Металлические конструкции

     Наиболее распространенное на  заводах оборудование требует, чтобы профили вписывались в круг диаметром 320 мм (в отдельных случаях 530 мм). На современном прессовом оборудовании можно изготовлять профили площадью сечения от 0,5 до 300 см². Гнутые профили изготовляют из листов и

Рис.3.4. Типы профилей из алюминиевых сплавов без бульб (

) и с бульбами ( ) 

лент  толщиной до 4 мм гнутьем их в холодном состоянии. Из-за низкого модуля упругости  алюминиевых сплавов и соответственно ухудшения местной устойчивости ширина свободного свеса полос и высота стенок профилей по отношению к их толщинам принимаются более ограниченными, чем в стальных профилях. Для большего развития сечения и повышения устойчивости стержня профили изготовляются с бульбами на концах полок (рис. 3.4,б), которые позволяют доводить  отношение ширины   полки к ее толщине от 9,5 до 21 (см. гл. 2).

      Круглые тянутые трубы поставляются  с наружным диаметром до 150 мм  при толщине стенки 1,5-6 мм. Кроме  круглых труб поставляются квадратные, прямоугольные   и   каплевидные   (рис.3.4,в).

      Большое число разнообразных  профилей применяется для ограждающих  конструкций. 
 

3.11. Правила использования  профилей в строительных

  конструкциях 

1. При проектировании строительных стальных конструкций  следует компоновать каждый элемент и весь объект в целом из минимально необходимого   числа   различных   профилей.
2. Применяемые в одном отправочном элементе уголки, тавры, полосы одного номинального размера, но разной толщины должны иметь разность   толщин   одноименных   профилей   не   менее   2 мм.
3. Не допускается применять в одном отправочном элементе одинаковые профилеразмеры   из   разных   марок   сталей.
4. Применение в одном объекте профилированных листов одной номинальной  высоты,  но  разной  толщины  не  допускается.

 
 
 

РАЗДЕЛ 4.  СВАРНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ 

     Сварные соединения являются  основным видом соединений в  строительных конструкциях. При  проектировании конструкций со  сварными соединениями следует  предусмотреть применение высокопроизводительных  эффективных видов сварки, обеспечивающих повышение надежности сварных соединений и производительности  труда.

     Сваркой металлов называют технологической процесс образования неразъемного соединения деталей конструкции путем местного сплавления или совместного пластического деформирования в области соединения этих деталей, сопровождающегося диффузией атомов. В результате сварки возникает прочное сцепление, основанное на межатомном взаимодействии в примыкающих  участках  деталей.

     Сварка позволяет получить простую конструктивную форму соединения, дает экономию металла по сравнению с другими видами соединений (например, болтовыми), позволяет применять высокопроизводительные механизированные способы изготовления. Сварные соединения обладают свойством газо- и водонепроницаемости, что важно для листовых конструкций, предназначенных для хранения газов или жидкостей (резервуары, газгольдеры, трубопроводы).

     Однако при проектировании сварных  конструкций следует помнить,  что процесс сварки, являясь мощным  энергетическим процессом, вносит изменения в свойства исходного металла. В сварном соединении образуются зоны с различным химическим составом металла, различной структуры, различными механическими свойствами. Возможные дефекты сварных соединений (поры, подрезы и др.)  также создают неоднородность  соединения.

     Все эти обстоятельства учитываются  при проектировании конструкций  путем применения сварочных материалов  в соответствии со свойствами  основного материала и условиями  работы (температура окружающей  среды при изготовлении и эксплуатации, вид напряжения – статические нагрузки или циклические и т.п.), выбор режима сварки, а также назначения специальных коэффициентов  сварного  соединения.

      

Виды  сварки, применяемые  в строительстве 

     В настоящее время внедряются такие процессы, как электронно-лучевая, плазменная, лазерная и другие виды сварки. Пластичность используемых в строительстве материалов, размеры элементов конструкций и характер внешних воздействий на конструкции позволяют использовать в основном в строительстве  электродуговую  сварку,  реже  газовую  и  контактную.

     Длинномерные швы в конструкциях (поясные швы балок, колонн и др.) выполняются в заводских условиях автоматической сваркой под флюсом. Флюс защищает изделие от вредного воздействия окружающей среды на металл соединения. При этом механизированы два рабочих движения: подача

электродной проволоки и относительное перемещение  дуги и изделия. К недостаткам  автоматической сварки  можно отнести  затруднительность выполнения швов в вертикальном и потолочном положении, что ограничивает ее  применение  на  монтаже.

      Короткие швы (приварка ребер, сварка узлов в решетчатых конструкциях) выполняют полуавтоматической сваркой. При этом автоматически подается сварочная электродная проволока, а передвижение дуги по изделию производится вручную. Полуавтоматическую сварку стальных конструкций чаще выполняют в среде защитного газа (углекислый газ). Реже применяют   сварку  порошковой  проволокой.

      В ряде случаев используют ручную сварку качественными электродами, т.е. с качественным покрытием (толстым покрытием). При ручной дуговой сварке оба главных рабочих движения – подача электродной проволоки и передвижения  дуги  по  изделию – выполняются  вручную.

     Ручная электродуговая сварка универсальна и широко распространена, так как может выполняться в любом положении. К недостаткам ручной сварки относятся меньшая глубина проплавления основного металла, меньшая производительность процесса из-за относительно  низкой величины применяемого сварного тока, а также меньшая стабильность ручного процесса по  сравнению  с  автоматической  сваркой  под  флюсом.

     Электрошлаковая сварка -  разновидность сварки плавлением; этот тип сварки удобен для вертикальных стыковых швов металла толщиной от 20 мм и более. Процесс сварки ведется голой электродной проволокой под слоем расплавленного шлака, сварочная ванна защищена с боков медными формирующими шов ползунами, охлаждаемыми проточной водой. Качество шва  получается  очень  высокое.

     Ванная сварка – разновидность электрошлаковой, применяется в некоторых случаях при сварке арматуры большой толщины в железобетонных  конструкциях. 
 

Виды  сварных швов и  соединений 

     Сварным швом (в дуговой сварке) называется конструктивный элемент сварного соединения на линии перемещения источника сварочного нагрева (дуги),  образованный  затвердевшим  после  расплавления  металлом.

     Сварные швы классифицируются по конструктивному признаку, назначению,  положению,  протяженности  и  внешней форме.

     По конструктивному признаку  швы разделяют на стыковые и угловые (валиковые). Стыковые швы наиболее рациональны, так как имеют наименьшую концентрацию напряжений, но требуют дополнительной разделки кромок швы бывают V-, U-, X- и K-образные.  Для V- и U-образных швов, свариваемых с одной стороны, обязательна подварка корня шва с другой стороны для устранения возможных не проваров (рис.4.1), являющихся  источником  концентрации  напряжений.

     При автоматической сварке принимаются  меньшие размеры разделки кромок швов вследствие большего проплавления соединяемых элементов (см. табл.4.1). Чтобы обеспечить полный провар шва, односторонняя автоматическая сварка часто выполняется на флюсовой подушке, медной подкладке  или  стальной  остающейся  подкладке.

     При электрошлаковой сварке разделка  кромок листов не требуется,  но зазор  в  стыке   принимают  не  менее  14 мм.

     Угловыми  швами, весьма часто  применяемыми в конструкциях, являются  поясные швы в балках и колоннах. Такими швами привариваются элементы конструктивного оформления (ребра, накладки), а также элементы в углах решетчатых конструкций и т.п. Угловые (валиковые) швы наваривают в угол,

образованный  элементами, расположенными в разных плоскостях. Применяющаяся   при  этом  разделка  кромок  изделий  показана  в  табл. 4.1.

      Угловые швы, расположенные параллельно  действующему осевому усилию, называются  фланговыми, а расположенные перпендикулярно – лобовыми.

      Швы могут быть рабочими или  связующими (конструктивными), сплошными  или прерывистыми (шпоночными). По положению в пространстве во время их выполнения они бывают нижними, вертикальными, горизонтальными  и  потолочными  (рис. 4.2.). Сварка  нижних  швов наиболее   

 

Рис. 4.1. Виды швов.

а – стыковой шов  в однопроходном  стыковом соединении; б –стыковой шов с подваркой            корня в однопролетном стыковом соединении; в – фланговый и лобовой швы в нахлесточном соединении; г – угловые швы в тавровом соединении; д – прерывистые (шпоночные) швы в нахлесточном соединении; 1 – подварка корня шва; 2 – лобовой шов; 3 – фланговый шов; 4-  угловые швы; 5  - прерывистые или шпоночные швы 
 

удобна, легко поддается механизации, дает лучшее качество шва, поэтому при  проектировании следует рассматривать  возможность выполнения большинства  швов в нижнем положении. Вертикальные, горизонтальные и потолочные  швы в большинстве своем выполняются при монтаже. Они плохо

поддаются механизации, выполнить их вручную  трудно, качество шва хуже, поэтому  применение  их  в  конструкциях  ограничено.

     Различают следующие сварные соединения: стыковые, внахлестку, угловые и  тавровые  (рис.4.3).

     Стыковыми называются соединения, в которых элементы соединяются торцами и один элемент является продолжением другого. Такие соединения наиболее рациональны, так как имеет наименьшую концентрацию напряжений  при  передаче  усилий,  экономичны  и  удобны  для  контроля.

     Стыковые соединения листового  металла выполняют прямым или  косым швом. 

Рис. 4.2.Положение  швов в пространстве

1 – нижнее; 11 –  вертикальное; 111 – потолочное; 1У – горизонтальное на вертикальной поверхности 

     Соединения внахлестку называют такие, в которых свариваемые элементы, частично находят друг на друга (рис.4.3,б). Эти соединения широко применяют для сварки листовых конструкций небольшой толщины (2-5 мм), в решетчатых и других видах конструкций. Разновидностью соединений внахлестку являются соединения с накладками с целью усиления стыков.

     Соединения внахлестку с накладками просты, но менее экономичны по расходу металла и вызывают резкую концентрацию напряжений, поэтому их редко используют при переменных и динамических нагрузках, а так же при низкой  температуре.

     Угловыми называются соединения, в которых свариваемые элементы расположены под углом (рис.4.3,г).

     Тавровые соединения отличаются от угловых тем, что в них торец одного элемента  приваривается к поверхности другого (рис.4.3,д).

     Во всех видах сварных соединений применяются угловые швы (валиковые). Только стыковые соединения выполняются с помощью стыковых швов.

   Работоспособность сварного соединения  зависит  от его качества,  т.е. минимального  числа  дефектов.  Наиболее  часто встречающимися  дефектами

сварного  соединения  являются:

    а) подрезы, представляющие собой углубления (канавки) в металле, идущими  вдоль  границы  шва;

    б) непровары  - отсутствие оплавления между металлом шва и основным металлом. При этом в местах непроваров обнаруживаются тонкие пленки оксидов и шланговые включения;

     в) шлаковые (неметаллические) включения – частицы шлака, не успевшие  всплыть  на  поверхность  шва  до  затвердения  металла  шва;