ФЛАНЦЕВЫЙ СТЫК РАСТЯНУТЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
FLANGED JOINT OF STRETCHED ELEMENTS

Изобретение относится к строительным конструкциям, а именно к средствам соединения строительных элементов друг с другом.
Известно стыковое соединение растянутых элементов (SU №887748, кл. Е04В 1/38, 1/58. Ягофаров X., Котов В.Я. "Стыковое соединение растянутых элементов." - Опубл. 07.12.1981, Бюл. №45), включающее соединяемые элементы со скошенными концами, жестко прикрепленные к их концам фланцы с упорами, стяжные болты.
Недостатком стыка является то, что между смежными фланцами размещены упоры, габариты которых меньше габаритов фланцев, и фланцы не имеют плотного контакта друг с другом в зоне расположения стяжных болтов, что неблагоприятно для работы фланцев на изгиб при действии усилий от стяжных болтов.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому стыковому соединению является стыковое соединение (RU 2413820 С1, МПК Е04В 1/58. А.С. Марутян, И.М. Першин, Ю.И. Павленко. Фланцевое соединение растянутых элементов замкнутого профиля. - Опубл. 10.03.2011. Бюл. №7), включающее соединяемые элементы, на концах которых под углом 30 градусов установлены фланцы, листовая прокладка между фланцами, которую составляют парные опорные столики, жестко скрепленные с фланцами, в сборе взаимно упертые друг в друга, стяжные болты.
Недостатком данного стыкового соединения являются громоздкие опорные столики (упоры), габариты которых больше габаритов самих фланцев. Это приводит к повышенному расходу стали с одновременным снижением надежности стыкового соединения. Дело в том, что плотный контакт упертых друг в друга кромок опорных столиков нельзя обеспечить из-за неточностей изготовления и монтажа, вследствие чего усилие на опорные столики передается с большим эксцентриситетом, что создает дополнительное усилие - крутящий момент в элементах стыкового соединения. И чем больше длина упертых друг в друга кромок опорных столиков, тем больше эксцентриситет, а равно и крутящий момент, снижающий надежность стыка.
Целью изобретения является упрощение конструкции фланцевого стыка растянутых элементов и повышение надежности соединения с одновременным снижением расхода материалов.
Указанная цель достигается тем, что каждый фланец имеет отверстие и упор, причем при сборке стыка каждый упор входит в отверстие смежного фланца.
Сущность изобретения заключается в том, что каждый фланец имеет прямоугольное отверстие с закругленными углами, причем продольная ось отверстия и продольная ось упора совмещены с продольной осью фланца, а один из торцов упора и короткая сторона прямоугольного отверстия совмещены друг с другом и с поперечной осью фланца, при этом в собранном виде упор входит в отверстие смежного фланца с зазорами по трем сторонам и плотно к короткой стороне отверстия, совмещенной с поперечной осью фланца, а фланцы соединены друг с другом стяжными болтами, расположенными симметрично относительно осей фланца.
C
H
b
C
C
На фиг.1 приведен внешний вид собранного стыка. На фиг.2 приведен разрез собранного стыка в плоскости оси 5 соединяемых элементов 1. На фиг.3 и 4 показаны готовые к сборке соединяемые элементы, а на фиг.5 - процесс сборки стыка. На фиг.6 представлен общий вид фланца, разрез 1-1 на фиг.3 и 5. На фиг.7 и 8 приведены расчетные схемы стыка, причем на фиг.7 показано разложение в центре стыка 9 внешнего усилия N на два составляющих усилия, а именно: скатное N, действующее вдоль фланца по оси 7, и нормальное N, действующее поперек фланца по оси 6 стыка, а на фиг.8 показано распределение составляющих внешнего усилия на элементы стыка, а именно на стяжные болты - N, на фланец - 0,5N и на упор 0,5N.
Стык состоит из соединяемых элементов 1 со скошенными концами под углом α к оси 5, двух одинаковых фланцев 2, приваренных к скошенным концам соединяемых элементов 1, упоров 3, приваренных к фланцам 2, стяжных болтов 4, скрепляющих фланцы 2 друг с другом.
Оси стыка и его элементов следующие: 5 - ось соединяемых элементов 1; 6 - ось стыка, перпендикулярная фланцам; 7 и 8 - продольная и поперечная оси фланца. Оси 5, 6, 7 и 8 пересекаются в центре 9 стыка.
Фланцевый стык растянутых элементов выполняется следующим образом.
Фланец 2 с упором 3 изготавливается отдельно из стального листа. Заготовка для упора вырезается из фланца, чем одновременно образуется отверстие фланца. Прямоугольное отверстие фланца и упор выполняются с закругленными углами для снижения концентрации напряжений под нагрузкой. Упор 3 крепится к фланцу 2 сваркой. При этом продольные оси отверстия и упора 3 совмещаются с продольной осью 7 фланца 2, а торец упора 3 и короткая сторона отверстия совмещаются с поперечной осью 8 фланца 2 (фиг.6). Отверстия 10 для стяжных болтов 4 просверливаются.
Соединяемый элемент 1 выполняется со скошенным концом под углом α к оси 5. Фланец крепится к скошенному концу соединяемого элемента сваркой.
При сборке стыка (фиг.2, 3, 4 и 5) упоры заводятся в отверстия смежных фланцев с зазорами по трем сторонам, но плотно к кромке четвертой короткой стороной отверстия, совмещенной с поперечной осью 8 фланца. Фланцы 2 скрепляются стяжными болтами 4 так, что фланцы плотно прижимаются друг к другу. Этим обеспечиваются благоприятные условия для работы фланцев на изгиб под воздействием усилий от стяжных болтов, а также обеспечивается герметичность внутренней полости соединяемых элементов, чем исключается коррозия стали соединяемых элементов изнутри.
Стык симметричен относительно центра 9, что обеспечивает взаимозаменяемость соединяемых элементов. Стык универсален, то есть пригоден для всех форм поперечного сечения соединяемых элементов.
Стык работает следующим образом.
H
C
Внешнее усилие N, действующее по оси 5 растянутых элементов 1, раскладывается в центре стыка 9 на два составляющих усилия. Одно из них N направлено по оси 6 стыка, т.е. перпендикулярно фланцам, а второе N - по продольной оси 7 фланцев (фиг.7).
b
Усилие, направленное по оси 6 стыка, воспринимается стяжными болтами 4, число «n» которых определяется расчетом (фиг.1, 6 и 8).
C
Усилие N, действующее по оси 7, то есть вдоль фланцев, наполовину воспринимается непосредственно фланцем 2, а другая половина - упором 3 и от него далее передается на фланец 2 (фиг.8). От фланца 2 усилия передаются на скошенный конец соединяемого элемента 1 через сварные швы.
C
Такое распределение усилия N между упором и фланцем обусловлено тем, что смежные упоры не взаимодействуют друг с другом, а взаимодействуют только с кромками отверстия смежных фланцев. Снижение усилия, действующего на упор 3, обеспечивает следующий технический и экономический эффект:
- уменьшается расход стали на упор, а также объем сварных швов крепления упора к фланцу;
C
- уменьшается длина торца упора, контактирующая с кромкой отверстия фланца, а равно и эксцентриситет приложения усилия 0,5N на упор, что существенно уменьшает крутящий момент на упоре и во фланце;
- особенность взаимодействия упоров с фланцами состоит в том, что крутящие моменты во фланцах имеют разные направления и погашают друг друга внутри фланцев, не переходя на другие элементы стыка. Все это способствует повышению надежности стыка с одновременным снижением расхода материалов.
Таким образом, предлагаемый фланцевый стык растянутых элементов имеет простую конструкцию, экономичен и более надежен.