Сварка это жесткое или шарнирное соединение: Жесткое и шарнирное соединение балок

Содержание

Жесткое и шарнирное соединение балок

Здравствуйте, друзья, читатели, коллеги! «Лукаринвест» продолжает свою работу для Вас!

На этот раз поговорим о соединении балок. Жестком и шарнирном.

В целом, балки опираются либо на колонны, либо на стены. Зачастую – под прямым углом, хотя существуют варианты косой опоры.

По конструктивному решению соединение бывает шарнирным и жестким. Реализуется посредством сопрягательных узлов. Само же сопряжение делится на опору сверху и боковое примыкание.

Если мы говорим о шарнирном соединении, то оно выполняет только опорную реакцию, а при жёстком соединении происходит еще и опорный момент.

Наиболее распространено именно соединение шарнирного типа. Жесткое – имеет место быть при проектировании многоэтажных строений, их каркасов в частности.

Не зависимо от вида соединения всегда необходимо четко просчитывать такие моменты, как:

1 Вычисление параметров сварных швов, заклепок, а так же болтов при проектировании сопрягательных узлов.

2 Обеспечить максимальную подгонку к опорной поверхности. Наряду с торцами ребер жесткости ( применяются для равномерного распределение нагрузки на опоры) и прочих элементов которые могут сработать на смятие конструкции.

3 Также, не менее целесообразно принимать во внимание опорное защемление в узлах шарнирного типа, а при жестком типе следует учитывать «столик» и «рыбку» (опорные моменты нижнего и верхнего пояса соответственно).

Ниже представлены иллюстрации типов опоры

1 Балки опираются на колонны.

2 Боковое примыкание балок к колоннам.

3 Боковое примыкание при помощи «столика»

 

4 Пример жесткого сопряжения

В свою очередь, специалисты нашей компании разработают любой необходимый Вам строительный проект в оптимальные сроки и с полным соблюдением всех необходимых норм.

Оставайтесь с нами!

 

 

01.09.2016 
Просмотров: 17893

Варианты соединения балок – жесткое или шарнирное соединение

Варианты соединения балок – жесткое или шарнирное соединение

В большинстве случаев при строительстве балки подпираются либо колоннами, либо опора приходится на стену. Также преимущественно угол опоры прямой, но в некоторых случаях применяют разнообразные варианты косой опоры. Между собой балки соединятся с применением болтов.

Существует несколько вариантов соединения балок – шарнирное или жесткое. Если применяется только шарнирное сопряжение, то его функция – выполнять опорную реакцию.

В большинстве конструкций используется соединение именно этого тира. Второй вариант обеспечивает возникновение также опорного момента. Жесткое соединение используется не так часто как шарнирное, основная область применения – проектирование каркасов многоэтажных строений.

Соединение балок осуществляется при помощи сопрягательных узлов. Само же совмещение также имеет варианты – это либо опора сверху, либо боковое примыкание.

Независимо от того, какой тип соединения будет использоваться в каждом конкретном случае, необходимо принимать во внимание такие аспекты как:

  • Параметры и характеристики сварных швов, заклепок, болтов.
  • Подгонка балок к опорной поверхности должна быть максимальной. Как и поперечных разрезов ребер жесткости, которые используются для того, чтобы нагрузка на опоры распределялась максимально равномерно. А также других элементов, которые способны сработать на смятие конструкции.
  • При шарнирном соединении нужно учитывать опорное защемление. А при жестком соединении необходимо обратить внимание на опорные моменты нижнего, верхнего пояса.

Для того чтобы лучше понимать, о чем идет речь, рассмотрим типы опор

 

Опирание балок на колонны

 

 

Примыкание балок к колоннам сбоку

                                                                                                                                      

 

Еще один вариант бокового примыкания с использованием так называемого «столика»

 

 

Жесткое соединение балок

                                                                                                                                     

Сотрудники нашей фирмы подготовят строительный проект любой сложности, с любыми требованиями заказчика. Вся работа будет осуществлена качественно и с соблюдением оговоренных сроков.

 

 

 

 

Шарнирное соединение деревянной балки с колонной. Колонны. Подкрановые и обвязочные балки

Опорные узлы балки.

Сопряжения балки со стальными колоннами.

Опирание балки на стальную колонну может быть шарнирным или жестким.

При возможности лучше всего опирать балку сверху и передавать нагрузку по центру профиля колонны. При боковом креплении балки, помимо сжимающей нагрузки в колонне дополнительно возникает момент от действия этой силы из-за того, что появляется эксцентриситет и соответственно это приводит к увеличению нагрузок и перерасходу металла в колонне.

Опирание балки на колонну сверху.

где F — опорная реакция балки;

Ар — площадь смятия опорного ребра;

Rр — расчетное сопротивление стали смятию торцевой поверхности.

Чтобы вся нагрузка передавалась через ребро оно должно не много выступать, но не более 1,5 толщины ребра, обычно это 15-20 мм. Ребро необходимо снизу сострогать, чтобы нагрузка передавалась всей площадью ребра.

Т.к. узел шарнирный для фиксации балки достаточно 2-х болтов с одной стороны. Диаметр болтов принимается 16-20 мм. С затяжкой лучше не переусердствовать — это не фрикционное соединение 🙂

Толщина опорной площадки обычно принимается 20-25 мм, толщина ребер 8-12 мм.

Если имеется угол кровли, ребро нужно сострогать под необходимым углом и добавить шайбы, имеющие скос для болта.

Опирание 2-х балок на колонну сверху.


Аналогично предыдущему варианту опираем балки через ребро на оголовок колонны.

Балки соединяем между собой с помощью болтов. Сверху болты устанавливать не стоит если конечно вы не хотите создать жесткий узел. Между 2-мя ребрами устанавливаем пластинки для того, чтобы не стянуть балки вместе (это может нагрузить колонну моментом на противоположном конце балки).

Также есть вариант опереть 2-е балки на оголовок колонны следующим способом


В этом варианте балка нижней полкой ложиться на оголовок колонны.

Для передачи поперечной силы балка усиливается ребром, ребро устанавливаем так, чтобы при монтаже оно оказалось прямо над полкой колонны. Балки соединяем болтами при помощи накладной пластины (для симметричной передачи нагрузки лучше использовать 2-е пластины с 2-х сторон). Как и в предыдущем варианте нет необходимости соединять балки болтами сверху, чтобы не создать жесткий узел.

Ребра на колонне, в этом случае, не нужны.

Между 2-мя балками оставляем не большой зазор около 10-20 мм.


Шарнирное опирание балки на колонну сбоку

При боковом креплении необходимо в расчетах колонны учитывать эксцентриситет.


При шарнирном опирании нагрузка передается через опорное ребро на опорный столик. Столик обычно делают из листовой стали или неравнополочного уголка. Высоту опорного столика определяют из условия прочности сварных швов. Целесообразно приварить столик по 3-ем сторонам. Ширину столика делают на 20-40 мм больше ребра балки, чтобы опорное ребро полностью легло на опорный столик.

Диаметр отверстий делают на 3-4 мм больше диаметра болтов чтобы балка не повисла на болтах, а полностью легла на столик.

Опорное ребро балки рассчитывается на смятие по той же формуле, что и для балки опертой сверху.

При шарнирном опирании ребра в колонне не требуются. Между опорным ребром и колонной монтируется прокладка толщиной примерно 5 мм.


Жесткое сопряжение балки с колонной при помощи болтового соединения


Создать жесткое соединение можно с помощью болтового соединения или сварки. Болтовое соединение более технологично — все детали изготавливаются и окрашиваются на заводе, на строительной площадке необходимо лишь установить и затянуть болты.

В данном узле поперечная сила воспринимается также как и в шарнирном узле с помощью опорного столика. Момент передается с помощью болтов на стенки колонны. Между опорным ребром балки и колонной необходимо установить стальные прокладки для плотного прилегания балки и колонны (зазора после затяжки быть не должно).

Количество и диаметры болтов для верхнего пояса необходимо рассчитать исходя из возникающего момента в заделке балки. Болты применяются только высокопрочные. Необходимо контролировать затяжку болтов.

Стенки колонны укрепляются ребрами жесткости.


  • Шпоры по муниципальному праву (Шпаргалка)
  • Шпоры по БЖД (Документ)
  • Шпоры по конструкциям из дерева и пластмасс (Шпаргалка)
  • Шпоры по химии для подготовки к ГОСам (Документ)
  • Шпоры — Металлические конструкции (50 вопросов) (Шпаргалка)
  • n1.doc

    23 Балки и балочные конструкции, классификация

    Наиболее распространенный элемент стальных конструкций, работающий на изгиб.

    Область применения балок очень широка: от небольших элементов рабочих площадок, междуэтажных перекрытий производственных или гражданских зданий до большепролетных балок покрытий, мостов, тяжело нагруженных подкрановых балок и так называемых «хребтовых» балок для подвески котлов в современных тепловых электростанциях.

    Классификация:

    1.По статической схеме: 1.однопролётные (разрезные) — более лёгкий монтаж и изготовление. 2.многопролётные (неразрезные) – меньший расход металла на 20%.3.консольные (разрезные, неразрезные).

    2.По типу сечения:1.прокатные.2.составные (сварные, клёпаные, болтовые).

    Чаще в строительстве – двутавровые сечения (удобство в компановке, технологичны и экономичны по расходу материала). Экономическая эффективность сечений связана с их тонкостенностью.

    Мерой эффективности, т. е. выгодности сечения бал­ки как конструкции, работающей на изгиб, является отношение момен­та сопротивления к площади сечения, равное ядровому расстоянию p = W / A .

    Сравнение ядровых расстояний круглого, прямоугольного и двутаврового сечений, приведенное на рис, показывает, что двутавровое сечение выгоднее прямоугольного в 2 и круглого в 3 раза, так как в этом сечении распределение материала наилучшим образом соответствует распределению нормальных напряжений от изгиба балки.

    В строительстве нашли применение тонкостенные балки, балки из гнутых профилей, прессованные, составные из алюминиевых сплавов, а также бистальные балки, т. е. балки, сваренные из двух марок стали, и балки предварительно напряженные.

    24 Балочные клетки, узлы сопряжения

    Балочные клетки подразделяют на три основных типа: упрощенный (а), нормальный (б) и усложненный (в).


    В упрощенной балочной клетке нагрузка на перекрытие передается через настил на балки настила, располагаемые обычно параллельно меньшей стороне перекрытия на расстояниях а (шаг балок) и через них на стены или другие несущие конструкции, ограничивающие площадку. Из-за небольшой несущей способности настила поддерживающие его балки приходится ставить часто, что рационально лишь при небольших пролетах.

    В нормальной балочной клетке нагрузка с настила передается на балки настила, которые в свою очередь передают ее на главные балки, опирающиеся на колонны, стены или другие несущие конструкции, ограничивающие площадку. Балки настила обычно принимают прокатными.

    В усложненной балочной клетке вводятся вспомогательные балки, располагаемые между балками настила и главными балками, передающими нагрузку на колонны. В этом типе балочной клетки нагрузка передается на опоры наиболее длинно. Балки настила и вспомогательные балки обычно принимаются прокатными.

    Выбор типа балочной клетки связан с вопросом о сопряжении балок между собой по высоте. Сопряжение балок может быть этажное, в одном уровне и пониженное.

    При этажном сопряжении (а) балки, непосредственно поддерживающие настил, укладываются на главные или вспомогательные. Это наиболее простой и удобный в монтажном отношении способ сопряжения балок, но он требует наибольшей строительной высоты.

    При сопряжении в одном уровне (б) верхние полки балок настила и главных балок располагаются в одном уровне, а на них опирается настил. Этот способ позволяет увеличить высоту главной балки при заданной строительной высоте перекрытия, но существенно усложняет конструкцию опирания балок.

    Пониженное сопряжение (в) применяется в балочных клетках усложненного типа. В нем вспомогательные балки примыкают к главной ниже уровня верхнего пояса, на них поэтажно укладывают балки с настилом. Этот тип сопряжения, так же как и сопряжение в одном уровне, позволяет иметь наибольшую высоту главной балки при заданной строительной высоте перекрытия.

    Все рассмотренные сопряжения балок работают как шарнирные. При необходимости жесткого сопряжения балок вводят «рыбки» (при одинаковой высоте балок) или «рыбку» и столик (при различной высоте балок). В таком сопряжении возникает не только поперечная сила, передающаяся на болты, прикрепляющие стенку вспомогательной балки к ребру главной балки или непосредственно на столик, но и опорный момент, передающийся через специальные наклад ки-рыбки или через «рыбку» и столик.
    25 Подбор сечения прокатных балок

    Максимальный изгибающий момент в балке:

    М мах = ql 2 /8 , где l – длина балки, q – расчетная нагрузка на балку

    Требуемый момент сопротивления:

    W тр = M max / ? c R y , где? c -коэфф. условия работы, R y -расчётное сопротивление стали

    Выбираем двутавр по W>W red => номер двутавра, швеллера или др.

    1. Проверка прочности принятого сечения не производится, т.к. W x >W тр.

    2. Производим проверку жесткости (прогиба): f/l = (5q н *l 3)/(384EJ x)?

    – относительная предельная деформация, Е – модуль упругости стали

    3.проверка на выносливость: ? max ??R y ? y , где?-коэфф., учитывающий количество циклов загружения, R y -расчётное сопротивление усталости, ? y -коэфф., учитывающий вид нагруженного состояния.

    4.Проверка на прочность с учётом хрупкого разрушения? max ??R u /? u , ? max -наибольшее растягивающее напряжение, ?-коэфф., зависящий от t эксплуатации и вида концентрата напряжений.
    26 Подбор сечения сварных балок


    Высота балки определяется из двух условий: а) h?h min , б) h?h opt

    Минимальная высота, обеспечивающая условие выполнения обеспечения относительного прогиба:


    , где R y – расчетное сопротивление, l – длина балки, Е – модель упругости, = 400 – величина, обратная допустимому прогибу

    Оптимальная высота главной балки

    , где k = 1,1 – коэффициент, учитывающий конструкцию главной балки (сварная)

    Требуемый момент сопротивления W тр = M max /с*R y

    T w = 7+3*h min , где h min – в метрах, t w — в миллиметрах.

    Окончательно высота принимается из условия:

    H?h w + 2t f , где h w – высота стенки балки, принимаемая по сортаменту на листовую сталь, t f = 20…30 мм.

    Компоновка сечения

    Толщина стенки определяется из 2 условий:


    1. Обеспечение прочности стенки на срез:

    ; где R s = 0,58 R y – расчетное сопротивление стали срезу.

    2) t w ? 7+3*h, где h – принятая фактическая высота балки в метрах; t w – в миллиметрах.

    Принимаем t w по ГОСТам на полосовую сталь.

    Определение ширины поясного листа

    Требуемая площадь одного поясного листа:

    A f тр = (W тр /h) — (t w *h/6)

    Требуемая ширина пояса:

    B f тр = A f тр /t f

    Для обеспечения устойчивости пояса должны выполняться условия:

    1)

    2)

    ,

    , где — свес пояса

    Геометрические характеристики принятого сечения



    Проверка подобранного сечения на прочность:



    27 Изменение сечения сварных балок

    Если оставить сечение балки постоянным по длине, то везде где изгибающие моменты меньше расчетного, сечения будут недогружены, а балка в целом неэкономична. Для экономии металла целесообразно менять сечения балки в соответствии с эпюрой изгибающих моментов.

    Наиболее целесообразно изменять ширину поясов.

    Место изменения сечения для шарнирно опертой балки под равномерно рас­пределенной нагрузкой находится на расстоянии x = l/6 от опоры. Для балки, нагруженной сосредоточенной силой посредине, это расстояние равно x = l/4.

    Требуемый момент сопротивления измененного сечения:

    W№ x тр = M№/R wy , где R wy = R y – расчетное сопротивление наплавляемого металла в сварном шве, при условии полного контроля за качеством шва; M№ — изгибающий момент в месте изменения сечения.

    Расчетные усилия в месте изменения сечения:


    Требуемый момент инерции сечения в месте изменения:

    J№ x тр = W№ тр *h/2

    Требуемый момент инерции поясов в месте изменения сечения:

    J№ f тр = J№ x тр — J w , где J w – момент инерции стенки

    Требуемая площадь сечения одного поясного листа в месте изменения сечения:


    , где h f – расстояние между центрами тяжести поясных листов

    Требуемая ширина поясного листа в месте изменения сечения:

    B№ f тр = A№ f тр /t f

    Для обеспечения прочности измененного сечения должно выполняться условие: W№ x >W№ x тр

    Фактические характеристики измененного сечения:

    J№ x = J w +2*A№ f тр (h- t f) 2

    W№ x = J№ x /(h/2)
    28 Обеспечение общей устойчивости сварных балок

    Общую устойчивость составных балок проверяют по формуле М/? б Wc?R? где? б для двутавровых составных балок, имеющих две оси симметрии, так же как в прокатных балках, вычисляют по

    , которое в свою очередь определяют в функции коэффициента?. Необходимый для определения? параметр?, зависящий от сопротивления балки кручению, для составных балок вычисляют по формуле?=8(l 0 t п /h 0 b п) 2 (1+ at ст 3 /b п t п 3), где l 0 — расчетная длина сжатого пояса балки, закрепленного от поперечных смещений; a = 0,5h 0 ; h 0 — расстояние (высота) между осями поясных листов; b п и t п — соответственно ширина и толщина сжатого пояса; t ст — толщина стенки балки.

    Для балок, имеющих сечение, отличное от двутавра, имеющего две оси симметрии, проверка устойчивости имеет свои особенности и должна проводиться в соответствии с указаниями СНиП. Общую устойчивость балок можно не проверять при передаче нагрузки через сплошной жесткий настил, непрерывно опирающийся на сжатый пояс балки и надежно с ним связанный, а также при удовлетворении условий формулы об отношении расчетной длины к ширине сжатого пояса.
    29 Обеспечение местной устойчивости сварных балок

    Местное выпучивание отдельных элементов конструкций под действием сжимающих нормальных или касательных напряжений называется потерей местной устойчивости.

    В балках потерять устойчивость могут сжатый пояс от действия нормальных напряжений и стенка от действия касательных или нормальных напряжений, а также и от их совместного действия. Потеря устойчивости одним из элементов балки полностью или частично выводит его из работы, рабочее сечение балки уменьшается, часто становится несимметричным, центр изгиба смещается, и это может привести к преждевременной потере несущей способности всей балки.

    Общее выражение для критического напряжения

    Элементы балки могут потерять устойчивость, только если действующие в балке напряжения или их совместное воздействие больше критических напряжений потери устойчивости. Поэтому нежелательно, чтобы? кр были меньше расчетных значений материала по прочности и потеря устойчивости происходила раньше потери несущей способности балки по прочности, так как при этом недоиспользовалась бы прочность материала, что неэкономично.

    Устойчивость сжатого пояса. Специальные конструктивные мероприятия по обеспечению увеличения ширины свеса нецелесообразны.

    Устойчивость стенки. Стенка представляет собой длинную тонкую пластину, испытывающую действие касательных и нормальных напряжений, которые могут вызвать потерю ее устойчивости. Но устойчивости стенки обычно добиваются не увеличением ее толщины, а укреплением ее специальными ребрами жесткости, расположенными нормально к поверхности выпучивания листа и увеличивающими жесткость стенки.

    Ребра жесткости делят стенку на отсеки (панели), которые могут потерять устойчивость независимо один от другого.

    Ребро в средней третьей части пролета главной балки устанавливается под каждой вышеуложенной балкой, а также под ближайшей к опоре балкой. В крайних третях гл балки ребра жесткости ставятся под прокатными балками с шагом a?h ? . Размеры ребра жесткости принимаются по сортаменту на полосовую сталь, при этом ширина ребра жесткости b s не должна превышать b f /2.
    30 Проверка устойчивости стенки сварной балки

    Для обеспечения устойчивости стенки вдоль пролёта балки к стенке привариваются поперечные двусторонние рёбра жёсткости.

    Устойчивость стенок на скручивание можно не проверять, при отношении:

    Проверка местной устойчивости стенки

    Расчет на устойчивость стенок балок симметричного сечения при наличии местного напряжения

    следует выполнять по формуле


    ,

    Где

    — определяют согласно требованиям СНиП

    Определяем фактические напряжения для проверки устойчивости стенки балки

    и

    Фактическое значение нормативных напряжений на уровне верха стенки определяем по формуле:


    Для проверки местной устойчивости принимаем среднее значение касательных напряжений при условии, что они воспринимаются только стенкой:


    Местное напряжение

    в стенке под сосредоточенной нагрузкой


    ,

    Где F – расчетное значение нагрузки, — условная длина распределения нагрузки, определяемая в зависимости от условий опирания,

    Критическое напряжение определяем по формуле:


    , где — условная гибкость стенки


    Значения


    , где — коэффициент, зависящий от? и отношения a/h ef


    ,



    31 Расчет узла опирания балки на колонну сверху


    Сопряжение балок со стальными колоннами может быть или шарнирным, передающим только опорную реакцию балки, или жестким, передающим на колонну кроме опорной реакции еще и момент защемления балки в колонне. Шарнирное соединение широко применяется в большинстве балочных конструкций, жесткое — в каркасах многоэтажных зданий.

    Конец балки в месте опирания ее на опору укрепляют опорными ребрами, считая при этом, что вся опорная реакция передается с балки на опору через эти ребра жесткости Ребра жесткости для передачи опорной реакции надежно прикрепляют к стенке сварными швами, а торец ребер жесткости либо плотно пригоняют к нижнему поясу балки, либо строгают для непосредственной передачи опорного давления на стальную колонну. Для правильной передачи давления на колонну центр опорной поверхности ребра надо совмещать с осью полки колонны.

    Размер опорных ребер жесткости определяют обычно из расчета на смятие торца ребра

    Выступающая вниз часть опорного ребра обычно принимается 15-20 мм.

    Помимо проверки на смятие торца опорного ребра производится также проверка опорного участка балки на устойчивость из плоскости балки как условного опорного стержня, включающего в площадь расчетного сечения опорные ребра и часть стенки балки шириной по 0,65 в каждую сторону и длиной, равной высоте стенки балки: где? — коэффициент продольного изгиба стойки с гибкостью (? = h CT / iz ), определен­ной относительно оси z , совпадающей с профильной осью балки.

    Прикрепление опорных ребер к стенке балки сварными швами должно быть рассчитано на полную опорную реакцию балки с учетом максимальной рабочей длины сварного шва.
    31Расчет опорных ребер жесткости


    Ширина опорного ребра: b d = b 1 f = 20 см.

    Требуемая площадь сечения опорного ребра:


    , где Q max – опорная реакция в главной балке; R p – расчётное сопротивление смятию торцовой поверхности.


    ,

    — нормативное сопротивление по пределу прочности, — коэффициент надежности по материалу.

    Требуемая толщина опорного ребра:

    T d = A d /b d , где b d =b f

    Окончательно t d принимается по сортаменту на листовую сталь. Кроме смятия опорное ребро работает на сжатие и требуется проверка устойчивости условной стойки. В сечение условной стойки входят опорное ребро и часть стенки.


    Длина этой части стенки определяется по формуле:

    Площадь сечения условной стойки находится по формуле:

    Проверка устойчивости сводится к выполнению условия  = Q max /(*A s) ? R y ; где  — коэффициент продольного изгиба. Принимается в зависимости от гибкости  z:

     z = h w /i z , где i z — радиус инерции сечения условной стойки,


    J z — момент инерции сечения условной стойки


    32 Расчет узла опирания балки на колонну сбоку и на кирпичные стены

    Шарнирное примыкания балки к колонне:

    При шарнирном прикреплении балки к колонне опорная реакция передается через опорный столик, который в зависимости от нагрузки выполняется из листа толщиной 25-40 мм или из неравнополочного уголка со срезанной меньшей полкой, или из сварного столика таврового сечения. Швы, крепящие опорный столик, рассчитываются на срез или на срез и изгиб с учетом коэффициента условий работы, равным 0,65. Болты в соединении ставятся конструктивно.

    Жесткое крепление балок к колоннам предусматривают в случае проектирования рамного каркаса или когда балка перекрытия выполняет одновременно и функцию балки-распорки в вертикальных связях каркаса. При жестком креплении верхняя и нижняя полки балки при помощи горизонтальных планок или косынок вертикальных связей прикрепляют к колоннам жестко, что препятствует повороту балки в опорном узле.

    Стыковые планки и косынки воспринимают горизонтальные составляющие силы S=M/h, возникающие от действия изгибающего момента в опорном узле. Опорная реакция при жестком креплении балки передается на колонну способом, аналогичным передаче опорной реакции при шарнирном креплении балки к колонне. Применение жесткого узла более трудоемко по сравнению с шарнирным, но позволяет снизить расход металла.
    33 Расчет узла сопряжения главной балки с прокатными балками

    Сопряжения главных и второстепенных балок между собой бывают: этажные, в одном уровне верхних поясов и с пониженным расположением верхних поясов второстепенных балок
    б) на смятие


    , где R bp – расчетное сопротивление на смятие,

    – толщина ребра жесткости.

    Сравниваем результаты расчетов, выбираем меньшее. Требуемое количество болтов в соединении:


    34 Расчет угловых сварных швов в балках

    Соединение поясов со стенкой в сварных балках осуществляют непрерывными угловыми швами. Поясные сварные швы воспринимают сдвигающее усилие между поясом и стенкой. Оно вызывается поперечной силой Q действующей на опорах или в местах приложения сосредоточенных нагрузок.

    Сдвигающее усилие, приходящееся на единицу длины пояса, получим умножением касательных напряжений на толщину стенки:

    , где S –статический момент пояса относительно нейтральной оси, I – момент инерции сечения балки.

    — коэффициент условий работы;


    — при двусторонних швах;

    — расчетная поперечная сила.

    Катет шва должен быть не менее минимального рекомендуемого значения в зависимости от толщины пояса

    . Толщина шва принимается постоянной по длине.
    35 Монтажный стык главной балки на сварке

    В отличие от заводского, монтажный стык выполняется в одном сечении. Требования к шву и его расчет аналогичны заводским. Швы рекомендуется выполнить двусторонней сваркой.

    В монтажном стыке могут возникать значительные сварочные напряжения. Для их снижения необходимо соблюдать последовательность сварки: Вначале сваривается стенка. При остывании шва стенка свободно деформируется и сварочные напряжения не возникают. Затем свариваются поясные листы. Здесь деформации стеснены, и возникают сварочные напряжения. Однако на участке, где не выполнены поясные швы, стенка и пояса деформируются независимо друг от друга. Длина участков принимается не более 500 мм. Они завариваются в последнюю очередь. Стык растянутого пояса, как правило, выполняют косым швом.

    Если на монтажной площадке имеется возможность применения физических методов контроля качества швов и концы швов выводятся за их пределы, то все швы стыка и основной металл считаются равно прочными. При соблюдении этих условий монтажный стык можно размещать в любом месте балки без расчета.

    Наиболее просто и удобно простое соединение балок встык и при ручной сварке расчетное сопротивление сварного шва встык на растяжение меньше расчетного сопр основного металла

    M св стыка = M max R св /R?0,85M max

    В сечениях, где действ-т больший изгиб момент, делают прямое соединение балок в стык, а полки усиливают накладками.

    Считают изгибающие моменты

    M =WR св + N н h н,

    В накладках определяют расчетные усилия,

    N н =(M-WR св)/h н, h н – расстояние между осями накладок, N н – усилие в накладке, W – момент сопротивления сечения балки

    А затем площадь поперечного сечения накладки

    A=N н /R св
    36 Монтажный стык главной балки на высокопрочных болтах

    В таких стыках каждый пояс балки желательно перекрывать тремя накладками с двух сторон, а стенку — двумя вертикальными накладками, площадь сечения которых должна быть не меньше площади сечения перекрываемого ими элемента.

    Стык пояса:

    Суммарная площадь накладок: A н?А f

    Максимальная продольная сила, воспринимаемая поясом: N = A f *R y

    Несущая способность одного среза болта Q bn = 0,7R bun *? b *A bn * ?/ ? n , где R bun – расчетное сопротивление болта срезу; ? b – коэффициент условия работы соединения; A bn – площадь сечения одного болта «нетто»; ? – коэффициент трения.

    Количество болтов с одной стороны стыка: n = N/ (? с *m тр *Q bn), где? с – коэффициент, учитывающий назначение конструкции; m тр – число плоскостей трения в стыке пояса.

    Болты с каждой стороны стыка расставляются симметрично относительно стенки главной балки. Длина накладок принимается в зависимости от шага болтов и должна быть кратна 10 миллиметрам.

    Расчет и конструирование стыка стенки:

    Стык стенки перекрывается двумя накладками с применением тех же высокопрочных болтов, что и стык поясов. Стык должен воспринять изгибающий момент, который приходится на стенку балки: M w = M max *J w /J x , где M max – момент в середине пролета главной балки; J w – момент инерции стенки; J x – момент инерции сечения балки в середине пролета.

    Болты в стыке расставляются вертикальными и горизонтальными рядами. Максимально загруженные болты находятся в дальних от нейтральной оси (Н.О.) горизонтальных рядах. Расчетное усилие в наиболее удалённом от Н.О. горизонтальном ряду: N max = M w *h max /(m*h i 2).

    Число болтов с каждой стороны стыка определяется методом подбора. Первоначально принимается с каждой стороны стыка по одному вертикальному ряду.

    h i 2 = h 1 2 + h 2 2 + h 3 2 + … + h max 2 ;

    M – число вертикальных рядов с каждой стороны стыка.

    Прочность стыка обеспечена, если выполняется условие: N max ? m тр *Q bh

    2.440-1.1 00 КМ Пояснительная записка
    2.440-1.1 01 КМ Шарнирные узлы. Рекомендации по применению шарнирных узлов
    2.440-1.1 02 КМ Шарнирные узлы. Этажное опирание балок. Узлы 1 и 2
    2.440-1.1 03 КМ Шарнирные узлы. Крепление балок на опорных уголках. Узел 3
    2.440-1.1 04 КМ Шарнирные узлы. Крепление балок на опорных уголках. Узел 4
    2.440-1.1 05 КМ Шарнирные узлы. Геометрические характеристики и несущие способности узла 4
    2.440-1.1 06 КМ Шарнирные узлы. Опирание балок на ребра из швеллеров. Узел 5
    2.440-1.1 07 КМ Шарнирные узлы. Опирание балок на ребро из тавров. Узел 6
    2.440-1.1 08 КМ Шарнирные узлы. Крепление балок на опорных планках. Узлы 7, 7а, 8, 8а
    2.440-1.1 09 КМ Шарнирные узлы. Таблица геометрических характеристик и несущих способностей узлов 7, 7а
    2.440-1.1 10 КМ Шарнирные узлы. Таблица геометрических характеристик и несущих способностей узлов 8, 8а
    2.440-1.1 11 КМ Шарнирные узлы. Крепление балок на опорных планках из уголков. Узел 9
    2.440-1.1 12 КМ Шарнирные узлы. Опирание балок на оголовок стойки, центральное опирание. Узлы 10, 11
    2.440-1.1 13 КМ Шарнирные узлы. Таблица геометрических характеристик и несущих способностей узлов 10, 11
    2.440-1.1 14 КМ Шарнирные узлы. Крепление балок на 2-х болтах нормальной точности (горизонтальное). Узлы 12, 13
    2.440-1.1 15 КМ Шарнирные узлы. Крепление балок к колоннам на 2-х болтах нормальной точности. Узел 14
    2.440-1.1 16 КМ Шарнирные узлы. Крепление балок к колоннам на 3-х болтах нормальной точности. Узел 15
    2.440-1.1 17 КМ Шарнирные узлы. Крепление балок к колоннам на 4-х болтах нормальной точности. Узел 16
    2.440-1.1 18 КМ Шарнирные узлы. Крепление балок к колоннам на 5-и болтах нормальной точности. Узел 17
    2.440-1.1 19 КМ Шарнирные узлы. Крепление балок к колоннам на 6-и болтах нормальной точности. Узел 18
    2.440-1.1 20 КМ Шарнирные узлы. Крепление балок к колоннам на 7-и болтах нормальной точности. Узел 19
    2.440-1.1 21 КМ Шарнирные узлы. Крепление балок к балкам на 2-х болтах нормальной точности. Узел 20
    2.440-1.1 22 КМ Шарнирные узлы. Крепление балок к балкам на 3-х болтах нормальной точности. Узел 21
    2.440-1.1 23 КМ Шарнирные узлы. Крепление балок к балкам на 4-х болтах нормальной точности. Узел 22
    2.440-1.1 24 КМ Шарнирные узлы. Крепление балок к балкам на 5-и болтах нормальной точности. Узел 23
    2.440-1.1 25 КМ Шарнирные узлы. Крепление балок к балкам на 6-и болтах нормальной точности. Узел 24
    2.440-1.1 26 КМ Шарнирные узлы. Крепление балок к балкам на 7-и болтах нормальной точности. Узел 25
    2.440-1.1 27 КМ Шарнирные узлы. Крепление балок к балкам на 2-х болтах нормальной точности. Узел 26
    2.440-1.1 28 КМ Шарнирные узлы. Крепление балок к балкам на 3-х болтах нормальной точности. Узел 27
    2.440-1.1 29 КМ Шарнирные узлы. Крепление балок к балкам на 4-х болтах нормальной точности. Узел 28
    2.440-1.1 30 КМ Шарнирные узлы. Крепление балок к колоннам на 2-х болтах нормальной точности. Узел 29
    2.440-1.1 31 КМ Шарнирные узлы. Крепление балок к колоннам на 3-х болтах нормальной точности. Узел 30
    2.440-1.1 32 КМ Шарнирные узлы. Крепление балок к колоннам на 4-х болтах нормальной точности. Узел 31
    2.440-1.1 33 КМ Шарнирные узлы. Крепление балок к колоннам на 5-и болтах нормальной точности. Узел 32
    2.440-1.1 34 КМ Шарнирные узлы. Крепление балок к колоннам на 6-и болтах нормальной точности. Узел 33
    2.440-1.1 35 КМ Шарнирные узлы. Крепление балок к колоннам на 7-и болтах нормальной точности. Узел 34
    2.440-1.1 36 КМ Шарнирные узлы. Опирание балок на кирпичные стены. Узлы 35-38
    2.440-1.1 37 КМ Рамные узлы. Общий вид и таблица характеристик узла 39
    2.440-1.1 38 КМ Рамные узлы. Общий вид и таблица характеристик узла 40
    2.440-1.1 39 КМ Рамные узлы. Узлы 39, 40
    2.440-1.1 40 КМ Рамные узлы. Общий вид и таблица характеристик узла 41
    2.440-1.1 41 КМ Рамные узлы. Общий вид и таблица характеристик узла 42
    2.440-1.1 42 КМ Рамные узлы. Узлы 41, 42
    2.440-1.1 43 КМ Рамные узлы. Детали узлов 39-42
    2.440-1.1 44 КМ Рамные узлы. Таблица характеристик деталей узлов 39-42
    2.440-1.1 45 КМ Рамные узлы. Опорные столики для ригелей в узлах 39-42, 44, 45
    2.440-1.1 46 КМ Рамные узлы. Общий вид узла 43. Таблица характеристик узлов 43, 44
    2.440-1.1 47 КМ Рамные узлы. Общий вид и таблица характеристик узла 44
    2.440-1.1 48 КМ Рамные узлы. Узлы 43, 44. Вертикальные накладки по стенкам ригелей в узле 43. Таблица характеристик накладок
    2.440-1.1 49 КМ Рамные узлы. Горизонтальны накладки по поясам ригелей в узлах 43, 44. Таблица характеристик накладок
    2.440-1.1 50 КМ Рамные узлы. Общий вид и таблица характеристик узла 45
    2.440-1.1 51 КМ Рамные узлы. Узел 45. Горизонтальны накладки по поясам ригелей. Таблица характеристик накладок
    2.440-1.1 52 КМ Рамные узлы. Таблица для подбора горизонтальных ребер жесткости в колоннах
    2.440-1.1 53 КМ Рамные узлы. Горизонтальные ребра жесткости в колоннах. Таблица характеристик ребер
    2.440-1.1 54 КМ Рамные узлы. Накладные ребра жесткости
    2.440-1.1 55 КМ Рамные узлы. Таблица несущей способности колонн по прочности
    2.440-1.1 56 КМ Рамные узлы. Таблица несущей способности ригелей по прочности

    Сопряжения разделяют по конструктивному признаку на опирание сверху и примыкание сбоку (шарнирное или жесткое). Примыкание сбоку может осуществляться либо в виде фланцевого соединения, либо при помощи столиков. Шарнирное сопряжение передает только опорную реакцию, а жесткое передает, кроме опорной реакции, еще и опорный момент.

    Примеры опирания балок на колонны показаны на фигуре. Обычно в качестве непосредственной опоры, передающей опорное давление на колонну (или консоль), в балках пролетом до 25 — 30 м применяется плоская подушка (плита). На фигуре,а опорные ребра жесткости (опорные планки) поставлены по торцам балок и выпущены книзу на 10 — 15 мм. Фрезерованные (строганые) торцы этих планок фиксируют центральную передачу опорного давления. Нижний пояс балок не касается колонны, но притягивается к ней болтами.

    На фигуре наоборот, ребра жесткости расставлены, фиксируя передачу опорных давлений через опорные плиты на ветви колонны (из ). Толщина опорных плит обычно назначается конструктивно (если только плита не работает на изгиб) и принимается несколько большей, чем толщина пояса балки.


    На фигуре, а показано шарнирное примыкание (фланцевое) сбоку на болтах. Болты в этом креплении рассчитываются на срез от действия опорной реакции А, увеличенной на 20% (смотрите ). Применение черных болтов здесь возможно при опорной реакции примерно до 30 — 35 т. Сварной шов рассчитывается, как было указано выше, на совместное действие касательных и нормальных напряжений (смотрите ).

    Такое примыкание, как показали опыты, несмотря на расставленные по высоте балки болты, является шарнирным вследствие податливости всего соединения (отгиба полок уголков, податливости гаек, вытяжки болтов и т. д.). Для осуществления жесткого сопряжения необходимо прочно соединить пояса балки с опорной конструкцией.

    На фигуре б показан пример такого сопряжения, в котором нижний и верхний пояса присоединены к колонне горизонтальными планками. Это соединение выполнено для нижнего и верхнего поясов балки по-разному для того, чтобы избежать потолочной сварки при монтаже.

    Сопряжения по фигуре могут применяться лишь при статической нагрузке, так как они имеют щели, вокруг которых концентрируются напряжения, опасные при динамической нагрузке.


    На фигуре, а показано шарнирное примыкание балки к колонне сбоку при помощи опорного столика. Это очень простое сопряжение, удобное для монтажа. Опорным столиком обычно служит неравнобокий уголок, полученный путем обрезки части полки. Он воспринимает все опорное давление балки А, которое передается на колонну через швы.

    Однако расчетную длину шва l ш на одной стороне столика обычно определяют, исходя из усилия, равного 2/3А, ввиду возможной перегрузки одной стороны из-за неточности изготовления. Уголки, приваренные к стенке балки, — конструктивные; каждый из них прикрепляется к колонне двумя болтами.

    Опорные столики часто делают из толстого листа (δ = 25/30 мм). На фигуре,б показано жесткое сопряжение балки с колонной при помощи опорного столика из толстого листа. Это сопряжение способно воспринять не только опорное давление, передающееся на столик, но также и момент, передающийся с поясов балки на опорную планку (фланец), прикрепленную болтами к колонне. Линия оси упругого поворота узла (нейтральная линия), как показали исследования, проходит примерно на уровне нижнего пояса балки.

    Максимальное усилие в двух верхних болтах, расположенных на одной горизонтали и работающих на растяжение, определяется по формуле

    Нижнюю кромку опорной планки, выпущенной на 10 мм, строгают так же, как и верхнюю кромку опорного столика. Для полной обеспеченности передачи опорного давления на столик диаметр отверстий в планке назначают на 2 — 3 мм больше диаметра болтов, тем самым не допуская работы болтов на срез. Учитывая работу опорной планки не только на сжатие, но и на изгиб, ее следует делать достаточно толстой (около 16 — 20 мм).


    а — сварных;
    б — клепанных.

    На фигуре показаны примеры жесткого сопряжения второстепенных балок с главными. Опорный момент передается здесь по верхнему поясу через планку, называемую «рыбкой», а по нижнему поясу — через столик. Рыбка имеет уширение по сечению а — б, рассчитанное на восприятие полного усилия N = M/h.

    «Проектирование стальных конструкций»,
    К.К.Муханов

    На фигуре показаны стыки сварной составной балки. На фигуре, а показан заводской стык, у которого элементы поясов я стенки стыкуются вразбежку, а на фигуре, б — монтажный стык. Примененный здесь прямой стык стенки может быть устроен при ручной сварке и обычных способах контроля сварки в том сечении балки, где момент имеет значение Тогда напряжение в…

    На фигуре, а показан заводской стык стенки клепаной балки, перекрытый накладками на всю высоту стенки с двух сторон; на фигуре, б и в показаны заводские стыки поясных уголков и поясного листа. Основное правило устройства стыка заключается в перекрытии его стыковым элементом, площадь сечения которого не меньше площади стыкуемого элемента. На фигуре, г показан пример монтажного…

    Сопряжение балок со стальными колоннами осуществляется путем их опирания сверху или примыканием сбоку к вдвойне. Такое соединение может быть или шарнирным, передающим только опорную реакцию балки, или жестким, передающим на колонну кроме опорной реакции еще и момент защемления балки в колонне. Шарнирное соединение широко применяется в большинстве балочных конструкций, жесткое — в каркасах многоэтажных зданий. Примеры опирания балок на колонны сверху показаны на рис. 15.

    Рис. 15. Опирание балок на колонны

    а, б — сверху

    в — сбоку

    Конец балки в месте опирания ее на опору укрепляют опорными ребрами, считая при этом, что вся опорная реакция передается с балки на опору через эти ребра жесткости Ребра жесткости для передачи опорной реакции надежно прикрепляют к стенке сварными швами, а торец ребер жесткости либо плотно пригоняют к нижнему поясу балки (рис. 15, а), либо строгают для непосредственной передачи опорного давления на стальную колонну (рис. 15,6). Для правильной передачи давления на колонну (при конструктивном решении по рис. 15, а) центр опорной поверхности ребра надо совмещать с осью полки колонны.

    Размер опорных ребер жесткости определяют обычно из расчета на смятие торца ребра

    (7.60)

    Выступающая вниз часть опорного ребра (рис. 15, б) не должна превышать a

    Помимо проверки на смятие торца опорного ребра производится также проверка опорного участка балки на устойчивость из плоскости балки как условного опорного стержня, включающего в площадь расчетного сечения опорные ребра и часть стенки балки шириной по 0,65 в каждую сторону (на рис. 15, б, а эта площадь заштрихована) и длиной, равной высоте стенки балки:

    (7.61)

    Прикрепление опорных ребер к стенке балки сварными швами должно быть рассчитано на полную опорную реакцию балки с учетом максимальной рабочей длины сварного Шва. Шарнирное примыкание балок сбоку по рис. 15, в) по своему конструктивному оформлению, работе и расчету не отличается от описания балок сверху по рис. 15, б.

    11. Конструирование и расчет оголовка колонны .

    При свободном сопряжении балки обычно ставят на колонну сверху, что обеспечивает простоту монтажа.

    В этом случае оголовок колонны состоит из плиты и ребер, поддерживающих плиту и передающих нагрузку на стержень колонны.

    Если нагрузка передается на колонну через фрезерованные торцы опорных ребер балок, расположенных близко к центру колонны, то плита оголовка поддерживается снизу ребрами, идущими под опорными ребрами балок.

    Ребра оголовка приваривают к опорной плите и к ветвям колонны при сквозном стержне или к стене колонны при сплошном стержне. Швы, прикрепляющие ребро оголовка к плите, должны выдерживать полное давление на оголовок. Проверяют их по формуле:

    Высоту ребра оголовка определяют требуемой длиной швов, передающих нагрузку на стержень колонны (длина швов нe должна быть больше ):

    Толщину ребра оголовка определяют из условия сопротивления на смятие под полным опорным давлением:

    Назначив толщину ребра, следует проверить:

    (8.38)

    При малых толщинах стенок швеллеров сквозной колонны и стенки сплошной колонны их надо также проверить на срез в месте npикрепления к ним ребер. Можно в пределах высоты оголовка сделать стенку более толстой.

    Чтобы придать жесткость ребрам, поддерживающим опорную плиту, и укрепить от потери устойчивости стенки стержня колонны в местах передачи больших сосредоточенных нагрузок, вертикальные ребра воспринимающие нагрузку, обрамляют снизу горизонтальными ребрами.

    Опорная плита оголовка передает давление от вышележащей конструкции на ребра оголовка и служит для скрепления балок с колоннами монтажными болтами, фиксирующими проектное положение балок.

    Толщина опорной плиты принимается конструктивно в пределах 20-25 мм.

    При фрезерованном торце колонны давление от балок передается через опорную плиту непосредственно на ребра оголовка. В этом случае толщина швов, соединяющих плиту с ребрами, так же как и с ветвями колонны, назначается конструктивно.

    Большие опорные давления балок лучше передавать на колонну через ребра, расположенные над полками колонн.

    Если балка, крепится к колонне сбоку, вертикальная реакция передается через опорное ребро балки на столик, приваренный к полкам колонны. Торец опорного ребра балки и верхняя кромка столика пристраиваются. Толщину столика принимают на 20-40 мм больше толщины опорного ребра балки.

    Столик целесообразно приваривать к колонне по трем сторонам.

    Сварные швы, приваривающие столик к колонне, рассчитывают по формуле:

    Коэффициент 1,3 учитывает возможную непараллельность торцов опорного ребра балки и столика из-за неточности изготовления, что приводит к неравномерному распределению реакции между вертикальными швами.

    Чтобы балка не зависла на болтах и плотно стала на опорный столик, опорные ребра балки прикрепляют к стержню колонны болтами, диаметр которых должен быть на 3-4 мм меньше диаметра отверстий.

    Узел опирания главной балки на оголовок колонны .


    Узлы сопряжений — Стыки и узлы сопряжений балок — Балки

    Сопряжения разделяют по конструктивному признаку на опирание сверху и примыкание сбоку (шарнирное или жесткое). Примыкание сбоку может осуществляться либо в виде фланцевого соединения, либо при помощи столиков. Шарнирное сопряжение передает только опорную реакцию, а жесткое передает, кроме опорной реакции, еще и опорный момент.


    Опирание балок на колонны


    Примеры опирания балок на колонны показаны на фигуре. Обычно в качестве непосредственной опоры, передающей опорное давление на колонну (или консоль), в балках пролетом до 25 — 30 м применяется плоская подушка (плита). На фигуре,а опорные ребра жесткости (опорные планки) поставлены по торцам балок и выпущены книзу на 10 — 15 мм. Фрезерованные (строганые) торцы этих планок фиксируют центральную передачу опорного давления. Нижний пояс балок не касается колонны, но притягивается к ней болтами.

    На фигуре наоборот, ребра жесткости расставлены, фиксируя передачу опорных давлений через опорные плиты на ветви колонны (из швеллеров). Толщина опорных плит обычно назначается конструктивно (если только плита не работает на изгиб) и принимается несколько большей, чем толщина пояса балки.


    Примыкание балок к колоннам сбоку


    На фигуре, а показано шарнирное примыкание (фланцевое) сбоку на болтах. Болты в этом креплении рассчитываются на срез от действия опорной реакции А, увеличенной на 20% (смотрите формулы). Применение черных болтов здесь возможно при опорной реакции примерно до 30 — 35 т. Сварной шов рассчитывается, как было указано выше, на совместное действие касательных и нормальных напряжений (смотрите формулы).

    Такое примыкание, как показали опыты, несмотря на расставленные по высоте балки болты, является шарнирным вследствие податливости всего соединения (отгиба полок уголков, податливости гаек, вытяжки болтов и т. д.). Для осуществления жесткого сопряжения необходимо прочно соединить пояса балки с опорной конструкцией.

    На фигуре б показан пример такого сопряжения, в котором нижний и верхний пояса присоединены к колонне горизонтальными планками. Это соединение выполнено для нижнего и верхнего поясов балки по-разному для того, чтобы избежать потолочной сварки при монтаже.

    Сопряжения по фигуре могут применяться лишь при статической нагрузке, так как они имеют щели, вокруг которых концентрируются напряжения, опасные при динамической нагрузке.


    Примыкание балок к колоннам сбоку при помощи столика


    На фигуре, а показано шарнирное примыкание балки к колонне сбоку при помощи опорного столика. Это очень простое сопряжение, удобное для монтажа. Опорным столиком обычно служит неравнобокий уголок, полученный путем обрезки части полки. Он воспринимает все опорное давление балки А, которое передается на колонну через швы.

    Однако расчетную длину шва lш на одной стороне столика обычно определяют, исходя из усилия, равного 2/3А, ввиду возможной перегрузки одной стороны из-за неточности изготовления. Уголки, приваренные к стенке балки, — конструктивные; каждый из них прикрепляется к колонне двумя болтами.

    Опорные столики часто делают из толстого листа (δ = 25/30 мм). На фигуре,б показано жесткое сопряжение балки с колонной при помощи опорного столика из толстого листа. Это сопряжение способно воспринять не только опорное давление, передающееся на столик, но также и момент, передающийся с поясов балки на опорную планку (фланец), прикрепленную болтами к колонне. Линия оси упругого поворота узла (нейтральная линия), как показали исследования, проходит примерно на уровне нижнего пояса балки.

    Максимальное усилие в двух верхних болтах, расположенных на одной горизонтали и работающих на растяжение, определяется по формуле

    Нижнюю кромку опорной планки, выпущенной на 10 мм, строгают так же, как и верхнюю кромку опорного столика. Для полной обеспеченности передачи опорного давления на столик диаметр отверстий в планке назначают на 2 — 3 мм больше диаметра болтов, тем самым не допуская работы болтов на срез. Учитывая работу опорной планки не только на сжатие, но и на изгиб, ее следует делать достаточно толстой (около 16 — 20 мм).


    Жесткое сопряжение балок

    Жесткое сопряжение балок:

    а — сварных;
    б — клепанных.


    На фигуре показаны примеры жесткого сопряжения второстепенных балок с главными. Опорный момент передается здесь по верхнему поясу через планку, называемую «рыбкой», а по нижнему поясу — через столик. Рыбка имеет уширение по сечению а — б, рассчитанное на восприятие полного усилия N = M/h.

    «Проектирование стальных конструкций»,
    К.К.Муханов

    Глава 7. Балки и балочные конструкции.

    ПРОЕКТИРОВАНИЕ КОНСТРУКЦИИ СОСТАВНЫХ БАЛОК

    1. Соединение поясов балки со стенкой

    2. Стыки балок

    3. Опирания и сопряжения балок

    1. Соединение поясов балки со стенкой

    Соединение поясов составной балки со стенкой осуществляют в сварных балках поясными швами, в клепаных и болтовых — поясными заклепками или болтами (см. рис. 7.23).

    При изгибе балки это соединение предотвращает сдвиг поясов относительно стенки балки (см. рис. 7.23, а), который был бы при раздельной самостоятельной работе элементов балки на изгиб. Такое соединение поясов со стенкой превращает все сечение в монолитно работающее. В сварных балках, работающих без учета пластических деформаций, при хорошей обеспеченности местной устойчивости стенки, когда значения левой части формул (7.46), (7.47), (7.50), (7.54) не превышают 0,9?, возможно применение односторонних поясных швов. В балках, работающих с учетом пластических деформаций, применение односторонних поясных швов не допускается.

    Расчет соединений ведется на силу сдвига пояса относительно стенки (см. рис. 7.23, б). В сварных балках сдвигающую силу Т, приходящуюся на 1 см длины балки, определяют через касательные напряжения

    Сдвигающая сила стремится срезать поясные швы, а потому сопротивление этих швов срезу должно быть не меньше силы Т:

    2. Стыки балок

    Различают два типа стыков балок: заводские и монтажные (укрупнительные).

    Заводские стыки представляют собой соединения отдельных частей какого-либо элемента балки (стенки, пояса), выполняемые из-за недостаточной длины имеющегося проката. Их расположение обусловлено длиной проката или конструктивными соображениями (стык стенки не должен совпадать с местом примыкания вспомогательных балок, с ребрами жесткости и т.п.). Чтобы ослабление сечения балки заводским стыком было не слишком велико, стыки отдельных элементов обычно располагают в разных местах по длине балки, т. е. вразбежку.

    Монтажные стыки выполняются при монтаже, они необходимы тогда, когда масса или размеры балки не позволяют перевезти и смонтировать ее целиком. Расположение их должно предусматривать членение балки на отдельные отправочные элементы, по возможности одинаковые (в разрезной балке стык располагают в середине пролета или симметрично относительно середины балки), удовлетворяющие требованиям транспортирования и монтажа наиболее распространенными средствами.

    В монтажных стыках удобно все элементы балки соединять в одном сечении. Такой стык называется универсальным.

    Стыки прокатных балок (заводские и монтажные) выполняют, как правило, сварными. Возможные конструктивные решения их показаны на рис. 7.24

    Наиболее просто и удобно непосредственное соединение балок встык (см. рис. 7.24, а). Чтобы уменьшить усадочные сварочные напряжения, необходимо варить стык быстрее; чтобы охлаждение шло более равномерно, следует начинать варить с менее жесткого элемента — стенки. Однако при ручной сварке такого стыка с применением обычных способов контроля сварки растянутый пояс балки в стыке будет иметь меньшую прочность, чем вне стыка, так как расчетное сопротивление сварного шва встык на растяжение меньше расчетного сопротивления основного металла

    При необходимости устройства стыка в сечении, где действует больший изгибающий момент, делают прямое соединение балок встык, а полки усиливают накладками (см. рис. 7.24, б). Изгибающий момент в таком стыке воспринимается швами и накладками. Расчет момента производится по формуле:

    Отсюда определяем расчетное усилие в накладке:

    затем площадь поперечного сечения накладки

    Угловые швы, прикрепляющие накладку к балке, должны быть рассчитаны на усилие в накладке. Чтобы уменьшить сварочные напряжения, эти швы не доводят до оси стыка на 25 мм с каждой стороны.

    При изготовлении конструкций в полевых мастерских, когда трудно обработать торцы балок под сварку, можно осуществить стык толькое помощью накладок (см. рис. 7.24, в). Однако из-за большой концентрации напряжений в таком стыке применять его можно в конструкциях, работающих только на статическую нагрузку и при положительных температурах.

    Почти весь изгибающий момент в этом стыке передается через поясные накладки, а поперечная сила — через парные накладки на стенке. Учитывая это, производят расчет усилия и площади поперечного сечения в накладке по формулам:

    Накладки на стенку конструктивно принимают шириной 100 — 150 мм, толщиной, приблизительно равной толщине стенки, и высотой, равной высоте прямолинейного участка стенки (до закруглений около полок).

    Угловые швы, прикрепляющие накладки к стенке, следует проверять на действие поперечной силы

    Стыки составных сварных балок. Заводские стыки поясов и стенки составных сварных балок осуществляют соединением листов до сборки их в балку (рис. 7.25,a). Основным типом сварных соединений листов является соединение встык. Стык растянутого пояса, если он расположен в зоне балки, где напряжения в поясе превышают расчетное сопротивление сварного шва на растяжение, устраивают косым или сваривают автоматической сваркой, выводя начало и конец шва на технологические планки. Такое усложнение производства часто делает более целесообразным перенос прямого заводского стыкового шва в то место балки, где напряжения в поясе не превышают расчетного сопротивления сварного шва на растяжение. Заводские стыки сжатого пояса и стенки балки всегда делают прямыми.

    На монтаже сжатый пояс и стенку всегда соединяют прямым швом встык, а растянутый пояс — косым швом под углом 60 °, так как при монтаже автоматическая сварка и повышенные способы контроля затруднены. Такой стык будет равнопрочен основному сечению балки и может не рассчитываться. Некоторым перенапряжением стенки вблизи растянутого пояса балки обычно пренебрегают, так как этот участок стенки расположен между двумя упруго работающими зонами балки, работает в условиях стесненной деформации и пластическое его разрушение невозможно. Применявшееся раньше усиление этого участка накладками, как показали исследования, приводит лишь к дополнительным сварочным напряжениям и не увеличивает несущей способности балки.

    Чтобы уменьшить сварочные напряжения, сначала сваривают поперечные стыковые швы стенки 1 (рис. 7.25, б) и поясов 2, имеющие наибольшую поперечную усадку. Оставленные не заваренными на заводе участки поясных швов длиной около 500 мм дают возможность поясным листам несколько вытянуться при усадке швов 2. Последним заваривают угловые швы 3, имеющие небольшую продольную усадку.

    Стыки составных балок на высокопрочных болтах. В последнее время монтажные стыки сварных балок, чтобы избежать сварки при монтаже, иногда выполняют на высокопрочных болтах (рис. 7.26). В таких стыках каждый пояс балки желательно перекрывать тремя накладками с двух сторон, а стенку — двумя вертикальными накладками, площадь сечения которых должна быть не меньше площади сечения перекрываемого ими элемента. Ослабление сечения поясов балки учитывается при статических нагрузках, если площадь сечения нетто составляет меньше 85 % площади брутто АНТУСЛ=1,18АНТ; при динамических нагрузках АНТ принимается независимо от величины ослабления.

    Болты в стыке ставят на минимальных расстояниях друг от друга: (2,5-3)d болта (при d = 24 мм удобно иметь шаг 80 мм), чтобы уменьшить размеры и массу стыковых накладок.

    Расчет каждого элемента балки ведут раздельно, а изгибающий момент распределяют между поясами и стенкой пропорционально их жесткости. Тогда расчетное усилие в поясе может быть определено по формулам:

    Количество болтов для прикрепления стыковых накладок к поясу балки

    Это количество болтов ставят по каждую сторону от центра стыка. Момент, приходящийся на стенку, может быть найден по формуле:

    Этот момент уравновешивается суммой внутренних пар усилий, действующих на болты, расположенные на стыковой полунакладке симметрично относительно нейтральной оси балки (см. рис. 7.26):

    Отсюда максимальное горизонтальное усилие от изгибающего момента, действующее на каждый крайний, наиболее нагруженный болт, будет:

    Для упрощения расчета выражаем сумму 2а/через aw и количество болтов в вертикальном ряду стыка — k:

    Тогда формула (7.65) окончательно примет вид:

    См. табл. 7-8

    Кроме изгибающего балку момента в стыке может действовать поперечная сила Q, которая условно полностью передается на стенку и принимается распределенной равномерно на все болты, расположенные на полунакладке:

    Тогда на наиболее напряженные крайние болты будет действовать равнодействующая усилий от момента и поперечной силы, и они будут определять прочность стыка стенки:

    3. Опирания и сопряжения балок

    Сопряжение балок со стальными колоннами осуществляется путем их опирания сверху или примыканием сбоку к вдвойне. Такое соединение может быть или шарнирным, передающим только опорную реакцию балки, или жестким, передающим на колонну кроме опорной реакции еще и момент защемления балки в колонне. Шарнирное соединение широко применяется в большинстве балочных конструкций, жесткое — в каркасах многоэтажных зданий. Примеры опирания балок на колонны сверху показаны на рис. 7.28. Конец балки в месте опирания ее на опору укрепляют опорными ребрами, считая при этом, что вся опорная реакция передается с балки на опору через эти ребра жесткости Ребра жесткости для передачи опорной реакции надежно прикрепляют к стенке сварными швами, а торец ребер жесткости либо плотно пригоняют к нижнему поясу балки (рис. 7.28, а), либо строгают для непосредственной передачи опорного давления на стальную колонну (рис. 7.28,6). Для правильной передачи давления на колонну (при конструктивном решении по рис. 7.28, а) центр опорной поверхности ребра надо совмещать с осью полки колонны.

    Размер опорных ребер жесткости определяют обычно из расчета на смятие торца ребра

    Выступающая вниз часть опорного ребра (рис. 7.28, б) не должна превышать a OP и обычно принимается 15-20 мм.

    Помимо проверки на смятие торца опорного ребра производится также проверка опорного участка балки на устойчивость из плоскости балки как условного опорного стержня, включающего в площадь расчетного сечения опорные ребра и часть стенки балки шириной по 0,65 в каждую сторону (на рис. 7.28, б, а эта площадь заштрихована) и длиной, равной высоте стенки балки:

    Прикрепление опорных ребер к стенке балки сварными швами должно быть рассчитано на полную опорную реакцию балки с учетом максимальной рабочей длины сварного Шва. Шарнирное примыкание балок сбоку по рис. 7.28, в) по своему конструктивному оформлению, работе и расчету не отличается от описания балок сверху по рис. 7.28, б.

    Сопряжения балок. Сопряжения главных и второстепенных балок между собой бывают: этажные, в одном уровне верхних поясов и с пониженным расположением верхних поясов второстепенных балок (рис. 7.30).

    Этажное сопряжение (рис. 7.30, а) является простейшим, но оно из-за возможного отгиба пояса главной балки может передавать лишь небольшие опорные реакции. Это сопряжение можно усилить, поставив под вспомогательной балкой ребро жесткости и пригнав его верхний торец к верхнему поясу главной балки для предотвращения отгиба.

    Сопряжения в одном уровне и пониженное сопряжение способны передавать большие опорные реакции. Неудобство сопряжения в одном уровне (рис. 7.30, б) — необходимость выреза верхней полки и части стенки вспомогательной балки. Этот вырез ослабляет ее сечение и увеличивает трудоемкость сопряжения; кроме того, число болтов, которые можно разместить на стенке балки, ограничено. Избежать этих неудобств можно, приварив на заводе к Торцу вспомогательной балки коротыш из уголка, и уже его сопрягать на монтаже болтами или сваркой с ребром жесткости главной балки (рис. 7.30, в).

    В этих сопряжениях опорная реакция со стенки примыкающей вспомогательной балки передается через болты или монтажную сварку на специальное ребро, укрепляющее стенку главной балки. В качестве работающих применяют болты нормальной точности, а при больших опорных реакциях вспомогательных балок — высокопрочные болты.

    Расчет сопряжения балок заключается в определении размеров сварных швов или числа болтов, работающих. На срез и прикрепляющих балки друг к другу. Расчетной силой является опорная реакция вспомогательной балки, увеличенная на 20 % вследствие внецентренности передачи усилия на стенку главной балки.

    Все рассмотренные сопряжения балок работают как шарнирные. При необходимости жесткого сопряжения балок (рис. 7.31) вводят «рыбки» (при одинаковой высоте балок) или «рыбку» и столик (при различной высоте балок). В таком сопряжении возникает не только поперечная сила, передающаяся на болты, прикрепляющие стенку вспомогательной балки к ребру главной балки или непосредственно на столик, но и опорный момент, передающийся через специальные накладки-рыбки или через «рыбку» и столик.

    [ | | | ]

     

    шарнирное соединение для манипулятора робота — патент РФ 2087300

    Изобретение относится к шарнирному соединению, предназначенному для установки на манипуляторе робота, а также для использования с зажимом машины точечной сварки или с другими приспособлениями, например, с захватывающим устройством. Шарнирное соединение также может быть использовано для передачи жидкой или газообразной сред. На одном конце цилиндрической втулки 6 установлен элемент 7 для крепления на манипуляторе робота или на других подобных устройствах. Два концентрических контактных кольца 12 и 13 изолированы друг от друга и от соединительной муфты. Вокруг крышки 15 и на некотором расстоянии от нее расположены два изолированных в электрическом плане концентрических кольца 17 и 18, причем они расположены смежно двум концентрическим кольцам 12 и 13. В соединительной муфте 10, втулке 6 и в крышке 15 с кольцами 17 и 18 выполнены каналы 11 для подачи воздуха и жидкости. 6 з.п.ф-лы, 12 ил. Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12

    Формула изобретения

    1. Шарнирное соединение для манипулятора робота, содержащее поворотную цилиндрическую втулку, на которой жестко установлена соединительная муфта, причем во втулке и муфте выполнены каналы для подачи воздуха и жидкости, отличающееся тем, что на внутренней стороне муфты выполнена выемка, в которой установлена первая пара концентрических колец с зазором между собой и с муфтой, на одном конце втулки установлен элемент крепления для соединения с манипулятором, а к другому ее концу прикреплена крышка, вокруг которой с зазором между собой и с крышкой расположена вторая пара концентрических колец, установленная смежно первой паре концентрических колец, при этом каналы для подачи воздуха и жидкости выполнены также в крышке и во второй паре колец. 2. Соединение по п.1, отличающееся тем, что каналы для подачи воздуха и жидкости, выполненные в муфте, имеют аксиальные отводные каналы, расположенные на разных расстояниях от продольной оси муфты, и сообщены с канавками, выполненными на внешней стороне втулки, при этом каждая канавка соединена с каналами для подачи воздуха и жидкости, расположенными радиально в крышке и во второй паре колец. 3. Соединение по п.2, отличающееся тем, что между канавками втулки расположены уплотнения в виде уплотнительных колец, размещенные в дополнительно выполненных выемках. 4. Соединение по пп. 1 3, отличающееся тем, что между кольцами первой пары, а также между ними и муфтой размещены эластичные уплотнительные кольца. 5. Соединение по пп.1 4, отличающееся тем, что один из отводных каналов выходит в выемку муфты. 6. Соединение по пп.1 5, отличающееся тем, что элемент крепления выполнен в виде кольца, имеющего сквозные отверстия для болтов. 7. Соединение по п.6, отличающееся тем, что элемент крепления имеет резьбовые радиальные отверстия для стопорных винтов, соединенные с отверстиями для болтов.

    Описание изобретения к патенту

    Изобретение относится к шарнирному соединению, которое предназначено для использования с манипулятором робота для выполнения электросварки клапанов и захватывающих устройств, испытывающих воздействию электрических токов, а также для обеспечения свободной передачи жидкой или газообразной среды. Это шарнирное соединение будет последним звеном манипулятора робота, на котором должен быть установлен зажим машины точечной сварки или какие-то другие приспособления. Уже на протяжении нескольких десятков лет широко и успешно используют промышленные роботы для выполнения, например, сварочных работ, особенно точечной сварки с зажимными колодками, (см.европейский патент N 0424230 AI, патенты США N 4438309 и 4507534). Эти роботы особенно широко используют на производственных линиях или конвейерах по сборке автомобилей, главным образом, для сваривания различных частей кузова легковых автомашин и т.д. Применяемые в данном случае роботы должны иметь определенные габариты и степень жесткости, чтобы они могли осуществлять точечную сварку в строго обусловленных местах, и в то же время они должны быть достаточно гибкими, чтобы могли «добираться» до различных трудных точек обрабатываемого изделия. Точечная сварка сама по себе осуществляется с помощью токового импульса переменного или постоянного тока с высокой амперной нагрузкой, которая обычно находится в диапазоне от 5 000 до 30 000 ампер. Это означает, что необходимо использовать толстые кабели для соединения зажима машины точечной сварки с трансформатором, который обычно устанавливают в непосредственной близости от основания манипулятора робота. Использование таких толстых силовых кабелей, которые обычно подвешивают с внешней стороны манипулятора, робота, сильно затрудняет свободу движения самого манипулятора робота. Манипулятор робота должен свободно поворачиваться в различных направлениях и даже поворачиваться вокруг оси, что естественно означает, что используемый при этом кабель должен быть относительно длинным, чтобы он мог следовать за манипулятором робота в процессе всех этих движений. Помимо подачи тока через толстый силовой кабель, необходимо также обеспечить подачу охлаждающей воды и сжатого воздуха в процессе выполнения различных операций зажимом машины точечной сварки, что подразумевает обязательное использование какого-то комплекта труб и/или гибких шлангов. Подобные проблемы возникают даже в случае подачи более слабых электротоков к некоторым другим устройствам, а не только к зажиму машины точечной сварки. Среди таких устройств в первую очередь можно упомянуть испытывающие на себе воздействие электротока клапана, захватывающие средства и т.д. Практическое использование некоторых устройств и приспособлений, помимо упомянутых выше, срабатывание которых не нуждается в обязательной подаче к ним электротока, но которые должны обязательно охлаждаться и подвергаться воздействию жидкой или газообразной среды, также связано с упомянутыми выше проблемами, например, с проблемой расположения гибких шлангов и некоторыми другими, которые ограничивают способность свободного движения манипулятора робота. Даже если упомянутые выше роботы хорошо сконструированы и успешно функционируют в течение многих лет, то все равно никуда не деться от серьезного ограничения, связанного с использованием толстых кабелей и шлангов, которые мешают манипулятору робота добраться до всех требуемых точек. Это снижает эффективность производственных линий и вынуждает конструкторов проектировать изделия, например, кузова легковых автомашин, которые будут свариваться с помощью промышленных роботов, с учетом возможностей этих роботов. Именно поэтому с самого начала практического использования промышленных роботов для выполнения, например, точечной сварки, конструкторов не покидала мысль создать робот с дополнительным зажимом машины точечной сварки или каким-то иным приспособлением, которое будет достаточно гибким, чтобы можно было добраться до всех требуемых точек сварки. Главной целью настоящего изобретения является положительное решение. Это достигается тем, что шарнирное соединение, которое используется с манипулятором робота для выполнения электросварки, для испытывающих воздействие электрических токов клапанов и захватывающих средств и т.д. или для свободной передачи жидкой либо газообразной среды, содержит вращаемую цилиндрическую втулку, на одном конце которой установлен элемент крепления для крепления шарнирного соединения на манипуляторе робота или на другом подобном же устройстве, не вращаемую соединительную муфту вокруг втулки, пару концентрических контактных колец, изолированных в электрическом плане друг от друга и от соединительной муфты вокруг более узкой ее части, крышку, прикрепленную ко второму концу втулки и вокруг которой расположены два, на некотором расстоянии друг от друга и от самой крышки электрически изолированных концентрических кольца, причем они расположены смежно двум также концентрическим кольцам вокруг соединительной муфты, и каналы для подачи воздуха и/или жидкости, которые образованы в соединительной муфте, втулке и крышке. По настоящему изобретению каналы через соединительную муфту заканчиваются на различных аксиальных уровнях на цилиндрической внутренней стороне муфты и сообщаются с расположенными по периферии канавками на цилиндрической внешней стороне втулки, причем эти канавки, в свою очередь, соединяются с аксиальными канавками во втулке, которые сообщаются с радиальными каналами в крышке и концентрическими кольцами вокруг крышки. По настоящему изобретению между расположенными по окружности канавками на внешней стороне втулки расположены уплотнения в виде уплотняющих колец или других подобных средств. По настоящему изобретению два концентрических кольца вокруг соединительной муфты расположены на расстоянии от соединительной муфты и друг от друга с помощью эластичных уплотняющих колец или других подобных средств. По настоящему изобретению каналы для подачи сжатой среды расположены в соединительной муфте в пространстве между соединительной муфтой и расположенными здесь же концентрическими кольцами, чтобы прижимать эти кольца к соответствующим кольцам вокруг крышки. По настоящему изобретению элемент крепления содержит кольцо, снабженное сквозными отверстиями для болтов. По настоящему изобретению отверстия для болтов соединены со снабженными резьбой радиальными отверстиями для ввинчивания стопорных винтов напротив удаляемых крепежных болтов. По настоящему изобретению отверстия для болтов имеют окружающую канавку в области, где стопорные винты упираются в стык, причем канавка имеет боковые стенки, угол наклона которых относительно оси болта составляет около 45o. На фиг. 1 показано шарнирное соединение по изобретению, установленное вместе с трансформатором; на фиг.2 шарнирное соединение вместе с трансформатором, соединенное в зажимом машины точечной сварки и находящиеся в состоянии готовности для установки на конце манипулятора робота; на фиг.3 — частичный вид сбоку в разрезе шарнирного соединения по изобретению; на фиг.4 — вид сверху шарнирного соединения по изобретению; на фиг.5 вид втулки в разрезе вместе с прикрепленным элементом крепления; на фиг.6 вид втулки сверху; на фиг. 7 разрез соединительной муфты; на фиг.8 вид сверху соединительной муфты; на фиг.9 вид в разрезе торцевой крышки; на фиг.10 — вид сверху торцевой крышки; на фиг.11 пара колец; на фиг.12 крепежные болты для крепления шарнирного соединения по изобретению к манипулятору робота. На фиг.1 показано шарнирное соединение 1 по настоящему изобретению, которое соединено с трансформатором 2 через ножевой проводник 3. На фиг. 2 показано устройство по фиг.1, но с уже прикрепленным зажимом машины точечной сварки 4. На этой фигуре также показан внешний конец 5 манипулятора робота, на котором установлено и закреплено шарнирное соединение 1. Манипулятор робота 5 и зажим машины точечной сварки 4 является известными устройствами. На чертежах не показана подача электротока к трансформатору 2, которая предусматривает использование высоковольтных проводников и известна специалистам в данной области. На фиг. 3 показана, частично в разрезе, втулка 6, которая жестко соединена, например, при помощи сварки, с крепежным кольцом 7. В крепежном кольце 7 просверлено несколько предпочтительно 6, отверстий для болтов, в которые вставлены крепежные болты. Вблизи от отверстий для болтов 8 в крепежном кольце 7 просверлено несколько радиальных отверстий 9 для стопорных винтов. Вокруг втулки 6 установлена соединительная муфта 10, в которой образованы каналы 11 для подачи воздуха или жидкости в образованные во втулке 6 канавки. Вокруг соединительной муфты 10 на более узкой ее части расположены два концентрических кольца 12 и 13. С помощью уплотняющих колец 14 концентрические кольца 12 и 13 изолированы друг от друга и от соединительной муфты 10. На фиг.3 показана крышка 15, которая с помощью винта 16 крепится к втулке 6. На радиальной стороне крышки установлены два концентрических кольца 17, 18. Эти кольца устанавливают с помощью трубок 19. В электрическом плане кольца 17 и 18 изолированы друг от друга и от крышки 15. Как это ясно видно на чертеже, канал 11 проходит от соединительной муфты через втулку 6 в крышку 15 и выходит из нее через трубки 19. Этот канал 11, число которых предпочтительно доходит до шести, предназначен частично для передачи движения зажима машины точечной сварки с помощью давления воздуха и частично для охлаждения всего устройства водой. Как уже указывалось выше, концентрические кольца 12 и 13, а также 17 и 18 в электрическом плане изолированы друг от друга. Эти кольца, которые предназначены для передачи электротока, рекомендуется изготавливать из меди и их можно покрывать каким-то изолирующим материалом, однако не на той стороне колец, которая обращена в сторону соответствующего кольца идентичного размера. В случае необходимости подачи тока в зажим машины точечной сварки он подается сюда и выходит от этого блока через кольца 12 и 13, которые снабжены соединяющими выступами и которые обеспечивают подачу тока дальше к зажиму машины точечной сварки через кольца 17 и 18, которые также снабжены соединяющими выступами. Чтобы образовать электрическое соединение между кольцами 12, 13 и 17, 18, необходимо с помощью сжатого воздуха прижать кольца 12 и 13 к кольцам 17 и 18, причем сжатый воздух подается сюда через, например, два диаметрально противоположных друг другу канала 20. Кольца 12 и 13 являются по существу уплотнительными кольцами, находящиеся в упругом состоянии и возвращающееся в изолирующую позицию сразу же после прекращения подачи сжатого воздуха в канал 20. Таким образом, подача тока прерывается в тот момент, когда исчезает давление воздуха, которое обеспечивает срабатывание зажима машины точечной сварки. Фактическим именно давление воздуха в сварочном цилиндре зажима машины точечной сварки обеспечивает перемещение сварочных электродов относительно точки сваривания и начинает сварку, после чего прекращается передача тока до тех пор, пока не будет включена подача воздуха и пока кольца не прижмутся друг к другу. Именно это исключает вероятность появления повреждения от сгорания на контактных поверхностях токового устройства. Те части шарнирного соединения по изобретению, которые соединяются с манипулятором робота, а именно с втулкой, снабженной крепежным кольцом 7, и с крышкой 15, а также с кольцами 17 и 18, будут способны поворачиваться вместе с манипулятором робота, тогда как соединительная муфта 10, снабженная контактными кольцами 12 и 13, будет оставаться неподвижной относительно поворотных перемещений. На фиг.4 показан вид сверху шарнирного соединения, т.е. положение шарнирного соединения по отношению к крышке. На этом чертеже ясно видно, что здесь расположено шесть каналов 11 и шесть крепежных трубок 19. На этом же чертеже показаны внешний конец соединительной муфты 10 и колец 17 и 18, которые установлены на крышке 15. Здесь также показаны каналы 11, которые доходят до центральной точки втулки. На фиг.5 показан разрез втулки 6. Как это ясно видно на этом чертеже, на цилиндрической внешней стороне втулки образованы канавки 21. Эти канавки соединены с отдельным каналом 11 в соединительной муфте 10 и они заканчиваются в отдельном аксиальном канале, который является продолжением канала 11 в соединительной муфте 10. Как ясно видно на чертеже, здесь расположено шесть канавок, каждая из которых соответствует отдельному каналу 11. Между канавками 21 расположены меньшие по размеру канавки 22. Эти меньшие по размеру канавки предназначены для размещения в них уплотнительных колец или других уплотнений, которые поворотным образом упираются непосредственно в цилиндрическую внутреннюю сторону соединительной муфты 10 и тем самым разделяют друг от друга канавку 21 и канал 11. На фиг.6 показан вид сверху втулки 6. Каналы 11, число которых в данном случае равно шести, поднимаются вертикально вверх и заканчиваются вблизи центра втулки. В центре втулки образовано отверстие для болта, который будет ввинчиваться в гайку 16, с помощью чего крышка будет удерживаться. Еще два отверстия 23 во втулке предназначены для направляющих штифтов. На фиг. 7 показан разрез через соединительную муфту 10. Образованные в этой муфте каналы 11 заканчиваются на цилиндрической внутренней поверхности на различных ее уровнях. Из этого чертежа видно, что каналы 11 имеют отверстие 24, открытое в сторону одной торцевой стороны и закрытое заглушкой. Это отверстие выполняет определенные технологические цели и образовано с учетом того факта, что аксиальная часть канала 11 просверлена с одной стороны. В соответствующих местах образованы канавки 25 для уплотнительных колец, которые гарантируют удерживание на своих местах контактных колец 12 и 13. На фиг.8 показана сверху соединительная муфта 10 вместе с каналами 11 и двумя диаметрально противоположными отверстиями 20 для прижимания колец 12 и 13 к кольца 17 и 18. На фиг. 9 показан разрез крышки 15. На этом же чертеже хорошо видны два канала 11 и центральное отверстие 26 для винта 16, с помощью которого крышка 15 соединяется со втулкой 6. Отверстия 27, которые доходят до каналов 11, обычно закрыты заглушкой. В случае необходимости эти отверстия можно использовать для соответствующих целей. На фиг.10 показан вид на крышку 15 сверху вместе с каналами 11 и отверстием 26. На фиг.11 показан вид сверху на концентрические кольца 12 и 13, а также 17 и 18. Эти кольца расположены парами и имеют одинаковый диаметр, однако кольца 17 и 18 будут несколько шире по сравнению с кольцами 12 и 13. В остальном все кольца одинаковы, за исключением колец 11 и 13, на которых образованы канавки для уплотнительных колец 14 (см. фиг.3). Изолированные в электрическом плане друг от друга кольца снабжены соединительными выступами 28, к которым можно подсоединять электрические провода. На фиг.12 показан крепежный болт, с помощью которого шарнирное соединение крепится на конце манипулятора робота. Этот болт состоит из снабженной резьбой части 29, которая ввинчивается в манипулятор робота, и из одной верхней цилиндрической части 30, которая вставляется в отверстие 8 крепежного кольца 7. В срединной части болта образована выемка 31 для приема стопорных винтов, которые вставляют сюда с боковой стороны через отверстия 9, в крепежном кольце 7. Боковые стороны этой выемки 31 образуют угол в 45o с осью болта. Если шарнирное соединение будет устанавливаться на манипуляторе робота, тогда прежде всего необходимо будет установить и закрепить в манипуляторе робота крепежные болты, используя для этого снабженную резьбой часть 29, а после затягивания стопорных винтов относительно выемки 31 шарнирное соединение устанавливается на цилиндрической части 30 болта. Затем выемка 31 размещается таким образом, чтобы после полного ввинчивания болта и закрепления шарнирного соединения стопорные винты в момент их затягивания прижимались к той стороне выемки, которая обращена от снабженной резьбой части 29, а это значит, что крепежное кольцо 7 будет прижиматься к торцевой поверхности манипулятора робота. На чертежах число показанных здесь каналов 11 равно шести. Два из них предназначены для подачи охлаждающей воды, а два других канала предназначены для подачи находящегося под давлением воздуха, который будет частично сжимать кольца вместе (в момент осуществления сварки) и частично подавать сжатый воздух в зажим машины точечной сварки, необходимый для нормального функционирования этой машины. Пятый канал предназначен для подачи сжатого воздуха в зажим машины точечной сварки для принудительного разжатия этого зажима. Шестой канал остается в резерве. Какой канал использовать в качестве резервного решается в зависимости от конкретной ситуации. Шарнирное соединение по изобретению было описано выше применительно к блоку выполнения различных сварочных работ, однако совершенно очевидно, что его можно с равным успехом использовать и для других целей, например, вместе с регулирующими клапанами, захватывающими приспособлениями и т.д. Единственным различием использования шарнирного соединения по изобретению с другими устройствами, а не с зажимом машины точечной сварки, будет подача в это шарнирное соединение более слабого тока. Существует также возможность полного прекращения подачи тока в соединение и использования этого соединения для подачи только воздуха или жидкости. Настоящее изобретение не ограничивается описанным выше вариантом. Допускаются многочисленные модификации и изменения в объеме заявленной формулы изобретения. Например, вместо крепежного кольца можно использовать пластину или же крепежный элемент может просто состоять из основания втулки.

    ТИПЫ СОПРЯЖЕНИЙ

    Сварные конструкции. Расчет и проектирование

    Взаимные сопряжения элементов выполняют жесткими, частично жесткими и шарнирными. Абсолютно жестких н идеально шарнирных сопряжений не существует. Каждое соединение является частично жестким. Однако в зависи­мости от степени приближения соединения к абсолютно жесткому или шарнирному их условно рассматривают как жесткие или шарнирные.

    Отнесение к категории жесткого, частично жесткого или шарнирного соединения зависит от способа конструктив­ного оформления и от общей расчетной схемы конструкции. Поясним сказанное следующими примерами:

    1. Балка большого пролета с малым моментом инерции поперечного сечения относительно горизонтальной оси кре­пится к двум коротким стойкам, обладающим большой жест­костью в плоскости изгиба (рис. 11.1, а).

    Элемент работает под нагрузкой Р, как брус с защемлен­ными концами.

    2. Короткая и жесткая балка прикреплена к длинным стойкам, имеющим малые моменты инерции поперечных се­чений в плоскости изгиба. При любой конструкции соеди­нения брус работает как свободный, опертый по концам, так как шарнирность создается гибкостью стоек (рис. 11.1, б).

    3. При различных соотношениях между жесткостями соединяемых элементов конструкция (рнс. 11.1, а) работает под нагрузкой, как рама. Необходимо произвести ее ста­тический расчет прочности. Изгибающие моменты и попереч­ные силы являются расчетными усилиями при проверке прочности соединения.

    4. Балка (рис. 11.1, г), соединенная с двумя другими, имеет частично жесткие сопряжения. Величины изгибаю­щего момента соединения зависят от соотношения между жесткостью при изгибе средней балки и жесткостью при кручении крайней. При жесткой средней балке и маложест­ких крайних изгибающий момент в соединении мал; при жестких крайних балках и гибкой средней он приобретает заметную величину.

    5. Конструкция (рнс. 11.1, б) представляет собой нераз­резную многопролетную балку. На средних опорах обра­зуются изгибающие моменты; сопряжения работают как жесткие. В крайних опорах изгибающие моменты отсутст­вуют, сопряжения работают как шарнирные.

    Раньше, чем приступить к проектированию соединения элементов, необходимо произвести его статический расчет.

    Рис. 11.1. Схема сопряжений балок: а — балка жестко аащемлена яа опорах: 6 — балка имеет шарнирные опоры: а — жесткость соединения определяется усилиями в ране; а — аакреплення балки приближаются к шарнирным; д — соединении иа крайних опорах приближаются к шарнирным, на промежуточных — к жестким

    В тех случаях, когда можно сделать выбор между жесткими и шарнирными сопряжениями, следует иметь в виду следую­щие обстоятельства:

    шарнирные сопряжения проще в изготовлении; жесткие требуют наложения большого количества швов;

    жесткие сопряжения повышают жесткость всей конст­рукции, а также ее устойчивость; например, прогиб балки,

    свободно опертой на опоры, значительно больше, чем той же балки, у которой концы защемлены;

    жесткие сопряжения повышают степень статической не­определенности системы, что в ряде случаев оказывается целесообразным; например, в балке при шарнирных опорах и равномерной нагрузке расчетный изгибающий момент М=(//’/8; в балке с защемленными концами при том же нагружении — M—qPI 12.

    В сварных конструкциях наиболее часто применяют со­пряжения жесткого типа. Расчетным усилием для них, как правило, является изгибающий момент. Если момент не может быть определен на основе статического расчета, то сопряжение целесообразно конструировать равнопрочным основным сечением изгибаемых элементов. При этом рас­четный момент

    М = [о]рГ,

    где W — момент сопротивления поперечного сечения при­крепляемого элемента; 1о]р — допускаемое напряжение.

    Условие прочности сопряжения записывается на основе методов сопротивления материалов следующим образом: сумма моментов внутренних сил в элементах, составляющих сопряжение, равна или больше расчетного момента Л!.

    Корректность проектирования и монтажа дымохода влияет на безопасность использования отопительной системы. Узнать подробности этого процесса вы можете на сайте http://dymari.kiev.ua/. Требования к проектированию дымоходов Основной критерий к установке дымохода – …

    Если вы ищете качественные и недорогие металлопластиковые конструкции, их вы можете заказать на «ОкнаПроект» — сайте, на котором представлена вся подробная и полезная информация. В частности, у нас вы можете …

    Наиболее часто холодные трещины возникают в ле­гированных сталях в тех случаях, когда металл под дей­ствием термического цикла сварки претерпевает закалку. В этих случаях холодные трещины при сварке появляются в результате …

    поддержка и типы подключения

    поддержка и типы подключения

    Типы опор и соединений


    Структурные системы передают свою нагрузку через ряд элементов на землю. Это достигается путем проектирования соединения элементов. на их пересечениях. Каждое соединение разработано таким образом, что оно может передавать, или поддержка, определенный тип нагрузки или условия нагрузки. Для того, чтобы быть способный анализировать структуру, прежде всего необходимо иметь четкое представление о силы, которым можно сопротивляться и которые можно передать на каждом уровне поддержки на протяжении всей структура.Фактическое поведение поддержки или соединения может быть довольно сложно. Настолько, что если учесть все различные условия, проектирование каждой опоры было бы ужасно длительным процессом. И все еще, условия на каждой из опор сильно влияют на поведение элементы, из которых состоит каждая структурная система.

    Системы из конструкционной стали имеют сварные или болтовые соединения. сборный железобетонные системы могут быть механически связаны разными способами, в то время как монолитные системы обычно имеют монолитные соединения.Древесина системы соединяются гвоздями, болтами, клеем или специальными соединителями. Независимо от материала, соединение должно быть спроектировано таким образом, чтобы жесткость. Жесткие, жесткие или неподвижные соединения лежат на одном крайнем пределе этот спектр и шарнирные или штифтовые соединения связывают друг друга. Жесткий соединение поддерживает относительный угол между соединенными элементами, в то время как шарнирное соединение допускает относительное вращение. Есть и связи в стальных и железобетонных конструктивных системах, в которых частичная жесткость является желаемой конструктивной особенностью.


    ТИПЫ ОПОР
    Три общих типа соединений, которые соединяют встроенную конструкцию с ее фундамент; ролик , штифт и фиксированный . Четвертый тип, редко встречающийся в строительных конструкциях, известен как простой поддерживать. Это часто идеализируется как поверхность без трения). Все эти опоры могут располагаться в любом месте вдоль конструктивного элемента. Они найдены на концах, в середине или в любых других промежуточных точках.Тип соединения опор определяет тип нагрузки, которую может выдержать опора. Тип опоры также оказывает большое влияние на несущую способность конструкции. каждого элемента, а значит и системы.

    На схеме показаны различные способы использования каждого типа поддержки. представлен. Единый унифицированный графический метод для представления каждого из этих типов поддержки не существует. Скорее всего, одно из этих представлений будет похоже на местную обычную практику. Однако каким бы ни было представление, силы, которым может противостоять тип, действительно стандартизированы.


    РЕАКЦИИ
    Обычно необходимо идеализировать поведение опоры, чтобы для облегчения анализа. Принят подход, аналогичный безмассовому, Шкив без трения в домашней задаче по физике. Несмотря на то, что эти шкивы не существуют, они полезны для изучения определенных вопросов. Таким образом, трением и массой часто пренебрегают при рассмотрении поведения связи или поддержки. Важно понимать, что все графические представления о подставках — это идеализации реальной физической связи.Следует приложить усилия, чтобы найти и сравнить реальность с реальностью. и/или числовая модель. Часто очень легко забыть, что предполагаемая идеализация может быть совершенно иной. чем реальность!

    Диаграмма справа показывает силы и/или моменты, которые «доступен» или активен для каждого типа поддержки. Это ожидаемо что эти репрезентативные силы и моменты, если их правильно рассчитать, будут привести к равновесию в каждом структурном элементе.


    ОПОРНЫЕ РОЛИКИ
    Роликовые опоры могут свободно вращаться и перемещаться вдоль поверхности при на котором лежит ролик.Поверхность может быть горизонтальной, вертикальной или наклонной под любым углом. Результирующая сила реакции всегда является единственной силой, которая перпендикулярно поверхности и удалено от нее. Роликовые опоры обычно расположен на одном конце длинных мостов. Это позволяет конструкции моста расширяться и сжиматься при изменении температуры. Силы расширения могут ломать опоры у берегов, если конструкция моста была «заперта» на месте. Роликовые опоры также могут иметь форму резиновых подшипников, коромысла, или набор шестерен, которые предназначены для обеспечения ограниченного количества боковых движение.

    Роликовая опора не может противостоять боковым силам. Представлять себе конструкция (возможно, человек) на роликовых коньках. Остался бы на месте до тех пор, пока структура должна поддерживать только себя и, возможно, совершенно вертикальная нагрузка. Как только боковая нагрузка любого рода давит на конструкцию он откатится в ответ на силу. Боковая нагрузка может быть толчком, порыв ветра или землетрясение. Поскольку большинство конструкций подвергается боковых нагрузок следует, что здание должно иметь другие виды опор в дополнение к роликовым опорам.


    ОПОРЫ НА ШТИФТАХ
    Опоры на штифтах могут противостоять как вертикальным, так и горизонтальным силам, но не момент. Они позволят элементу конструкции вращаться, но не переводить в любом направлении. Предполагается, что многие соединения являются закрепленными соединениями. даже если они могут немного сопротивляться моменту в реальности. это также верно, что штифтовое соединение может допускать вращение только в одном направлении; обеспечение сопротивления вращению в любом другом направлении. Колено может быть идеализирован как соединение, допускающее вращение только в одном направлении и обеспечивает сопротивление боковому движению.Конструкция штифтового соединения хороший пример идеализации действительности. Одно закрепленное соединение обычно недостаточно, чтобы сделать конструкцию устойчивой. Другая поддержка должна быть предусмотрен в какой-то момент, чтобы предотвратить вращение конструкции. Представительство шарнирной опоры включают в себя как горизонтальные, так и вертикальные силы.
    ШТЫРЬЕВЫЕ СОЕДИНЕНИЯ
    В отличие от роликовых опор конструктор часто может использовать штифтовые соединения в структурной системе. Это типичная связь, обнаруженная почти в все фермы.Они могут быть артикулированы или скрыты от глаз; они могут быть очень выразительный или тонкий.

    Есть иллюстрация одного из элементов Олимпийского стадиона. в Мюнхене ниже. Это соединитель из литой стали, который действует как узел для решения ряд растягивающих усилий. При ближайшем рассмотрении можно заметить, что соединение выполнено из нескольких частей. Каждый кабель подключается к узел концевой «скобой», которая соединена с большим штифтом. Это буквально «закрепленное соединение». Из-за природы геометрии кронштейна и штифта, определенное количество вращательных движений будет разрешено вокруг оси каждого штифта.

    Далее следует одно из соединений пирамиды Лувра И.М. Пея. ниже. Обратите внимание, как он также использовал закрепленные соединения.

    Закрепленные соединения встречаются ежедневно. Каждый раз, когда распашная дверь открытое штифтовое соединение позволило вращаться вокруг определенной оси; и помешал переводу на два. Дверная петля предотвращает вертикальное и горизонтальное перевод. На самом деле, если достаточный момент не создается для создания вращения дверь вообще не будет двигаться.

    Вы когда-нибудь рассчитывали, сколько времени требуется, чтобы открыть конкретный дверь? Почему одну дверь легче открыть, чем другую?


    ФИКСИРОВАННЫЕ ОПОРЫ
    Неподвижные опоры могут выдерживать вертикальные и горизонтальные силы, а также момент. Поскольку они ограничивают как вращение, так и перемещение, они также известны как жесткие опоры. Это означает, что конструкции требуется только одна фиксированная опора. чтобы быть стабильным. Все три уравнения равновесия могут быть удовлетворены.Флагшток, установленный на бетонном основании, является хорошим примером такой поддержки. Представление неподвижных опор всегда включает две силы (горизонтальную и вертикально) и момент.

    ФИКСИРОВАННЫЕ СОЕДИНЕНИЯ
    Фиксированные соединения очень распространены. Стальные конструкции многих размеров состоят элементов, сваренных между собой. Монолитная бетонная конструкция автоматически становится монолитным и становится серией жестких соединений при правильном размещении арматуры.Спрос на фиксированные соединения большее внимание во время строительства и часто являются источником строительных неудачи.

    Пусть этот маленький стул проиллюстрирует, как два типа «фиксированных» соединения могут быть созданы. Один сварной, а другой состоит из два винта. Оба считаются фиксированными соединениями из-за того, что что оба они могут противостоять вертикальным и боковым нагрузкам, а также развивать сопротивление моменту. Таким образом, было обнаружено, что не все фиксированные соединения должны быть сварными или монолитными.Пусть петли в точках A и B рассмотреть более подробно.



    ПРОСТЫЕ ОПОРЫ

    Некоторые идеализируют простые опоры как поверхностные опоры без трения. Это правильно, поскольку результирующая реакция всегда является единственной. сила, направленная перпендикулярно поверхности и направленная от нее. Тем не менее, в этом тоже похожи на роликовые опоры. Они отличаются тем, что простой опора не может выдерживать боковые нагрузки любой величины.Созданная реальность часто зависит от гравитации и трения, чтобы создать минимальное количество трения устойчивость к умеренным боковым нагрузкам. Например, если положить доску через зазор, чтобы обеспечить перемычку, предполагается, что планка останется на своем месте. Он будет делать это до тех пор, пока ногой не ударит его или не сдвинет. В тот момент доска сдвинется, потому что простое соединение не может создать никакого сопротивления к латеральному лолу. Простая поддержка может быть найдена как тип поддержки для длинных мостов или пролетов крыш.Простые опоры часто встречаются в зонах частой сейсмической активности.


    ПОСЛЕДСТВИЯ
    Следующие видеоролики иллюстрируют значение типа поддержки условие поведения при изгибе и местонахождения максимального изгиба напряжения балки, опирающейся на ее концы.

    Простые балки с петлями слева и роликами справа.

    Простые балки с петлями слева и Правильно.

    Простые балки, закрепленные с обоих концов.


    Вопросы к размышлению

    хммм…..

     

    Проблемы с домашним заданием

     

    Дополнительные показания

    уточняется


    Copyright © 1995 Крис Х. Любкеман и Дональд Peting
    Copyright © 1996, 1997, 1998, Крис Х. Любкеман.

    Жесткость соединения: 5 вещей, которые нужно знать!

    Большинство инженеров используют популярный подход: соединение либо шарнирное, либо жесткое.Обычно это не так. Как и во многих других инженерных задачах, в некоторых случаях мы упрощаем реальность, предполагая идеальные условия (например, шарнир). Крайне важно понимать, когда такие предположения неверны, так как это может привести к серьезным проблемам!

    1. Жесткое соединение обычно не такое жесткое, как вы думаете

    Как вы знаете, это мальчик с плаката жесткости соединения. Всякий раз, когда я думаю о жесткости соединения, это первое, что приходит на ум:

    .

    жесткие соединения на самом деле не такие уж жесткие

    К сожалению, тот факт, что при проектировании вы предполагали, что соединение является жестким, оказывает незначительное влияние на реальное поведение конструкции.В действительности некоторое вращение возможно практически в любой геометрической конфигурации. Это означает, что соединение будет немного вращаться и, таким образом, не будет «бесконечно жестким». Это, в свою очередь, очевидно, повлияет на внутренние силы (особенно изгибающие моменты), возникающие при статическом расчете.

    Такое изменение не является 100% отрицательным. Поскольку вы не передаете полных изгибающих моментов, некоторые элементы будут менее нагружены (поскольку они не получили момент). К сожалению, момент не исчезает — где-то выше будет.

    Как и за все в статическом дизайне, вы должны платить: если какой-то элемент имеет лучшие условия, то другой элемент имеет худшие условия в качестве цены. т.е. если сделать однопролетную балку с жесткими соединениями на концах, прогиб и момент в пролете балки уменьшатся (это явное преимущество). С другой стороны, соединения и элементы, к которым крепится балка, теперь изгибаются и должны с этим бороться (это цена).

    Посмотрите на схему ниже, она ясно показывает, что я имею в виду.Изгибающий момент сильно меняется в зависимости от толщины листа. Толщина пластины t в данном случае просто меняет жесткость соединения.

    Если вам интересна эта тема, читайте подробнее здесь 🙂

    2. Петля не всегда петля

    Это обратная сторона той же медали, но большую часть времени ее упускают из виду. Мы думаем, что шарнир — это «наихудший сценарий», хотя на самом деле он не обязательно должен быть правдой. Помните, что:

    всякий раз, когда какой-то элемент в статическом дизайне лучше, какой-то другой элемент хуже!

    В этом случае наше соединение шарнир-подражатель перенесет некоторый момент.Балка довольна — чем жестче соединение, тем меньше момент в пролете. К сожалению, само соединение и элемент, к которому крепится балка, совсем не радует! Им приходится иметь дело с изгибающим моментом, который не был предусмотрен в конструкции! Это явно проблемный вопрос.

    Взгляните на «типичное шарнирное соединение» и фактический изгибающий момент, возникающий в соединении из-за его жесткости:

    Обратите внимание, что тот факт, что момент показан на диаграмме, не означает, что соединение будет его передавать.Это означает только, что соединение должно нести его через . Но так как мы в статике предполагали, что это шарнир, то соединение (и другие элементы, к которым крепится эта балка) может оказаться слишком слабым. В таком случае он просто сломается.

    Если вам интересна эта тема, читайте подробнее здесь 🙂

    3. Жесткость соединения имеет значение

    Я твердо убежден, что мы упускаем из виду жесткость связи просто потому, что используем прошлый опыт. Десятилетиями инженеры проектировали стальные конструкции, не принимая во внимание это, и все было хорошо… так и мы будем.

    Такой подход на самом деле довольно удобен, если мы будем делать это так же, как те инженеры, которые были до нас. Но сейчас мы стараемся оптимизировать все до предела. Такой подход означает, что теперь мы не можем игнорировать проблемы, которые без проблем игнорировали несколько лет назад. До такой степени, что действующие Еврокоды фактически требуют анализа жесткости соединения.

    Всякий раз, когда вы оптимизируете конструкцию до этих «магических» 100%, имейте в виду, что существуют эффекты, которые могут повлиять на распределение сил в модели.В таких случаях очень важно учитывать жесткость соединения!

    Здесь есть еще один хитрый трюк:

    при подключении HEB 300 к скрепке не имеет значения жесткое соединение или нет.

    Скрепка настолько слаба по сравнению с HEB, что независимо от соединения с точки зрения HEB это будет петля. Либо само соединение деформируется, либо скрепка. Это означает, что если вы выполняете соединение с чувствительной конструкцией, проверьте, есть ли разница в том, делаете ли вы жесткое или шарнирное соединение.Если разница небольшая и находится в допустимых пределах, то жесткость соединения не будет иметь большого значения.

    Посмотрите, что произойдет, если вы возьмете балку из первой точки и вместо того, чтобы закрепить ее, соедините ее с 7-метровой колонной:

    Обратите внимание, что в случае колонны справа изгибающий момент в пролете на 50 % выше, чем на левой схеме. Неважно, что само соединение бесконечно жесткое — колонны деформируются, и поэтому момент в пролете увеличивается.Столбцы в этом примере не совсем скрепки, но вы поняли 🙂

    Подробнее о важности жесткости соединения в этом посте.

    4. Избегайте проскальзывания!

    Тема жесткости соединения почти всегда касается жесткости из-за изгиба. Все приведенные выше примеры относятся к этой части спектра. Однако вы должны помнить, что каждая внутренняя сила может быть передана или нет. Как я написал в этом посте:

    Если мы говорим о вращательной жесткости соединения, мы ожидаем, что результаты статической конструкции будут где-то между результатами для шарнира и для жесткого соединения

    Если мы говорим о поступательной жесткости соединения, результаты будут где-то между теми для жесткой связи и теми, которые вообще не связаны!

    Это означает, что влияние проскальзывания огромно! До такой степени, что это может привести к неудаче, как я описал здесь .

    Помните, что проскальзывание в несколько миллиметров может сильно повлиять на статическую конструкцию. Пока «все» деформируется равномерно, тогда только деформации будут увеличиваться. Обратите внимание, что увеличение обычно намного выше, чем можно было бы ожидать, как видно ниже (дополнительная вертикальная деформация в 10 раз превышает значение проскальзывания):

    Самый опасный случай, когда одни элементы будут «скользить», а другие «принимать» усилие. Другими словами, это означает, что части конструкции не будут работать должным образом просто потому, что соединения не передают усилия на эти элементы.

    Если вы когда-нибудь будете использовать болтовые соединения, обязательно предварительно натяните их или, по крайней мере, проверьте, что произойдет, если появится проскальзывание. Это одно из самых опасных явлений в области жесткости соединения.

    Узнайте больше о проскальзывании болтовых соединений.

    Поделитесь этим постом с друзьями!

    5. Как учитывать жесткость соединения

    Эта часть проста. В настоящее время почти все программные решения позволяют устанавливать соединения и поддерживать определения жесткости.Некоторые могут не учитывать нелинейные параметры, но в большинстве случаев достаточно линейной оценки. При линейном подходе вы столкнетесь только с проблемами проскальзывания, которые носят нелинейный характер.

    Единственная проблема в том, что это требует драгоценного времени. Введение свойства несложно, но оценка жесткости требует некоторого времени. Здесь у вас есть 2 варианта:

    • Следуйте коду по вашему выбору. Например, EN 1993-1-8 дает довольно конкретные рекомендации по расчету жесткости соединения.Конечно, это много работы, но сделайте для этого лист Excel с макросом VBA, и все будет хорошо 🙂
    • Сделайте модель FEA. Звучит пугающе, но если вы знаете, что делаете, это займет всего несколько минут на каждое соединение. Я большой поклонник электронных таблиц, которые делают разные вещи, но меня всегда беспокоит, что моя таблица будет недостаточно надежной. В этом отношении подход FEA лучше, так как вы можете просто рассчитать жесткость любого соединения, которое у вас может быть. Подробнее об этом подходе можно прочитать здесь.
    • Назовем этот выбор 2b — каждая проблема обычно сложнее, чем кажется. Выше вы можете увидеть простую линейную модель. Как вы понимаете, в определенный момент элементы соединения будут поддаваться, и это увеличит вращение. Таким образом, приведенная выше оценка верна, пока соединение остается эластичным. Когда речь идет о пластичности, все становится немного сложнее, так как жесткость зависит от фактического значения момента, как показано ниже. Если вы хотите смоделировать его упрощенным способом (т.е. линейный) необходимо заранее знать, какие значения моментов будут в соединении. Это позволяет правильно оценить секущую жесткость.

    Конечно, вы также можете задаться вопросом, верны ли в вашем случае «классические» предположения. Здесь я объясню, как проверить, является ли ваше соединение шарнирным.

    Бесплатный курс МКЭ!

    Если у вас есть какие-либо вопросы, не стесняйтесь оставлять их ниже в разделе комментариев.

    Я подготовил для вас бесплатный курс по основам МКЭ  , если вы заинтересованы, вы можете получить его ниже.

    Шарнирные металлические компенсаторы — концы под приварку

    Шарнирные компенсаторы состоят из одного сильфонного элемента с концами под приварку и системы шарнирных опор, обеспечивающих угловое перемещение только в одной плоскости. Шарнирный механизм рассчитан на прием полного давления.

    Эти узлы не допускают осевого перемещения, однако некоторые типы шарнирных систем могут быть снабжены отверстиями для шарнирного штифта с прорезями, обеспечивающими ограниченное осевое смещение.Эти типы «щелевых петель» не могут противостоять силе давления, поэтому необходимо обеспечить надлежащее крепление.

    Шарнирные компенсаторы обычно используются в наборе из двух или трех штук, чтобы компенсировать боковое отклонение в одном или нескольких направлениях в одноплоскостной трубопроводной системе. Соединение в такой системе ограничивается чисто угловым вращением своих шарниров. Каждая пара шарнирных компенсаторов, разделенных сегментом трубопровода, будет действовать согласованно, компенсируя боковое отклонение почти так же, как поворотный или универсальный компенсатор в одной плоскости.Для данного углового поворота отдельных компенсаторов величина бокового отклонения, которую может компенсировать пара шарнирных компенсаторов, прямо пропорциональна расстоянию между их шарнирными штифтами. Чтобы использовать компенсаторы с максимальной эффективностью, это расстояние должно быть максимально большим.


    Петли компенсатора обычно рассчитаны на поглощение полного давления компенсатора и могут быть рассчитаны на поддержку веса трубопровода и оборудования.Их направление и величина должны быть указаны изготовителю компенсатора, чтобы шарниры могли быть соответствующим образом спроектированы, чтобы противостоять этим силам.

    Особенности



        • поглощает угловые движения в одной плоскости
        • сдерживает силы тяги
        • передает сдвиг и ветровые нагрузки
        • поддерживает мертвый вес
        • . Избегайте скручивания сильфона
        • без основных анкеров
        Общая спецификация
        Приложения: Шарнирные компенсаторы состоят из одного сильфонного элемента с концами под приварку и системы шарнирных опор, обеспечивающих угловое перемещение только в одной плоскости.Шарнирный механизм рассчитан на прием полного давления.
        Материалы для сильфонов (304, 304Л, 321, 310, 316 и т.д.) Серия Incolloy (800, 825, 800H и т. д.) Инконель 600 и 625 Хастеллой Монель Авеста-253, СА 285, СА 515, СА 516 и др. Материалы фланцев — все вышеперечисленное + P245gh, p265gh CARBON STE
        Фитинги Концы под приварку
        Поглощение движения Угловые перемещения в одной плоскости
        Термостойкость °С -270°С — +900°С
        Размер Ду15-Ду6000

        IRJET-Запрошенная вами страница не найдена на нашем сайте март 2022 г. Выполняется публикация…

        Browse Papers


        IRJET Получил «Импакт-фактор научного журнала: 7,529» за 2020 год.


        IRJET приглашает к публикации том 9, выпуск 4 (апрель 2022 г.) из различных инженерных и технологических дисциплин, а также научных дисциплин..

        Browse Papers


        IRJET Получил «Импакт-фактор научного журнала: 7,529» за 2020 год.


        IRJET приглашает к публикации том 9, выпуск 4 (апрель 2022 г.) из различных инженерных и технологических дисциплин, а также научных дисциплин..

        Browse Papers


        IRJET Получил «Импакт-фактор научного журнала: 7,529» за 2020 год.


        IRJET приглашает к публикации том 9, выпуск 4 (апрель 2022 г.) из различных инженерных и технологических дисциплин, а также научных дисциплин..

        Browse Papers


        IRJET Получил «Импакт-фактор научного журнала: 7,529» за 2020 год.


        IRJET приглашает к публикации том 9, выпуск 4 (апрель 2022 г.) из различных инженерных и технологических дисциплин, а также научных дисциплин..

        Browse Papers


        IRJET Получил «Импакт-фактор научного журнала: 7,529» за 2020 год.


        IRJET приглашает к публикации том 9, выпуск 4 (апрель 2022 г.) из различных инженерных и технологических дисциплин, а также научных дисциплин..

        Browse Papers


        IRJET Получил «Импакт-фактор научного журнала: 7,529» за 2020 год.


        IRJET приглашает к публикации том 9, выпуск 4 (апрель 2022 г.) из различных инженерных и технологических дисциплин, а также научных дисциплин..

        Browse Papers


        IRJET Получил «Импакт-фактор научного журнала: 7,529» за 2020 год.


        IRJET приглашает к публикации том 9, выпуск 4 (апрель 2022 г.) из различных инженерных и технологических дисциплин, а также научных дисциплин..

        Browse Papers


        IRJET Получил «Импакт-фактор научного журнала: 7,529» за 2020 год.


        (PDF) Характеристики пластикового шарнира отремонтированных сварных соединений в стальных конструкциях

        ScienceDirect

        Доступно на сайте www.sciencedirect.com

        Доступно на сайте www.sciencedirect.com

        ScienceDirect

        Structural Integrity Procedia 00 (2016) 000–000

        www.elsevier.com/locate/procedia

        2452-3216 © 2016 The Authors. Опубликовано Elsevier B.V.

        Рецензирование под ответственностью Научного комитета PCF 2016.

        XV Португальская конференция по переломам, PCF 2016, 10–12 февраля 2016 г., Пасу-де-Аркос, Португалия

        Термомеханическое моделирование лопатка турбины высокого давления

        авиационного газотурбинного двигателя

        P.Брандаоа, В. Инфантеб, А.М. Deusc*

        aОтдел машиностроения, Instituto Superior Técnico, Universidade de Lisboa, Av. Rovisco Pais, 1, 1049-001 Lisboa,

        Portugal

        bIDMEC, Департамент машиностроения, Instituto Superior Técnico, Universidade de Lisboa, Av. Rovisco Pais, 1, 1049-001 Lisboa,

        Portugal

        cCeFEMA, Департамент машиностроения, Instituto Superior Técnico, Universidade de Lisboa, Av. Rovisco Pais, 1, 1049-001 Lisboa,

        Portugal

        Abstract

        Во время эксплуатации компоненты современных авиационных двигателей подвергаются все более жестким условиям эксплуатации, особенно лопатки турбины высокого давления (ТВД).Такие условия заставляют эти детали подвергаться различным видам зависящей от времени

        деградации, одним из которых является ползучесть. Модель с использованием метода конечных элементов (МКЭ) была разработана для прогнозирования ползучести лопаток ТВД. Записи полетных данных (FDR) для конкретного самолета, предоставленные компанией коммерческой авиации

        , использовались для получения тепловых и механических данных для трех различных циклов полета. Для создания 3D-модели

        , необходимой для FEM-анализа, был отсканирован лом лопаток ТВД, и были получены его химический состав и свойства материала

        .Собранные данные были введены в модель FEM, и были запущены различные симуляции, сначала с упрощенной формой прямоугольного блока 3D

        , чтобы лучше установить модель, а затем с реальной 3D-сеткой, полученной из обрезков лезвия. Общее ожидаемое поведение

        с точки зрения смещения наблюдалось, в частности, на задней кромке лопасти. Таким образом, такая модель

        может быть полезна для прогнозирования срока службы лопаток турбины с учетом набора данных FDR.

        © 2016 Авторы. Опубликовано Elsevier B.V.

        Рецензирование под ответственностью Научного комитета PCF 2016.

        Ключевые слова: лопатка турбины высокого давления; Слизняк; Метод конечных элементов; 3D модель; Моделирование.

        * Автор, ответственный за переписку. Тел.: +351 218419991.

        Адрес электронной почты: [email protected]

        Procedia Structural Integrity 13 (2018) 554–559

        2452-3216

        1 Thes Authors Опубликовано Эльзевиром Б.V.

        Рецензирование под ответственность организаторов ECF22.

        10.1016/ж.простр.2018.12.091

        10.1016/ж.простр.2018.12.091 2452-3216

        © 2018 Авторы. Опубликовано Elsevier B.V.

        Рецензирование под ответственностью организаторов ECF22.

        Доступно на сайте www.sciencedirect.com

        ScienceDirect

        Structural Integrity Procedia 00 (2018) 000–000

        ww.elsevier.com/locate/procedia

        2452-2018 Author © Thes.Опубликовано Elsevier B.V.

        Рецензирование под ответственностью организаторов ECF22.

        ECF22 — Влияние нагрузки и окружающей среды на целостность конструкции

        Пластмасса hin

        e производительность отремонтированных сварных

        стальных конструкций

        Mihaela Iordachescua*, Andrés Valientea, Elena Scutelnicub

        , E.T. Каминос, Политехнический университет Мадрида, ул. Проф. Арангурен, 28040, Мадрид, Испания

        bКафедра производственной инженерии., Университет Дунарея де Жос в Галаце, ул. Домняска, 111, 800201, Румыния

        Реферат

        Технические нормы проектирования стальных конструкций допускают ремонт сварных соединений при условии, что их характеристики такие же, как у проектных

        новые. В статье представлены экспериментальные и аналитические работы, проведенные для оценки влияния ремонта на

        несущую способность и вращательную способность конструкционных сварных конфигураций, альтернативно полученных из проектного сварного шва или отремонтированного

        .Были использованы предварительно растрескавшиеся компактные образцы на растяжение с резистентной связкой, расположенной в зоне термического влияния (ЗТВ)

        , и их вращательная способность оценивалась с помощью модели пластического разрушения при плоском напряжении в качестве количественного критерия для оценки путем сравнения

        эффективности процедура ремонта. Это позволяет разделить влияние сопротивления текучести и вязкому разрушению

        на диаграмме момент-вращение. Применение метода подтвердило лучшее поведение основного металла при сравнении

        с ЗТВ испытанных соединений и показало, что работоспособность соединения улучшается при ремонте.

        © 2018 Авторы. Опубликовано Elsevier B.V.

        Рецензирование под ответственностью организаторов ECF22.

        Ключевые слова: сварное соединение; зона термического влияния; резистентная связка; пластиковый коллапс; способность пластического вращения;

        1. Введение

        Сварные соединения являются определяющими структурными деталями, определяющими надежность и безопасность стальных конструкций. В кодах проектирования

        (EAE, 2011 и Еврокод 3, 2015) монографические главы посвящены производственным процедурам и спецификациям

        сварных соединений, при этом особое внимание уделяется разрушению из-за прогрессирующего растрескивания.Достаточно сказать

        , что из 103 конструктивных деталей, которые Еврокод 3 (2015) выделяет как уязвимые к усталости, 87 являются сварными соединениями.

        * Автор, ответственный за переписку: orcid.org/000-0003-0545-4581; Тел.: +34 910-673-309;

        Адрес электронной почты: [email protected]

        Доступно на сайте www.sciencedirect.com

        ScienceDirect

        Structural Integrity Procedia 00 (2018) 000–000

        6 ww.elsateevier.com

        2452-3216 © 2018 Авторы.Опубликовано Elsevier B.V.

        Рецензирование под ответственностью организаторов ECF22.

        ECF22 — Загрузка и воздействие на окружающую среду на структурную целостность

        Эксплуатация HIN

        E Производительность отремонтированных сварных

        Одни

        в стальных конструкциях

        Mihaela Iordachescua *, Andres Valena, Elena Scutelnicub

        Amaterials Научный DPT., E.t.t.s.i. Каминос, Политехнический университет Мадрида, проф.Aranguren St., 28040, Madrid, España

        bКафедра производственной инженерии, Университет Дунарея-де-Хос в Галаце, ул. Domneasca 111, 800201, Румыния

        Abstract

        Технические нормы для проектирования стальных конструкций допускают ремонт сварных соединений при условии что их производительность такая же, как у

        новых. В статье представлены экспериментальные и аналитические работы, проведенные для оценки влияния ремонта на

        несущую способность и вращательную способность конструкционных сварных конфигураций, альтернативно полученных из проектного сварного шва или отремонтированного

        .Были использованы предварительно растрескавшиеся компактные образцы на растяжение с резистентной связкой, расположенной в зоне термического влияния (ЗТВ)

        , и их вращательная способность оценивалась с помощью модели пластического разрушения при плоском напряжении в качестве количественного критерия для оценки путем сравнения

        эффективности процедура ремонта. Это позволяет разделить влияние сопротивления текучести и вязкому разрушению

        на диаграмме момент-вращение. Применение метода подтвердило лучшее поведение основного металла при сравнении

        с ЗТВ испытанных соединений и показало, что работоспособность соединения улучшается при ремонте.

        © 2018 Авторы. Опубликовано Elsevier B.V.

        Рецензирование под ответственностью организаторов ECF22.

        Ключевые слова: сварное соединение; зона термического влияния; резистентная связка; пластиковый коллапс; способность пластического вращения;

        1. Введение

        Сварные соединения являются определяющими структурными деталями, определяющими надежность и безопасность стальных конструкций. В кодах проектирования

        (EAE, 2011 и Еврокод 3, 2015) монографические главы посвящены производственным процедурам и спецификациям

        сварных соединений, при этом особое внимание уделяется разрушению из-за прогрессирующего растрескивания.Достаточно сказать

        , что из 103 конструктивных деталей, которые Еврокод 3 (2015) выделяет как уязвимые к усталости, 87 являются сварными соединениями.

        * Автор, ответственный за переписку: orcid.org/000-0003-0545-4581; Тел.: +34 910-673-309;

        Адрес электронной почты: [email protected]

        2 М. Иордаческу, А. Валиенте, Э. Скутельнику/ Structural Integrity Procedia 00 (2018) 000–000

        Конструкционная роль сварных соединений заключается не только в стойкий, так как его деформируемость влияет на распределение напряжения

        в соединяемых элементах.Технические нормы включают деформируемость соединения в расчет напряжения с помощью

        диаграммы момент-вращение, которая может быть получена из упругопластических моделей, подтвержденных экспериментальными

        результатами.

        В стальных конструкциях важность сварных соединений требует от кодов проектирования максимального контроля процедур сварки

        и качества сварки. Принимаются только квалифицированные технологии сварки и сварные соединения с выявленными

        несовершенствами/дефектами при обязательных проверках, которые не превышают пределов спецификаций.

        В противном случае необходим ремонт забракованных сварных соединений и должна использоваться специально разработанная процедура (EAE,

        2011). Тем не менее, утверждение процедуры ремонта является непростой задачей из-за требования

        норм проектирования, согласно которому отремонтированные сварные швы должны подвергаться тем же проверкам и испытаниям, что и проектные сварные швы, и обеспечивать сопоставимые

        характеристики (EAE, 2011). .

        Отбраковка сварных швов, выполненных на месте из-за систематической ошибки, происходит в редких случаях.Однако

        когда это все же происходит, возникает проблема такого финансового и конструктивного масштаба, что становится настоятельной необходимость разработки эффективного метода ремонта. Настоящая статья возникла из-за этой потребности и явного требования

        ответственного инспекционного органа, ответственного за представление доказательств, подтверждающих тот факт, что отремонтированные сварные швы

        не более хрупкие, чем новые, как было задумано. Поэтому для проведения испытаний на вязкость разрушения использовали предварительно растрескавшиеся компактные образцы на растяжение (КТ) с резистентной связкой

        , расположенной в зоне термического влияния (ЗТВ).Размеры образцов

        определялись конфигурацией деталей конструкции и незначительно отличались от рекомендованных в стандартах на вязкость разрушения

        . Решается цель исследования, а именно анализ прочных связок

        как пластических шарниров, включая и исключая соответственно эффекты вязкого роста трещин и предела текучести

        в соединениях. В то время как механика разрушения используется для оценки конструкционных характеристик сварных соединений

        , метод, применяемый в данной работе, выходит за рамки стандартизированных процедур, поскольку он анализирует испытания на разрушение

        , выполненные с предварительно растрескавшимися образцами КТ, когда преобладает полностью пластический режим, с трещинами. связки лежащие на

        ЗТВ сварных соединений.

        номенклатура

        

        A

        Относительный размер

        B Толщина компактных различий на растяжении

        BM Базовый металл

        BM Base Metal

        CORC CT Компактный разъем

        F Прикладная Нагрузка

        зона воздействия

        M изгибающий момент из-за F

        M(0) изгибающий момент при полностью пластической текучести

        NW расчетный сварной шов

        RW восстановленный сварной шов

        W ширина компактного растянутого образца

        -безразмерное вращение координата центра

        σY предел текучести

        p

        пластиковая деталь ХПК

        Θ угол поворота

        2.Конфигурация деталей конструкции и эксперименты по разрушению

        Сварное соединение, являющееся предметом настоящего исследования, представляет собой соединение стальных колонн двутаврового сечения между этажами

        здания. В качестве метода сварки/ремонта использовалась дуговая сварка металлическим электродом. Усиливающая пластина из стали S355

        обеспечивала соединение верхней стойки, профиля HEA-400 из стали S275, с нижней. Необходимость ремонта

        возникла из-за неправильного сварного соединения, выполненного между крыльями профиля НЕА-400 и усиливающей пластиной

        (рис.1а): выполнен сварной шов под углом 90° без подготовки кромок вместо расчетной двусторонней стыковой сварки с балок и балок со сварными соединениями, а степень возможной связанной с этим экономии и повышения жесткости рамы соответственно неопределенна, было предпринято экспериментальное исследование двух различных аспектов жесткости соединений.Это были: (а) Относительная способность под действием гравитационной нагрузки соединений балка-ферма и балка-колонна для создания ограничения или непрерывности балки, разработанная с целью уменьшения требуемого веса соединенной балки. (б) Относительные значения некоторые типичные соединения, сопротивляющиеся деформации рамы из-за боковых нагрузок, либо в одном направлении, либо при условии реверсирования. Две серии образцов были изготовлены и испытаны в отношении простых рейтинговых балок. Первая серия, предназначенная для изучения сплошности пучка, состояла из десяти 9-дюймовых., 20,5 фунтов Двухконсольные образцы Вифлеемской балки с пятью различными типами сварных соединений. Второй, предназначенный в первую очередь для изучения жесткости ветровой распорки, состоял из двенадцати 18-дюймовых и 47-фунтовых. Двухконсольные образцы балки Карнеги с тремя различными типами соединений. К таким типам относились сварной Т, сварная фасонка и, для сравнения, клепаный Т. Для половины образцов второй серии соединения осуществлялись с центральной поперечной пластиной, имитирующей стенку колонны, а для другой половины — с полками. размером 12 на 12 дюймов., 110 фунтов. Н-колонна. Коэффициенты стеснения, т. е. отношение фактического стеснения к 100 %, определяли путем определения концевых углов наклона с помощью специального типа продольного экстензометра, прикрепленного к полкам балки. Хотя для удобства образцы были испытаны как двойные консоли, результаты были легко преобразованы, чтобы быть применимыми к частично закрепленным балкам, смоделированным образцами. Углы смещения этажа, то есть угол, под которым колонны здания подвергаются горизонтальному усилие, которое могло бы наклониться на высоте одного этажа из-за деформации соединений, были установлены с использованием упомянутых выше концевых углов наклона и наблюдаемых прогибов образцов.Результаты для образцов были преобразованы расчетным путем, чтобы быть применимыми к 20-футовому. пролет реального здания. В общих чертах, результаты, полученные при исследовании испытанных соединений, были следующими: (1) Сварные соединения, обычно предназначенные для торцевого ограничения, не соответствуют идеальному значению 0,75 для коэффициента ограничения на от 10 до 25. %.(2) Как сварные, так и заклепочные соединения, рассчитанные в первую очередь на мощность ветрового момента, развивают коэффициент стеснения, превышающий наиболее экономичное значение (0.75), требуется выдерживать только гравитационные нагрузки. (3) Балка, приваренная к стенке колонны, может иметь меньший угол смещения этажа, чем плоская балка, объединенная с колонной. Тройник, приклепанный к фланцу колонны, может на высоте 20 футов. бухте, вызывают линейный дрейф до 0,36 дюйма на 12 футов. при мощном ветре в одном направлении, в то время как сварные тройники в тех же условиях показали 0,09 дюйма, а сварные косынки — только 0,03 дюйма (4). напряжение одно.Передача осевого сжатия с помощью продольных сварных швов на кромки тонкой полки приводит к значительной деформации из-за горизонтального сдвига полки. обратная нагрузка давала примерно равные полные продольные деформации для каждого из трех типов. (6) От трети до половины изгибного уклона в соединении с незакрепленной полкой колонны может быть отнесено на деформацию полки колонны.(7) В ветровых соединениях с незакрепленным поясом колонны сварные соединения давали региональные уклоны на изгиб от 17 до 63 % от соответствующих, развитых в заклепочных тавровых соединениях, в зависимости от района или продольной зоны. Следовательно, сварные соединения были определенно жестче, чем заклепочные, во всех областях. (8) Совокупная продольная упругая деформация при растяжении для допустимой реверсивной нагрузки была больше, чем совокупная деформация при сжатии, максимальное превышение составило 70 %.Это было для заклепочного Т-образного соединения со стенкой колонны. (9) Для заклепочного Т большая часть продольной деформации была неупругим скольжением. Она составила 31 % для соединения со стенкой колонны и 46 % для соединения с полкой колонны.(10) Приварка ребер жесткости к полкам колонны уменьшила продольную деформацию сварного тавра и сварных косынок до 75 и 85 % от их предыдущих значений, соответственно. (11) Для образцов, предназначенных только для непрерывности балки, отношения испытательного коэффициента запаса прочности к расчетному коэффициенту запаса прочности, основанные на расчетном пределе прочности 10 000 фунтов.за погонный дюйм -in. углового шва с равномерным распределением напряжения варьировалось от 0,65 до 0,97. (12) Для образцов, предназначенных в основном для ветровых соединений, отношение испытательного коэффициента запаса прочности к расчетному коэффициенту запаса прочности, исходя из предполагаемого равномерного распределения напряжения, варьировалось от 0,88 до 0,98 для клепаных образцов, от 0,49 до 0,83 для сварных тавровых образцов и от 1,06 до 1,29 для сварных косынок. Таким образом, очевидно, что неравномерность напряжения, которая, очевидно, существовала в заметной степени для сварных тройниковых соединений, может привести к тому, что прочность некоторых типов соединений упадет значительно ниже той, которая оценивается на основе равномерного распределения.

        Циклические испытания болтово-сварных соединений, армированных муфтами, соединяющих круглые колонны CFST со стальными балками

        В этом исследовании изучалась конструкция соединений, армированных муфтами, для соединения круглых колонн из стальных труб, заполненных бетоном, со стальными балками. Шесть полуразмерных образцов, в том числе четыре болтовых сварных соединения, усиленных втулками, и два болтовых соединения с подкрепленными торцевыми пластинами, были спроектированы и испытаны при циклическом нагружении для оценки сейсмического поведения этих соединений. В качестве основных параметров при испытаниях принимались конструкция стыка и соотношение жесткостей балки-колонны.Были исследованы сейсмические характеристики, включая режимы разрушения, гистерезисные кривые, пластичность, снижение прочности и жесткости, а также рассеяние энергии. Результаты экспериментов показали, что в соединениях, армированных гильзами, не появлялось явного ослабления болтов, изломов и широкого растрескивания сварных швов. Кроме того, прочность и жесткость соединения заметно увеличились за счет втулок в области сердцевины соединения. В целом, большинство образцов демонстрировали полные петли гистерезиса и превосходную пластичность, эквивалентные коэффициенты вязкого демпфирования равнялись 0.263∼0,532, а коэффициенты пластичности 1,77∼3,42. Коэффициенты межъярусного прохода удовлетворяли требованиям, установленным техническим регламентом. Соединения этих типов обладают хорошим рассеиванием энергии и могут быть эффективно использованы для строительства зданий в сейсмоопасных районах. Это исследование должно внести вклад в будущее инженерное применение стальных труб, заполненных бетоном, в композитных конструкциях.

        1. Введение

        Композитные конструкции, такие как стальные трубы с бетонным наполнением (CFST), широко используются в гражданском строительстве благодаря их превосходным характеристикам, и в последние годы они широко изучались.Севим и др. [1] изучали структурную реакцию полноразмерных прямоугольных колонн как на вертикальные, так и на боковые нагрузки с использованием численных методов. Результаты показали, что нелинейные модели показали более точные результаты, чем линейные модели, и что композитные колонны обеспечивают большую безопасность и пластичность по сравнению с железобетонными колоннами. Эссопджи и Дунду [2] провели испытания 32 колонн с двойными трубами круглого сечения (CFDSCT), заполненных бетоном. Результаты показали, что CFDSCT длиной 1 м вышли из строя из-за деформации стальных труб, а другие CFDSCT вышли из строя из-за общей потери устойчивости из-за их большой гибкости.Кроме того, были разработаны новые формулы для прогнозирования результатов сильных сторон CFDSCT, и прогнозируемый результат хорошо согласуется. Робинсон и Мелби [3] исследовали эксплуатационные характеристики короткопролетных заполненных бетоном прямоугольных труб из армированного стекловолокном полимера (GFRP) с различными уровнями сцепления между бетонным сердечником и трубой из GFRP с помощью экспериментальных испытаний и метода анализа методом конечных элементов. Сравнение производительности каждой конфигурации показало двукратное увеличение жесткости и прочности в результате соединения между бетонным сердечником и трубой из стеклопластика.Кроме того, был сделан вывод, что склеивание фланцев было наиболее важным, а склеивание стенок обеспечивало лишь незначительное повышение производительности.

        Являясь ключевой частью конструкции CFST, соединения напрямую влияют на прочность, жесткость и сейсмические характеристики всей конструктивной системы [4]. Таким образом, исследования соединений колонн и балок CFST важны для инженерной теории и практических приложений. Принц и др. [5] исследовали усиление болтовых соединений балки-колонны, не имеющих ребер жесткости стенки колонны, с использованием более одного болта с каждой стороны стенки колонны посредством испытания шести полномасштабных болтовых соединений балки-колонны.Результаты показали, что более близкое расстояние между внутренними болтами по отношению к стенке колонны увеличивает способность к моменту соединения, но снижает способность к вращению. Цзэн и др. [6] провели эксперименты на пяти внутренних швах в половинном масштабе для исследования внутренних механизмов и сейсмических характеристик швов высокопрочных бетонных композитных конструкций. Результаты показали, что высокопрочный бетон увеличивает прочность соединения и относительно мало влияет на жесткость и пластичность. Ляо и др. В работе [7] изучалось влияние железобетонных плит на сейсмическое поведение композитных соединений с бетонными колоннами из CFST при циклической нагрузке.Результаты показали, что наличие железобетонной плиты может значительно повысить прочность балки и, таким образом, сместить режим отказа от балки к разрушению суставов и колонн. Zhang и Zhang [8] предложили новый тип соединения колонны CFDST со стальной балкой и исследовали сейсмические характеристики нового типа соединения экспериментальными испытаниями. Результаты показали, что соединение обладает высокой несущей способностью, отличной пластичностью и благоприятным рассеиванием энергии.

        Круглая стальная труба для ограничения внутреннего бетона прочнее, чем квадратная стальная труба, что увеличивает вертикальную несущую способность круглых колонн CFST.Однако он также имеет более сложное соединение со стальной балкой, чем квадратная колонна CFST; это ограничило использование круглых колонн CFST; таким образом, у них относительно меньше суставных форм. Сейсмические испытания узловых болтов и усиленных торцевых плит квадратных колонн из CFST и стальных балок [9–12] показали, что эти соединения имеют отличные общие сейсмические характеристики, но основные болты легко ослабляются при сейсмических нагрузках и склонны к хрупкости. отказ при внезапной перегрузке. Другие исследования [13–18] показали, что из-за сложного напряженного состояния болта и стальной трубы при использовании аналогичного соединения для круглых колонн CFST и стальных балок в сейсмических испытаниях разрушение болта, вырывание, коробление, и разрывы стенки колонны легко возникают при повторяющихся сейсмических нагрузках; это влияет на удержание стальной трубы на бетоне в области сердцевины соединения.Следовательно, существуют потенциальные угрозы безопасности для этого типа соединения колонны-балки CFST.

        В этом исследовании изучались два типа соединений балка-колонна, усиленных втулками, для решения существующих проблем болтовых и усиленных торцевых плит, соединяющих круглые колонны CFST со стальными балками. Первый вид представляет собой глухое болто-сварное соединение, армированное круглой втулкой: арочные торцевые пластины устанавливаются вокруг центральной зоны соединения и привариваются друг к другу вертикальными угловыми швами, а затем к стенке колонны горизонтальными угловыми швами.Второй тип представляет собой стержневой болт и сварное соединение, усиленное квадратной втулкой: квадратные торцевые пластины устанавливаются вокруг центральной части колонны CFST и привариваются друг к другу, образуя квадратную втулку; верхняя и нижняя накладки привариваются к квадратному рукаву, а затем привариваются к стенке колонны; пространство между колонной и квадратной втулкой заливается высокопрочным бетоном. Конструктивная оптимизация соединений, армированных втулками, показала, что круглые или квадратные втулки, образованные приваркой наружных торцевых пластин, не только повышают жесткость области сердцевины соединения, но также заставляют сварные швы и болты в области сердцевины соединения воспринимать изгибающий момент и сдвиг. усилие вместе, что повысило прочность сустава.

        В этом исследовании были разработаны и испытаны при циклических нагрузках на верхнем конце колонны четыре образца сварных болтовых соединений, усиленных втулками, и два образца болтового соединения с усиленной торцевой пластиной. Конкретной целью исследования было изучение влияния муфт на сейсмические характеристики, включая режимы разрушения, кривые гистерезиса, несущую способность, пластичность, рассеивание энергии, а также снижение прочности и жесткости. На основе этих результатов предлагаются некоторые полезные выводы и предложения по сейсмическому расчету соединений стальной балки с колонной из CFST на основе результатов, которые имеют значение для применения колонн из CFST в композитных конструкциях.

        2. Экспериментальная программа
        2.1. Расчет образцов

        Шесть образцов в половинном масштабе (четыре болтовых сварных соединения, усиленных втулками, и два болтовых соединения с усиленной торцевой пластиной) были спроектированы и испытаны при циклическом нагружении для оценки сейсмических характеристик. Размеры соединений показаны на рисунке 1.


        В таблице 1 представлены параметры образцов, которые включали одно глухое болтовое соединение с торцевой пластиной (J-1), два глухих болтовых и сварных соединения, усиленных круглая втулка (J-2, J-3), один стержневой болт и квадратное соединение жесткой торцевой пластины, усиленное квадратной втулкой (J-4), и два стержневых болта и сварные соединения, усиленные квадратной втулкой (J-5). , J-6).Секция каждой колонны представляет собой круглую бесшовную стальную трубу, заполненную высокопрочным бетоном. Трубка имела размер 250 мм (диаметр) × 8 м (толщина) для круглого сечения. Стальные балки соединений J-1, J-2, J-4 и J-5 имели Н-образные сечения с размерами 250 мм (высота) × 125 мм (ширина полки) × 6 мм (толщина стенки) × 9 мм (толщина полки). Стальные балки образцов J-3 и J-6 представляли собой коробчатые сечения, в которых Н-образное сечение было усилено продольными ребристыми пластинами наружу; размеры Н-образного сечения составляли 244 мм (высота) × 175 мм (ширина полки) × 7 мм (толщина стенки) × 11 мм (толщина полки).Все стальные компоненты изготовлены из горячекатаной сортовой стали марки Q345B. Торцевые пластины дуги или квадратные торцевые пластины образца были соединены с колонной CFST с помощью 10,9 класса прочности и болтов размера M20. Перед испытанием к соединительным болтам образцов был приложен крутящий момент с предварительным натяжением (410  Н·м). Конкретные геометрические размеры и конструкция образцов J-1–J-6 показаны на рисунках 2(a)–2(h).

        8. Свойства материала

        В соответствии с GB/T 228.1-2010 [19] механические свойства всех стальных материалов были измерены и представлены в таблице 2. Средняя прочность бетона на сжатие составила МПа.

        9 9

        Образец Коэффициент жесткости луча Коэффициент осевой сжатия Толщина конечного сжатия (мм) Размер сварного шва между конечными пластинами (мм) Размер шва торцевая пластина и трубка (мм)

        J-1 0.48 0.3 0.3
        J-2 0.48 0.3 16 8 4
        J-3 0.94 0.3 16 8 8 4
        J-4 0.48 0.3 16
        J-5 0.48 0.3 16 8 4
        J-6 0.94 0,3 16 8 4

        9 22
        Сталь Толщина T (мм) T (мм) T (мм) Урожайность F Y (MPA) Прочность на растяжение F U (МПа) Упругости модуль E 9 S (10 5 MPA) Удлинение Δ (%)
        Круговая трубка 8 385 508 2.06 18
        Лучшего фланца 125 широкий 9 568 568 568 26270 26
        Bew из 125 широких 6 402 574 2.17 22 22
        Beam Flange из 175 шириной 11 376 551 551 29 27
        Bew из 175 шириной 7 404 553 2.18 22
        Arc End Plate 16 367 586 586 29
        квадратных торцевой пластины 16 358 514 2.16 31
        жесткости ребро 12 308 476 476 276 276 27
        продольная внешняя ребристая пластина луча 8 421 565 2.13 26 26
        Болт 20 777 846 2,03 3 3

        2.3. Устройство для циклических испытаний

        Для экспериментов по моделированию механических свойств соединений балка-колонна при землетрясении и учету фактической силы ( P )-смещения (Δ) был принят режим нагружения конца колонны под действием вертикальной нагрузки в тест.Корень колонны крепился к жесткой опоре с односторонними шарнирами, а верх колонны подвергался вертикальной нагрузке с помощью гидравлического домкрата со сферическими шарнирами, которые могли скользить горизонтально по стальной балке рамы. Электрогидравлический сервопривод использовался для нагрузки на верхнюю часть колонны в горизонтальном направлении. На свободных концах балок были установлены два жестких звена с тензодатчиками, а два конца звеньев были шарнирно соединены с концом балки и фундаментом соответственно.Стальные балки поддерживались с обеих сторон раскосами вне плоскости, чтобы предотвратить нестабильность образцов во время испытаний. Тестовая площадка показана на рисунке 3.


        2.4. Процедура нагружения

        Сначала на верхнюю часть колонны воздействовала неизменная вертикальная нагрузка в соответствии с коэффициентом осевого сжатия. Затем, под контролем смещения, боковая циклическая нагрузка постепенно возлагалась на верхнюю часть колонны. На рис. 4 показана история нагружения испытуемых образцов, т.е.е., шаг ( n ) — перемещение (Δ) относительной кривой. Каждое боковое смещение (±6, ±12 и ±18) выполнялось сначала только за один цикл. Впоследствии, по мере постепенного увеличения боковых перемещений (±24, ±36, ±48, …), их выполняли в течение трех циклов, пока разрушение образца не стало серьезным или нагрузка не снизилась до 85 % от предела прочности образца. 20].


        2.5. Компоновка приборов

        Как показано на рис. 5, для измерения деформации колонн и балок, относительного вращения колонн и балок и деформации сдвига в области сердечника соединения было установлено семнадцать линейных трансформаторов переменного смещения (LVDT).Как показано на рисунке 6, тензорезисторы были наклеены на торцевые пластины, стенки колонн, полки и стенки стальных балок для получения распределения деформации в центральной части соединения.


        3. Результаты и обсуждение
        3.1. Режимы отказа
        3.1.1. Характеристики образца

        Образец J-1 представлял собой соединение торцевой пластины с глухим болтом и дуговым усилением, а балка имела меньшую жесткость. Как показано на рис. 7, были повреждены как основная зона, так и стальные балки стыка.Полки стальной балки слегка изгибались с обеих сторон (рис. 7(а)), а болты ослаблялись и даже разрушались при циклических нагрузках (рис. 7(б)). Между торцевыми плитами дуги и стенкой колонны были большие зазоры.

        Образец J-2 представлял собой глухой болт и сварное соединение, усиленное круглой втулкой, а балка имела меньшую жесткость. Как показано на рисунке 8, стальные балки стыка были повреждены. Полки и стенки балки прогнулись, и с обеих сторон произошел отказ пластикового шарнира. Кроме того, левая полка балки треснула.Торцевые плиты колонны и дуги не пострадали. Излома стержня болта или растрескивания сварного шва в соединении не наблюдалось.


        Образец J-3 представлял собой глухой болт и сварное соединение, усиленное круглой втулкой, и балка имела большую жесткость. Как показано на рисунке 9, колонна сустава была повреждена. Колонна показала изгиб (рис. 9(а)), а стальная труба изогнулась на верхнем и нижнем концах области сердечника сустава (рис. 9(б)). Сварные швы между торцевой пластиной дуги и стенкой колонны показали трещины и расширение последовательно (рис. 9 (с)).

        Образец J-4 представлял собой стержневой болт и квадратное усиленное соединение торцевой пластины, усиленное квадратной втулкой, а балка имела меньшую жесткость. Как показано на рис. 10, были повреждены как основная зона, так и стальные балки стыка. Полки и стенки балки прогнулись, и с обеих сторон произошел отказ пластикового шарнира. Болты сердечника ослабли при циклических нагрузках, и между квадратной торцевой пластиной и стенкой колонны образовался большой зазор. Квадратные торцевые пластины также имели изгиб. Колонна и квадратная втулка явных повреждений не имели, трещин в сварном шве в месте соединения не наблюдалось.


        Образец J-5 представлял собой основной болт и сварное соединение, усиленное квадратной втулкой, а балка имела меньшую жесткость. Как показано на рисунке 11, стальные балки стыка были повреждены. Полки и стенки балки прогнулись, и с обеих сторон произошел отказ пластикового шарнира. Колонна, квадратная втулка и квадратные торцевые пластины не были явно повреждены. Кроме того, в стыке не наблюдалось ни перелома стержня болта, ни растрескивания сварного шва.


        Образец J-6 представлял собой основной болт и сварное соединение, усиленное квадратной втулкой, и балка имела большую жесткость.Как показано на рисунке 12, колонна сустава была повреждена. Колонна показала изгиб (рис. 12 (а)), а стальная труба изогнулась и сломалась на верхнем и нижнем концах суставной области ядра (рис. 12 (б) и 12 (с)). Квадратная втулка и квадратные концевые пластины не были явно повреждены. Кроме того, в соединении не наблюдалось перелома стержня болта или растрескивания сварного шва.

        3.1.2. Характеристики отказов

        В таблице 3 перечислены неисправные компоненты испытательных соединений. Соединения болтов и подкрепленных торцевых пластин (J-1 и J-4) разрушились по балочному типу разрушения, а болты ослабли и разрушились (болтовое напряжение дуговых соединений торцевых пластин более неблагоприятно) при повторяющихся нагрузках.Однако болтовые сварные соединения, армированные гильзами, при испытании показали разрушение по типу балки или колонны, а в центральной части соединений почти не наблюдалось повреждений. В основном это может быть связано со следующим: (1) круглая или квадратная втулка, образованная сваркой внешних торцевых пластин, повышает жесткость области сердечника соединения; (2) сочетание сварных швов и болтов в центральной части соединений значительно улучшило соединение между балками и колоннами, в результате чего сварные швы и болты в центральной области соединения выдержали изгибающий момент и усилие сдвига вместе, тем самым повысив несущую способность сустава.


        Компонент J-1 J-2 J-4 J-4 J-5 J-6


        колонна Без NO Ошибка
        Beam Отказ Отказ Отказ Отказ
        Конечная пластина Ошибка
        Болт отказ Отказ
        сварки Отказ

        Соединения J-3 и J-6 были спроектированы так, чтобы иметь большее отношение жесткости балки к колонне и режимы разрушения типа колонны для проверки несущей способности центральной области соединения.Следует отметить, что при проектировании конструкции следует контролировать соотношение жесткости балки и колонны, чтобы избежать разрушения соединений на концах колонны. Горизонтальные сварные швы J-3 и J-6 на концевых пластинах и колонне или накладке были слегка повреждены, что было связано с тем, что сварные швы были небольшого размера или не соответствовали стандартному качеству; этот критерий следует учитывать при проектировании и строительстве.

        3.2. Кривые гистерезиса

        Кривая гистерезиса отражает сейсмические характеристики конструкции в процессе многократного нагружения, такие как несущая способность, характеристики деформации, ухудшение жесткости и потребление энергии [21].На рис. 13 показаны кривые гистерезиса нагрузки-перемещения образцов в ходе испытаний. Соответственно, можно сделать следующие выводы: (1) Кривые гистерезиса образцов имели форму челнока или дуги и указывали на хорошие способности рассеивания энергии благодаря их достаточно большой площади огибающей. (2) Кривые гистерезиса образцов J- 1 и J-4 были пережаты в середине периода загрузки. Однако степень защемления J-1 была небольшой, а его гистерезисная петля варьировалась от формы челнока до формы дуги.Степень защемления J-4 была большой, и его гистерезисная петля изменилась с формы челнока на форму Z . Основной причиной была релаксация и проскальзывание глухих болтов и стержневых болтов в двух образцах при повторяющихся вертикальных и горизонтальных нагрузках; степень их проскальзывания различалась из-за различной конструкции соединений в зонах сердцевины. (3) Петли гистерезиса образцов J-2, J-3, J-5 и J-6 имели полностью челночную форму на протяжении всего процесса нагружения. . Это связано с тем, что втулки, образованные сваркой дуговых или квадратных торцевых пластин, повысили жесткость соединения между балкой и колонной.При этом болты этих соединений не проскальзывали и не расслаблялись, а сварные швы в зоне сердцевины соединения не трескались. Таким образом, гистерезисные кривые этих соединений не уменьшились. (4) Гистерезисные кривые образцов J-2 и J-5 были похожи. Поскольку два соединения имели одинаковые поперечные сечения для своих колонн и балок, а их коэффициент жесткости балки-колонны был относительно низким, они вышли из строя из-за пластического разрушения шарнира на концах балки. На гистерезисное поведение соединений в основном повлияло разрушение стальных балок, а другие факторы оказали относительно небольшое влияние.(5) Петли гистерезиса образцов J-3 и J-6 не были заполнены. Это в основном потому, что они имели большее отношение жесткости балки-колонны, чем другие четыре образца, а максимальная нагрузка, соответствующая тому же смещению нагрузки, была больше, чем у других. Гистерезисные кривые J-3 и J-6 имели относительно плохую полноту, меньшие прямые участки и почти полное отсутствие нисходящих участков, но они показали большую жесткость и несущую способность.

        3.3. Каркасные кривые

        Каркасная кривая представляет собой огибающую кривую, полученную путем последовательного соединения крайних точек нагрузки в одном направлении (растяжение или сжатие) на гистерезисной кривой.Каркасная кривая представляет собой геометрическое место максимального пикового значения горизонтальной силы, достигаемого при каждом циклическом нагружении, которое отражает различные стадии и характеристики (например, прочность, жесткость, пластичность, рассеяние энергии и сопротивление смятию) компонента, находящегося под напряжением и деформацией. Каркасная кривая каждого образца в испытании показана на рисунке 14. Были получены следующие выводы: (1) Все соединения включают три стадии деформации: упругость, упруго-пластичность и повреждение.Скелетные кривые суставов J-1, J-2, J-4 и J-5 были сходными. В основном это связано с тем, что эти четыре соединения имели одинаковые поперечные сечения для своих колонн и балок, а их коэффициенты жесткости балки-колонны были относительно низкими, поэтому их виды разрушения были в основном типа пластического шарнира на конце балки. (2) Конечный результат. прочность образцов J-3 и J-6 была почти в два раза выше прочности образцов J-1 и J-4. Это показывает, что втулки, образованные сваркой дуговых концевых пластин или квадратных концевых пластин, заставляли сварные швы и болты в области сердцевины соединения выдерживать изгибающий момент и усилие сдвига вместе, что повышало прочность соединения.(3) Образец J-6 имел больший предел прочности, чем образец J-3. Это указывает на то, что соединение стержневого болта и квадратной торцевой пластины, усиленное квадратной втулкой, имело больший упрочняющий эффект, чем глухой болт и дугообразное соединение торцевой пластины, усиленное круглой втулкой.


        3.4. Прочность и пластичность

        Ключевые точки скелетных кривых P -Δ получены согласно JGJ/T 101-2015 [20], как показано на рис. Y , P , P M и δ M , и P U u U U U Представляют прочность и смещение доходности, максимальную прочность и смещение и повреждение прочность и смещение, соответственно, сустава.Конкретные значения ключевых точек испытательных соединений перечислены в Таблице 4. Хотя образцы J-1, J-2, J-4 и J-5 имели различную конструкцию соединений в области сердцевины, все они были спроектированы таким образом, чтобы сильные колонны и слабые балки, а их балочные сечения были одинаковыми по форме и размеру. Все виды их разрушения представляли собой разрушение пластического шарнира на конце балки, поэтому предел текучести и смещение, предел прочности и смещение, а также предел прочности и смещение были очень похожи. За исключением смещения повреждения J-3, которое было относительно небольшим, другие силы и соответствующие смещения образцов J-3 и J-6 были намного больше, чем у других образцов.Это отражает разницу в конструкции соединений и режимах их разрушения.


        P U (KN) (KN) 30266

        образца Р у (кН) Δ у (мм) Р м ( KN) Δ M M (мм) (мм) 0 δ U (мм) θ Y (RAD) θ у (рад) μ θ ч е

        J-1 (+) 226.95 22,08 283,76 48,01 241,20 89,44 0,0110 0,0447 4,06 0,334
        J-1 (-) 219,10 30,17 257,67 47.99 237.40 237.40 95.98 0.0151 0.0480 3,0480
        J-2 (+) 234.76 22.18 22.18 286.44 54.17 243.47 75,91 0,0111 0,0379 3,42 0,532
        J-2 (-) 257,83 28,52 295,03 55,83 250,78 77,48 0,0143 0,0387 2.71
        J-3 (+) 375.15 27.70 474.72 60.02 60.02 462.19 72.05 0.0138 0.0360 2.61 0.264
        J-3 (-) 371,29 40,70 420,84 60,01 419,92 72,03 0,0203 0,0360 1,77
        J-4 (+ ) 196.94 20.95 20.95 264.39 60.04 60.04 222.48 83.96 0.0105 0.0420 400 0.319
        j — 4 (-) 233.31 30,13 281,35 60,02 241,38 84,02 0,0151 0,0420 2,78
        J-5 (+) 238,71 23,25 289,72 59,99 246,26 78.59 0.0116 0.0393 0.39 0.517 0.517
        J-5 (-) 257.88 29.90 304.22 60,01 258.81 79,44 0,0149 0,0397 2,66
        J-6 (+) 390,95 29,59 509,72 72,03 497,21 96,01 0,0148 0,0480 3,24 0.263
        J-6 (-) 386.57 38.69 503.53 83.99 83.99 476.16 96.02 0,0193 0,0480 2.49

        Коэффициент межэтажного сноса () определяется как , где – высота рамы, – поперечное смещение конца колонны. Коэффициент пластичности определяется как , где и представляют коэффициенты смещения соединений при текучести и разрушении соответственно. Подробные результаты по коэффициенту текучести , коэффициенту сноса разрушения и коэффициенту пластичности образцов представлены в таблице 4. предельное значение составляет 1/250 для упругой стадии и 1/50 для упругопластической стадии.В этом тесте были получены соединения и . Кроме того, согласно китайскому стандарту [23], коэффициенты пластичности всех соединений, кроме J-3, соответствовали или превышали предельное значение 2,0 для сталежелезобетонной композитной конструкции.

        Согласно таблице 4, образцы J-2 и J-5 имели несколько более низкую пластичность, чем образцы J-1 и J-4. Хотя четыре соединения вышли из строя из-за пластического разрушения шарнира на конце балки, предел прочности J-1 и J-4 снижался относительно медленно из-за ослабления болтов, что повышало способность к деформации.Хотя болтовые сварные соединения J-3 и J-6 разрушились из-за изгиба колонны, растрескивание сварного шва в центральной части соединения J-3 привело к снижению ограничений при повреждении. Кроме того, два соединения были сконструированы по-разному, что привело к большой разнице в пластичности.

        3.5. Снижение жесткости

        Средняя жесткость петли K j рассчитывается по следующей формуле для оценки снижения жесткости суставов при горизонтальной циклической нагрузке: где и — пиковая нагрузка и соответствующее смещение i й цикл, когда контроль смещения достигает j и n , является количеством циклов.

        Как показано на рис. 16, все образцы показали одинаковые тенденции снижения жесткости. Перед текучестью снижение жесткости происходило быстрее; после уступки она была мягче, и не было больших или внезапных изменений жесткости. Образцы J-3 и J-6 имели более высокую жесткость на каждом этапе, чем четыре других образца, поскольку их балки имели высокую жесткость.


        3.6. Деградация прочности

        Коэффициент деградации общей прочности используется для оценки деградации прочности соединений при горизонтальной циклической нагрузке и рассчитывается как отношение максимальной несущей способности на каждом шаге смещения нагрузки к максимальной несущей способности в течение всего нагружения процесс суставов.Как показано на Рисунке 17, прочность всех соединений неуклонно возрастала до достижения максимальной прочности, и тенденции были очень схожими. Это свидетельствует о том, что образцы обладали хорошими упругопластическими свойствами. После достижения пиковой прочности прочность J-1, J-2, J-4 и J-5 медленно снижалась, и они демонстрировали очевидные характеристики пластического разрушения. Из-за их внезапного разрушения прочность J-3 и J-6 не снизилась, и образцы показали явные характеристики хрупкого разрушения.


        3.7. Расшивление энергии

        Эквивалентный коэффициент демпфирования ( H E E ) определяется следующим образом:

        на рисунке 18, S BEF и S DEF — это области гистерезии BEF и DEF, соответственно, и S AOB и S COD — площади треугольников AOB и COD соответственно.


        Как показано в Таблице 4, значения суставов h e варьировались от 0.263 до 0,532, что аналогично значению для сталежелезобетонного соединения (около 0,3) [24]. Таким образом, предлагаемые типы соединений в этом исследовании являются разумными для строительства из-за их благоприятного рассеивания энергии.

        На рис. все образцы увеличивались с увеличением числа циклов ( n ) в процессе полного нагружения.Однако диссипация накопленной энергии ( E сумма ) вначале медленно увеличивалась. После того как число циклов ( n ) превысило 9, накопленная диссипация энергии ( E сумма ) всех образцов резко возросла. Очевидно, что рассеяние накопленной энергии ( E сумма ) четырехболтовых сварных соединений, армированных втулками, более серьезное, чем у двухболтовых и усиленных торцевых соединений. Это связано с тем, что энергорассеивающая способность болтовых соединений J-1 и J-4 уменьшалась при ослаблении болтов и разрушалась при циклических нагрузках на соединения в стадии разрушения.Однако болтовые и сварные соединения, армированные муфтами, продемонстрировали отличные сейсмические характеристики для рассеяния энергии.


        4. Выводы

        Были проведены эксперименты по изучению сейсмического поведения болтовых сварных соединений, армированных муфтами, соединяющими колонны из CFST с балками. Выводы резюмируются следующим образом: (1) Режим разрушения болтовых и сварных соединений, усиленных втулками, в основном определяется соотношением жесткости балки-колонны. Тип отказа — пластический отказ шарнира на конце балки, когда отношение мало, и разрушение изгиба на конце колонны, когда оно велико; в зоне сердцевины соединения не наблюдалось ослабления или разрушения болтов, а также повсеместного растрескивания сварного шва.Это указывает на то, что болтовые сварные соединения, армированные втулками, являются разумной конструкцией и отвечают сейсмическим требованиям проектирования прочного соединения и слабых компонентов. (2) Втулки в области сердцевины соединения повышают прочность соединения и жесткость соединения между балка и колонна. Они предотвращают растрескивание сварных швов и вздутие стенки колонны в зоне ядра при повреждении сварного соединения, а также предотвращают дефекты релаксации болтов и даже хрупкое разрушение при повреждении болтовых и подкрепленных торцевых соединений.(3) По сравнению с болтовыми соединениями и усиленными торцевыми пластинами, прочность и жесткость болтово-сварных соединений, усиленных втулками, были заметно увеличены за счет втулок в области сердцевины соединения. Эквивалентные коэффициенты вязкого демпфирования новых типов соединений составили 0,263-0,532, а коэффициенты пластичности — 1,77-3,42. В целом, большинство образцов демонстрировали полные петли гистерезиса и превосходную пластичность. Коэффициенты межъярусного прохода удовлетворяли требованиям, установленным техническим регламентом.Эти типы соединений обладают благоприятным рассеянием энергии и могут эффективно использоваться для строительства зданий в сейсмоопасных районах.

        Таким образом, результаты исследований в этой статье способствуют не только разработке новых соединений, но и усилению существующих болтовых и усиленных соединений торцевых пластин. Кроме того, из-за ограниченного количества испытательных образцов влияние различных параметров на сейсмические характеристики этих новых типов соединений требует дальнейшего изучения.Поэтому авторы планируют изучить механические свойства этих соединений с помощью дальнейшего анализа методом конечных элементов.

        Доступность данных

        Все рисунки, представляющие анализ тестовых данных, были нарисованы в Origin 8.

        Добавить комментарий

        Ваш адрес email не будет опубликован.

        2019 © Все права защищены.