швов, наплавляются еще дополнительные, регулировочные швы (фиг.3,б) с противоположной относительно оси «X» стороны сечения на спаренных полках уголков усиливаемого стержня. Размеры регулировочных швов и их привязки к оси «X» определяются из условия уравновешивания изгибающих моментов, появляющихся в результате наплавки промежуточных связующих швов. Порядок наплавки швов: первоначально концевые швы (в пределах фасонок), затем промежуточные и регулировочные, перекрестие относительно центра тяжести сечения.

Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается от известного наличием регулировочных швов, а также, в целом, порядком наплавки и концевых, и промежуточных, и регулировочных сварных валиков. Таким образом, заявляемый способ соответствует критерию изобретения «новизна». Наплавка дополнительных регулировочных швов и принимаемый порядок сварки дают основание сделать вывод и о соответствии предлагаемого способа усиления критерию «существенные отличия». Первоначальное наложение концевых швов в пределах фасонок практически не влияет на прогибы усиливаемых стержней. В процессе же перекрестной наплавки промежуточных и регулировочных швов-шпонок прогибы будут появляться, но роста не будет: характер их изменений будет синусоидальный, так как прогибы от наплавки промежуточных и регулировочных швов близки по величине, но противоположны по направлению.

На фиг.1 представлен чертеж фрагмента фермы: раскос из двух уголков, скомпонованных в тавр, усиленный двумя уголками из плоскости фермы. Соединение основного и усиливающих элементов сварными швами, расположенными с одной стороны от оси «X». На фиг.2 представлены чертежи 2-х стержней. Первый усилен по способу прототипу с наплавкой соединительных швов в 6-ти сечениях: в 2-х по концам стержней (в пределах опорных фасонок) и в 4-х промежуточных. Второй усилен по предлагаемому способу: с наплавкой дополнительно регулировочных швов. На фиг. 3 - совмещенный чертеж сечений этих двух стержней: слева от оси симметрии - сечение, усиленное по способу прототипу; справа - сечение, усиленное по предлагаемому способу. На фиг.4,5 представлены графики изменения прогибов стержней, усиливаемых соответственно по способу прототипу и по предлагаемому способу.

Предлагаемый способ проиллюстрируем на примерах усиления 2-х центрально-сжатых стержней (фиг.2,3). Стержни выполнены из 2 75×7, материал - сталь с пределом текучести 31,8 кН/см ². Элементы усиления 2 50×5, материал - сталь с пределом текучести 31,1 кН/см ². Расчетные длины стержней в двух главных плоскостях равны 286 см. Усиление обоих стержней проведено при полной, определенной с учетом действительного значения предела текучести нагрузке - 193 кН.

Первый стержень усиливался по способу прототипу: основной и усиливающие стержни соединялись концевыми и промежуточными швами длиной 50 мм и катетом 4 мм. При усилении второго стержня наплавлялись дополнительно регулировочные швы на спаренных полках уголков основного элемента с привязкой к оси «X» 20 мм (фиг.3).

Длина каждого регулировочного шва - 55 мм. Сечение валика - из условия наплавки его с тем же режимом сварки, что и для промежуточных швов. При усилении стержней принят следующий порядок сварки: первоначально концевые швы, затем промежуточные и регулировочные (для 2-го стержня); промежуточные и регулировочные швы - перекрестие относительно центра тяжести сечения.

Как видно из графика на фиг.5, наплавка швов по концам основного стержня в пределах фасонок не изменяет прогиба 2-го стержня. Прогибы изменяются лишь при наплавке промежуточных швов. Характер изменения синусоидальный в обеих главных плоскостях. Максимальные сварочные прогибы в процессе усиления не превышают 0,4 мм (фиг.5,а,б), что абсолютно безопасно для устойчивости усиливаемых стержней. Остаточный прогиб после наплавки всех швов не превышает 0,48 мм в плоскости наибольшей гибкости. Стержень фактически остается центрально-сжатым и после усиления (фиг.5,а). Критическая сила составила 330 кН.

При усилении по способу прототипу прогиб стержня в плоскости наибольшей гибкости (YoZ) растет по мере наплавки промежуточных швов и достигает в итоге 6,8 мм (фиг.4,а). После усиления стержень работает, как внецентренно сжатый; его критическая сила составляет 250 кН, что на 32% меньше критической силы стержня, усиленного по предложенному способу.

Использование предлагаемого способа усиления обеспечивает по сравнению с существующими способами следующие преимущества:

1. Позволяет производить усиление стержней стальных ферм из уголков при любых нагрузках, включая предельные для них расчетные величины.

2. Кроме того, обеспечивает большее повышение несущей способности усиленных стержней при одинаковых по сравнению с другими способами затратах на элементы усиления.

Источники информации

1. Бельский М.Р. Усиление металлических конструкций под нагрузкой. Киев, «Будiвельник », 1981.

2. Десятов Б.И. Исследование работы усиливаемых под нагрузкой элементов сварных стальных ферм. Автореф. дисс. ... канд. 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.