Способ повышения устойчивости металлических конструкций сооружений при воздействии динамических нагрузок
METHOD FOR INCREASING THE STABILITY OF METAL STRUCTURES OF STRUCTURES UNDER THE INFLUENCE OF DYNAMIC LOADS

Изобретение относится к строительству, а именно к технологическим решениям повышения устойчивости металлических конструкций от воздействия динамических нагрузок, в период различных нерасчетных воздействий на металлический каркас сооружений (например, воздействия воздушной ударной волны).
Необходимость разработки данного технического решения обусловлено тем, что в процессе эксплуатации здания и сооружения, при возведении которых используется каркасная конструктивная схема из металлических конструкций, подвергаются воздействию техногенных факторов, которые могут снизить устойчивость строительных конструкций.
На современном этапе известны различные технические решения, использование которых направлено на повышение несущей способности колонн зданий (например, по патентам RU 2 494 204 C1, RU 2 282 701 С2, RU 2 274 719 С2, RU 2 339 776 C1), усиление различных конструктивных элементов каркасных зданий и сооружений (например по патентам RU 2 275 483 С2, RU 2 711 375 C1, RU 2 657 562 C1, RU 2 664 085 C1, RU 2 754 840 С1). Данные решения направлены на улучшение восприятия строительными конструкциями усилий, которые определяются в соответствии с расчетом. Вместе с тем, вопрос повышения устойчивости конструкций от эффекта опрокидывания, вырывания, сноса при воздействии поражающих факторов современного оружия и иных техногенных факторов является актуальным и по настоящее время.
Наиболее близким техническим решением является аналог, который известен как «Способ усиления пояса в узле трубчатой фермы» по патенту на изобретение RU 2756260 С1 от 28.09.2021 г. Данный способ реализуется путем выполнения отверстия в середине узла, в которое вставляют выступающую стальную втулку с ее приваркой, затем через стальную втулку пропускают мешок из ткани лавсан, поперечное сечение которого совпадает с внутренним сечением трубы усиливаемого узла, а плоские концы по торцам мешка совпадают с сечением пояса. В середине мешка выполняют входную трубку диаметром, совпадающим с внутренним диаметром стальной втулки, и длиной больше, чем установленная втулка, затем на конце стальной втулки укрепляют входную трубку мешка путем отворота конца трубки с последующим одеванием на стальную втулку шланга с подачей бетона до полного заполнения мешка. Вместе с тем, недостаток данного решения заключается в том, что заполняется полость не всей конструкции замкнутого профиля, что не позволяет в полной мере обеспечить устойчивость металлической конструкции при воздействии динамических нагрузок.
Технический результат заключается в повышении устойчивости металлических конструкций сооружений при воздействии динамических нагрузок путем заполнения внутренней полости конструкции инертным материалом.
Общими признаками прототипа и заявляемого способа является то, что при реализации способа повышения устойчивости металлических конструкций сооружений при воздействии динамических нагрузок выполняется отверстие, в которое вставляется выступающая стальная втулка.
Отличительными признаками заявляемого способа являются:
1. подача песка через стальную втулку до полного заполнения внутреннего объема конструкции, последующее смачивание песка через стальную втулку антикоррозионным раствором с его одновременным уплотнением приложенным с внешней стороны площадочным вибратором, движущимся вдоль продольной оси конструкции;
2. демонтаж стальной втулки после заполнения внутреннего объема конструкции и приварка металлической пластины к внешней стороне конструкции для перекрытия выполненного отверстия;
3. устройство отверстия в верхней части конструкции на расстоянии 1 см от наивысшей точки конструкции так, чтобы обеспечить плотный стык в соединении стальной втулки и конструкции под углом 45 градусов.
Совместное применение в заявляемом способе указанных отличительных признаков позволяет получить положительный эффект, который заключается в том, что повышается местная устойчивость элементов конструкции. Это реализуется за счет того, что при заполнении полости замкнутого профиля усилия, направленные на деформацию элемента в одном направлении, перераспределяются через инертный материал в направлении, перпендикулярном направлению усилия. Таким образом, в восприятии одноосного сжимающего усилия участвуют не две, а четыре стенки сечения при использовании прямоугольного профиля металлической конструкции. Дополнительно, стоит учитывать, что при пробивном воздействии (например, от пули) на стенки замкнутого профиля повышается вероятность гашения энергии пробивного воздействия инертным материалом до момента достижения пулей противоположенной стенки замкнутого профиля. При пробитии одной стенки и наличии внутри замкнутого профиля инертного материала вероятность пробития противоположенной стенки гораздо ниже. Соответственно, вероятность снижения площади нетто тоже ниже, что способствует повышению прочности и устойчивости конструктивного элемента.
Изобретение пояснено чертежами.
На фиг. 1 представлена схема варианта производства работ по повышению устойчивости металлической конструкции (колонны), являющейся опорным элементом для фермы каркасного производственного здания, при воздействии динамических нагрузок, с указанием места размещения стальной втулки.
На фиг. 2 представлена схема выполнения работ по уплотнению с внешней стороны песка, заполнившего внутренний объем конструкции, площадочным вибратором.
На фиг. 1 и 2 используются следующие обозначения арабскими цифрами:
1 - металлическая конструкция;
2 - стальная втулка;
3 - металлическая ферма;
4 - площадочный вибратор;
5 - рабочий орган площадочного вибратора;
6 - эксцентрик;
7 - направляющие для перемещения площадочного вибратора;
8 - система роликов;
9 - опорный элемент;
10 - штанга;
11 - плоскость сечения;
12 - воронка.
Поскольку повысить устойчивость металлических конструкций заявленным способом возможно неоднократно, данный способ является промышленно применимым.
Применение способа на примере повышения устойчивости металлической колонны производственного здания осуществляется следующим образом.
В верхней части конструкции (1), на которой будут непосредственно выполняться указанные работы, вырезается отверстие на расстоянии 1 сантиметра от наивысшей точки конструкции таким образом, чтобы обеспечивался плотный стык при соединении стальной втулки (2) и конструкции (1) под углом 45 градусов. Для закрепления к стальной втулке (2) металлической воронки (12), а также для закрепления стальной втулки (2) к конструкции (1) выполняется сварка указанных элементов. Далее в указанную стальную втулку (2) через воронку (12) осуществляют подачу песка, который под воздействием силы тяжести постепенно полностью заполняет внутренний объем конструкции (1).
Далее выполняется поэтапная подача антикоррозионного раствора через стальную втулку (2) с целью смачивания песка во внутреннем объеме металлической конструкции (1) с одновременным уплотнением содержимого конструкции (1) площадочным вибратором (4). При этом смачивание песка осуществляется с целью достижения наилучшего эффекта уплотнения от работы площадочного вибратора (4), а использование антикоррозионного раствора для смачивания позволяет исключить коррозионные повреждения внутренних стенок металлической конструкции (1), которые образуются при воздействии воды на металл. В предложенном варианте использования указанного способа движение рабочего органа (5) площадочного вибратора (4) осуществляется вдоль вертикальной оси конструкции (1) по специально смонтированным на необходимом расстоянии от конструкции (1) направляющим (7) для перемещения площадочного вибратора (4). Движение площадочного вибратора (4) по направляющим (7) реализуется за счет работы системы роликов (8), а эффект вибрирования достигается путем приведения в движение штанги (10) и смещения эксцентрика (6), что позволяет получить колебательный эффект рабочего органа (5) площадочного вибратора (4). Движение рабочего органа (5) площадочного вибратора (4) вдоль продольной оси конструкции (1) осуществляется до полного смачивания песка внутри металлической конструкции (1), а критерием полного смачивания является прекращение впитывания песком раствора внутри конструкции (1), что определяется визуальным образом.
По окончанию уплотнения песка внутри конструкции (1) выполняется демонтаж стальной втулки (2) с корпуса металлической конструкции (1) (например, с использованием циркулярной пилы) и приварка металлической пластины к внешней стороне конструкции для перекрытия выполненного отверстия.