ФЛАНЦЕВОЕ СОЕДИНЕНИЕ РАСТЯНУТЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ДВУТАВРОВОГО СЕЧЕНИЯ
FLANGE CONNECTION OF STRETCHED H-SECTION ELEMENTS

Изобретение относится к области строительства, в частности к монтажным соединениям растянутых элементов металлических конструкций двутаврового профиля.
Фланцевые соединения с использованием высокопрочных болтов характеризуются своей высокой эффективностью за счет использования минимального количества болтов и наиболее полного использования материала и их несущей способности, отсутствием операций по подготовке соединяемых поверхностей, технологичностью монтажа и высокой заводской готовностью.
Известно решение фланцевого стыка (патент RU 2535761 C1), включающее соединяемые элементы со скошенными концами и приваренными к ним фланцами с упорами и отверстиями под болты.
Недостатком указанного технического решения является повышенная трудоемкость изготовления в связи с необходимостью выполнять косой рез профилей, а также сварной шов прикрепления фланцев к соединяемым элементам повышенной длины.
Существует фланцевое соединение (патент RU 2535568 C1), которое включает несущие элементы, фланцы, расположенные в торцевой части несущих элементов, ребра жесткости, прикрепленные одной стороной к фланцу, а другой - к несущему элементу, и высокопрочные болты, соединяющие фланцы между собой. Соединение содержит дополнительные ребра жесткости, установленные по периметру фланца в зоне, подверженной наибольшей деформации, при этом толщина и высота дополнительных ребер жесткости определяется расчетом в зависимости от допустимого раскрытия соединения.
Недостатком данного решения является повышенная трудоемкость изготовления вследствие необходимости установки дополнительных ребер жесткости.
Наиболее близким по составу конструктивных элементов является конструктивное решение узла соединения элементов рамного каркаса здания, включающее несущие элементы двутаврового поперечного сечения, фланцы прямоугольной формы, приваренные к торцам несущих элементов, ребра жесткости, предназначенные для более равномерной передачи усилия с элементов на фланцы и уменьшения деформаций, а также высокопрочные болты (Катюшин В.В. Здания с каркасами из стальных рам переменного сечения (расчет, проектирование, строительство). - М.: ОАО «Издательство «Стройиздат», 2005. - с. 296, рис. 2). Это решение принято в качестве прототипа.
Недостатками такого решения является неэффективное использование материала фланца в боковых зонах соединения. Это происходит в результате невозможности достаточного обжатия фланцев в этих зонах. Данное обстоятельство также приводит к раскрытию фланцев. Фланцы имеют высокую материалоемкость.
Задачей изобретения является снижение материалоемкости фланцевого соединения растянутых элементов двутаврового профиля.
Указанная задача решается тем, что во фланцевом соединении растянутых элементов двутаврового сечения, включающем соединяемые несущие элементы, ребра жесткости, прикрепленные одной стороной к фланцу, а другой - к несущему элементу, фланцы, расположенные в торцевой части элементов, и высокопрочные болты, согласно изобретению фланец имеет двутавровую форму поперечного сечения, включает две полки и стенку, причем внутренние грани полок примыкают к стенке под углом.
При этом геометрическая форма фланцев определяется из условия минимальных расстояний между болтами и кромками, а также оптимальными параметрами фигурной резки исходного листа.
На фиг. 1 приведен общий вид соединения с фланцем предложенной формы, на фиг. 2 и фиг. 3 - фронтальный и торцевой виды соединения соответственно.
Фланцевое соединение содержит несущий элемент 1 двутаврового поперечного сечения; ребро 2 жесткости; фланец 3; высокопрочные болты 4.
Фланцевое соединение при действии растягивающего усилия работает следующим образом: болты - на растяжение, фланцы - на изгиб.
Предлагаемая двутавровая геометрическая форма фланца позволяет получить из исходного листа путем фигурного реза большее количество деталей меньшей массы по сравнению с прямоугольными аналогами, что приводит к снижению материалоемкости и приведенной стоимости детали фланца.
Увеличение трудоемкости изготовления предложенного фланца (в результате увеличения длины реза) компенсируется увеличением количества фланцев двутавровой формы, которые можно получить при раскрое исходного металлического листа.
Металлоемкость предлагаемой конструкции фланца на 20-27% меньше материалоемкости фланца прямоугольной формы.
Выполнено расчетное обоснование работы соединения при предложенной форме фланца. Усилия в болтах возрастают по сравнению с типовыми решениями на 0,4…2,1%. Напряжения от изгиба фланцев практически не меняются (в отдельных сечениях снижаются), срезающие напряжения в сварных швах не зависят от формы фланца.
Изменение деформативности фланца (раскрытия контактных поверхностей на кромках под действием внешней нагрузки) находится в пределах 1…3%.
Оценена стоимость полученного решения по критерию приведенных затрат с учетом стоимостей металла, изготовления и отходов. Экономический эффект составляет до 25%. Экономическая эффективность предложенного решения возрастает при увеличении размеров исходного листа.