Соединение стальных конструкций кратко

Обновлено: 05.07.2024

Защиту закладных деталей и сварных соединений осуществляют двумя способами: замоноличиванием бетоном и нанесением защитных покрытий. Защита бетоном предусматривает надежное замоноличивание стальных связей бетоном.

СВАРНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ

Металлические конструкции соединяют сваркой или на болтах. Наиболее распространены сварные соединения, их выполняют ручной электродуговой сваркой. Ручная сварка выполняется на постоянном или переменном токе. .

БОЛТОВЫЕ СОЕДИНЕНИЯ

На монтаже болтовые соединения производят болтами обычной прочности и высокопрочными. Болты обычной прочности бывают грубой, нормальной и повышенной точности. Болты нормальной и повышенной точности отличаются .

СОЕДИНЕНИЯ СТАЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

В строительной практике применяют три вида соединений: болтовое, заклепочное и сварочное. Болтовые и заклепочные соединения воспринимают нагрузки, направленные на срез, смятие и растяжение. При расчете на центрально .

СТАЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИ

Материалом для изготовления стальных строительных конструкций служат мартеновские углеродистые горячекатанные стали марок Ст.3, Ст.4, Ст.5 и низколегированные стали марок 14ХГС, 15ХСНД, 09Г2 .

Антикоррозионная защита металлоконструкций: основные требования

При взаимодействии с агрессивной внешней средой даже самые прочные металлические конструкции могут быть разрушены от развития коррозионных процессов. Это существенно снижает срок их эксплуатации. Продлить срок службы изделий из металлических сплавов помогают специальные защитные покрытия. В процессе .

При заводском изготовлении элементов и блоков пролетных строений используют, как правило, листовую и широкополосную сталь с толщиной листа от 6 до 60 мм, шириной 200—2400 мм и длиной 5—12 м. Кроме того, обычно для связей применяют фасонный прокат, т.е. уголки и швеллеры в широком диапазоне размеров. Для соединения деталей из указанного проката применяют все известные типы скреплений: заклепочные, болтовые, сварные, а также комбинированные.
Заклепочные соединения. В 70-х гг. на мостовых заводах прекратили производство пролетных строений с клепаными элементами. Ho потребность применения некоторых клепаных узлов осталась. Поэтому на предприятиях сохранили технологический процесс клепки (на скобе). В основном, это касается узлов и соединений конструкций, работающих в особо тяжелых (преимущественно северных) условиях, испытывающих ударные, знакопеременные нагрузки, обладающих низкой выносливостью. Кроме того, заклепочные соединения в несколько раз дешевле соединений на высокопрочных болтах (ВПБ), что немаловажно при определении стоимости строительства.
В мостах применяют заклепки диаметром 17, 20, 23, 26 и 29 мм (наиболее распространен диаметр 23 мм). Нагретый стержень заклепки полностью заполняет отверстие. За счет этого при сдвиге листов склепанного пакета относительно друг друга усилиями N, стержень заклепки работает на местное смятие напряжениями σсм по боковой поверхности и срез по плоскостям а—а и б—б (рис. 2.5).

Обычные болты (грубой, нормальной и повышенной точности) работают аналогично заклепкам. Ho в стальных пролетных строениях капитальных мостов их почти не применяют, а используют, в основном, во вспомогательных сооружениях.
В настоящее время основными типами соединений в данных конструкциях являются сварные и на высокопрочных (фрикционных) болтах. При изготовлении элементов мостовых конструкций в заводских условиях используют, в основном, электросварку. На строительной площадке при монтаже могут применять сварку или BПБ, а также комбинированные соединения, сочетающие в одном соединении и то и другое.
Соединения на высокопрочных болтах. Принципиальная схема соединения на ВПБ приведена на рис. 2.6. Такие соединения называют еще фрикционными, так как усилия с элемента на элемент при их относительном сдвиге силами Q передаются только за счет трения, возникающего по контактным поверхностям соединяемых деталей вследствие натяжения болтов силами Р.

Для соединения вертикальных стенок балок применяют электрошлаковую сварку. В пространстве, образованном кромками свариваемых деталей и формирующими ползунами, создается ванна расплавленного шлака, в которую погружается сварочная проволока. Процесс происходит при отсутствии электрической дуги (рис. 2.7). Ток, проходя между основным металлом и электродом, нагревает расплав и поддерживает в нем высокую температуру и электропроводность.

Применяют следующие основные виды сварных соединений: стыковые, тавровые соединения и соединения внахлестку (рис. 2.8). Кроме того, часто используют (например, для коробчатых эле ментов) угловые сварные швы (рис. 2.9, а). Правда, в соединениях металлоконструкций мостов нахлесточные швы не применяют из-за их пониженной выносливости, так как в них велика концентрация напряжений под нагрузкой.

В зависимости от толщины свариваемого металла швы могут отличаться формой подготовки кромок: без скоса, со скосом одной или двух кромок; способом выполнения — односторонними или двухсторонними. Подготовка кромок и выполненный шов для некоторых видов тавровых и угловых соединений, применяемых для автоматической и полуавтоматической сварки под флюсом, показаны на рис. 2.9, стыковых соединений — на рис. 2.10. Форма подготовки кромок характеризуется углом скоса α, притуплением р и зазором а и зависит от толщины проката.
В процессе сварки металлы шва и основного изделия около шва нагреваются до высокой температуры и расширяются. Свободному расширению препятствует холодный металл, окружающий зону сварки. Благодаря пластичности нагретый металл приобретает новую форму. Охлаждаясь, он вновь становится упругим и стремится укоротиться. Однако окружающий холодный металл препятствует сжатию. Вследствие этого в металле шва и околошовной зоне основного металла при остывании возникают остаточные сварочные напряжения.

Помимо них на несущую способность сварных соединений влияют различные дефекты, образующиеся в процессе сварки. К ним относятся наплывы, подрезы, газовые поры, шлаковые включения, трещины, непровары и др. Дефекты выявляют контролем каждого шва и ликвидируют до выпуска продукции с завода или сдачи моста заказчику.
В комбинированных соединениях применяют сварку и ВПБ, стремясь использовать каждый вид соединения с наиболее выгодной стороны.

Соединения стальных конструкций выполняют на сварке, на болтах или заклепках. Выбор вида соединения зависит от назначения конструкции, т.е. ответственности; вида нагружения (величины и характера), формы соединяемых элементов и их условий работы в конструкции.

Наиболее распространенными соединениями являются сварные, так как требует меньше времени и материала. Кроме того, сварка обеспечивает достаточно высокую прочность, высокое качество сварного шва, автоматизацию работ в заводских и полевых условиях.

Болтовые соединения применяются в монтажных и рабочих соединениях; они отличаются простотой и надежностью соединения. Используя высокопрочные болты, можно существенно повысить их деформативность, но при этом повышается трудоемкость работ.

Заклепочные соединения — наиболее редко применяемые соединения по сравнению со сваркой и болтами. Они трудоемки, дорогостоящи, однако при вибрационных и динамических нагрузках они бывают выгодны и незаменимы (железнодорожные мосты, промышленные предприятия и др.).

3.1 Сварные соединения

При изготовлении сварных конструкций наибольшее применение нашла электродуговая сварка: ручная, автоматическая, полуавтоматическая и электрошлаковая. Применение контактной и газовой сварки ограничено.

Ручная сварка выполняется при помощи электродов, тип и марка которых зависит от марки стали свариваемых элементов, рода сварочного тока и пространственного положения шва (ГОСТ 9467-75*).

Преимущество ручной электродуговой сварки заключается в ее универсальности. Она может выполняться в нижнем, вертикальном, горизонтальном и потолочном положениях (рис. 3.1), 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).

Основные типы электродов для сваривания стальных конструкций:

— с пределом текучести до 500 МПа: Э-42, Э-42А, Э-46, Э-46А, Э-50, Э-50А (А — металл шва имеет повышенные пластические свойства);

— с пределом текучести более 500 МПа: Э-60, Э-70, Э-85.

Автоматическая сварка выполняется под слоем флюса, который, расплавляясь в процессе нагревания, надежно защищает расплавленный металл от соприкосновения с воздухом; сам металл остывает несколько медленнее, освобождается от пузырьков газа, шлака и различных примесей. Большая сила тока, допустимая при автоматической сварке, и лучшая теплозащита шва обеспечивают глубокое проплавление свариваемых элементов и большую скорость сварки. Этот вид сварки затруднителен для вертикальных и потолочных швов.

Рис. 3.1. Положение швов в пространстве:

1 — потолочный угловой шов; 2 — нижний угловой шов;

3 — горизонтальный стыковой шов; 4 — вертикальный угловой шов.

Электрошлаковая сварка (разновидность автоматической 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.

Сварка порошковой проволокой, выполняемая автоматическим способом, марок ПП-АН8 и ПП-АН3 (ГОСТ 26271-84) устраняет недостатки ручной сварки. Порошковая проволока состоит из металлической оболочки толщиной 0,2…0,5 мм, которая заполнена шихтой специального состава.

Кроме указанных видов сварки, применяется контактная сварка, осуществляемая путем нагрева и пластического деформирования элементов. Она может быть точечной, шовной и стыковой.

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 K-образных швов, завариваемых с одной стороны, обязательна подварка корня шва с другой стороны — для устранения возможных непроваров (рис. 3.2, а, поз. 1), являющихся источником концентрации напряжений. Различные варианты стыковых швов показаны на рис. 3.2, б. Валиковые (угловые) швы навариваются в угол, образованный элементами, расположенными в разных плоскостях. Создаваемый при этом шов имеет форму валика (рис. 3.2, в).

Сварные швы по положению в пространстве при их выполнении могут быть вертикальными, горизонтальными и потолочными (см. рис 3.1). 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.

Рис. 3.2. Типы сварных швов и соединений:

1 — непровар; 2 — лобовой шов;

3 — фланговый шов; 4 — подкладки (выводные планки);

t_min — минимальная толщина соединяемых элементов

Сварные соединения. Существуют следующие виды сварных соединений: стыковые, внахлестку, угловые и тавровые (впритык). (Табл 3.1) В стыковых соединениях элементы соединяются торцами или кромками, т.е. один элемент как бы является продолжением другого (рис.3.2, 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. 3.2, г) и табл 3.1.

В соединениях внахлестку поверхности свариваемых листов частично находят друг друга (рис. 3.2, 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. 3.2, 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.

В сварных соединениях расчетную длину сварного шва l_w принимают равной его полной длине l, уменьшенной с учетом возможного непровара по концам: l_w = l — 2t, где t — наименьшая толщина соединяемых элементов; в случае вывода концов шва за пределы стыка на временные подкладки 4 (рис. 3.2, ж), которые затем отрезаются, расчетная длина шва l_w принимается равной его полной длине. Прочность сварных швов характеризуется их расчетными сопротивлениями (табл. 3.2).

Сварное соединение

Соединение сваркой — один из самых распространенных типов соединений при сборке металлоконструкций. Этот способ позволяет прочно соединить элементы в единую конструкцию, получив аккуратный шов на месте прилегания их друг к другу. Используются следующие виды сварных соединений:

Металлоконструкции, получаемые сваркой, надежны, шов герметичен. Такой метод соединения позволяет получать сложные по форме конструкции. Но такая конструкция является неразборной.

Болтовое соединение

Для соединения элементов применяются монтажные болты нужного размера и требуемой точности. Этот метод соединения более трудоемок, чем сварка, но такой тип соединения можно разбирать и собирать заново, что обеспечивает таким металлоконструкциям мобильность.

Недостаток болтового соединения в требовании к ровности поверхностей соединяемых элементов, иначе не добиться точного их совпадения и надежного скрепления.

Клепаное соединение

Клепка — простой и удобный в реализации способ, позволяющий получить прочное и надежное соединение. Его недостатками можно назвать трудоемкость и большой расход крепежных элементов — заклепок.

Применение метода клёпки оправдано при создании конструкций, для которых невозможно выполнить сварное соединение, и при возведении объектов, часто подвергаемых вибрации.

Существуют соединения методом пайки и склеивания, но они применяются значительно реже.

Читайте также: