Узел металлической фермы
Владельцы патента RU 2291938:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Курганский государственный университет (RU)
Изобретение относится к строительству металлических ферм и может быть использовано преимущественно в пролетных строениях мостов. Достигаемый технический результат заключается в создании технологичного и надежного при эксплуатации узла металлической фермы, узел, состоящий из сегментов и патрубков, предлагается выполнять из двух штампованных половин, которые соединены связующими сварными швами в цилиндрические патрубки, на концах которых приварены фланцы. 3 ил.
Изобретение относится к строительству металлических ферм и может быть использовано преимущественно в пролетных строениях мостов.
В настоящее время пролетные строения с решетчатыми главными фермами изготавливают в России по типовым проектам. Главные фермы являются основными несущими частями строений. В их состав входят сварные составного сечения элементы поясов и решетки, объединяемые в узлах с помощью высокопрочных болтов (Петропавловский А.А. и др. Проектирование металлических мостов. - М.: Транспорт, 1982, стр.89-92, рис.3.26-3.29).
Эта конструкция обеспечивает возможность сборки главных ферм при любых погодно-климатических условиях со стабильным уровнем качества. Усилие передается через две боковые пластины (полки), а стенки как двутаврового, так и коробчатого сечения не включены в работу, т.к. при болтовом варианте невозможно сделать накладки так, чтобы они передавали нагрузку.
В то же время эти узлы имеют ряд существенных недостатков: низкий уровень технологичности конструкции и наличие большего числа мест и зон с высокой концентрацией напряжений; практическая невозможность беспрепятственного обследования их технического состояния при эксплуатации на предмет выявления возникших трещин усталости и очагов коррозии. Последний недостаток узлов обусловлен спецификой их конструктивного устройства, а именно: наличием в составе каждого узла этого типа объединяющих листовых накладок-фасонок, которые охватывают узел с двух сторон и закрывают доступ к полости со всеми элементами и соединениями.
Это обстоятельство, по современным представлениям, не позволяет отнести конструкцию узла и вместе с ним пролетное строение в целом к числу надежных и безопасных в эксплуатации.
Известен узел соединения трубчатых элементов металлической фермы, состоящий из сегментов, соединенных в обод, и присоединенных к нему дисков (FR 2640301 А1, Е 04 В 1/58 от 15.06.1990).
Недостатками конструкции данного узла являются:
- наличие в ответственных соединениях сварных швов, имеющих низкий уровень сопротивления усталости;
- наличие крепежных элементов, скрытых от беспрепятственного обследования их технического состояния при эксплуатации на предмет выявления возникших в них трещин усталости и очагов коррозии;
- наличие элементов, в конструкцию которых изначально заложены концентраторы напряжений (в частности, резкие перепады площади поперечного сечения).
Наиболее близким аналогом данному узлу является узел металлической фермы (патент на изобретение № 2185484 от 26.06.2000 г.), состоящий из сегментов, соединенных в обод, присоединенных к нему дисков, патрубков для крепления раскосов, стоек и элементов нижнего пояса.
Недостатки прототипа:
- сварка основных сварных швов происходит на монтаже;
- сварка проходит во всех пространственных положениях;
- затруднено выявление дефектов физическими неразрушающими методами (рентгенография, УЗК и др.);
- невозможно регулировать зазоры на монтаже.
Для создания технологичного и надежного при эксплуатации узла металлической фермы его предлагается выполнять из двух штампованных половин, которые соединены сварными швами и образуют узел, воспринимающий усилия от присоединенных сварных фланцев, скрепляемых с ответными фланцами стержней фермы разъемными хомутами. Одна из штампованных половин узла может иметь плоскую поверхность с отверстиями для соединения с поперечной балкой проезжей части моста.
На фиг.1 представлена конструкция узла в сборе;
на фиг.2 - соединение узла со стержнями фермы трубчатого сечения;
на фиг.3 - схема главной фермы пролетного строения.
Штампованно-сварной узел фермы состоит из двух сегментов 1 и 2, изготовляемых горячей штамповкой, которые свариваются между собой связующими швами, объединяющими эти сегменты в единую монолитную конструкцию. Соединяя эти сегменты, мы получаем цилиндрические патрубки, к которым приварены фланцы 3 и 4. Этот узел металлической фермы отличается от прототипа тем, что выполнен из двух штампованных половин, которые соединены сварными швами, и из приваренных на концах патрубков фланцев, которые позволяют собрать конструкцию на монтаже с помощью двух разъемных полухомутов.
Предлагаемая конструкция узла надежна и безопасна при эксплуатации за счет:
- сварные швы, которыми свариваются две штампованные половины узла, являются соединительными, что даже при появлении в них дефектов не приводит к разрушению всей конструкции;
- высокой усталостной прочности, обусловленной отсутствием мест и зон с высокой концентрацией напряжений;
- высокой стойкости против атмосферной коррозии, обусловленной отсутствием мест скопления влаги и постоянно увлажненных загрязнений;
- простоты обслуживания, включая возможность проведения беспрепятственного контроля состояния всех элементов и соединений при эксплуатации всеми возможными способами;
- полностью заводского изготовления с применением автоматических и автоматизированных методов сварки, обеспечивающих высокое качество сварных соединений;
- полноценного контроля сварных швов на наличие холодных и горячих трещин;
Штампованно-сварной узел фермы:
- полностью заводского изготовления с применением дуговой сварки;
- сварные швы соединения штампованных половин узла фермы являются связующими, создающими монолитную конструкцию из двух симметричных элементов. Эти швы не воспринимают непосредственно усилия от стержней фермы, а лишь участвуют в перераспределении усилий, что создает надежную конструкцию узла и всей фермы;
- все сварные швы соединения штампованных половин узла остаются открытыми для контроля качества их выполнения и состояния в процессе эксплуатации моста;
- возможность термообработки узла после сборки и сварки в целом для снятия остаточных напряжений и повышения прочности;
- возможность организации дистанционного контроля состояния узла на предмет выявления сквозных усталостных трещин с помощью избыточного давления, нагнетаемого периодически во внутреннюю замкнутую полость узла;
- узел соединяется со стержнями фермы через приваренные стыковыми швами фланцы с конусными наружными поверхностями;
- соединение фланца узла с ответным фланцем стержня осуществляется с помощью двух полухомутов, стягивающих соединяемые фланцы по конусным поверхностям;
- полухомуты стягиваются болтами с контролируемым усилием затяжки для обеспечения требуемой точности изделия;
- возможность постановки прокладок между фланцами для подгонки между изделиями.
Узел металлической фермы, состоящий из сегментов и патрубков, отличающийся тем, что он выполнен из двух штампованных половин, которые соединены связующими сварными швами в цилиндрические патрубки, на концах которых приварены фланцы.
