Узел соединения элементов из круглых труб
CONNECTION UNIT FOR ROUND PIPE ELEMENTS

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано при конструировании узлов соединения элементов из круглых труб. Такие конструкции в последнее время начали довольно широко использоваться в строительной практике, так как обладают уменьшенным, по сравнению с прокатным профилем, весом.
Известно узловое сопряжение стержней трубчатых ферм со сплющиванием концов элементов. [Учебник «Металлические конструкции» для студ. учреждений высш. проф. образования / [Ю.И. Кудишини др.]; под ред. Ю.И. Кудишина. - 12-е изд., стер. - М.: Издательский центр «Академия», 2010. Стр. 292, рис. 9.24 б)].
При этом трубчатые элементы могут соединяться между собой под разными углами сварным швом вдоль плоскости сплющивания. Недостатком такого решения является большая гибкость сплющенного элемента в месте соединения с другим элементом в плоскости, перпендикулярной плоскости сплющивания, и вследствие этого возможна местная потеря устойчивости стержня из круглой трубы.
Похожий узел описан в книге Орлова П.И. «Основы конструирования». Справочно-методическое пособие в 3-х книгах. Кн. 2. Изд. 2-е, перераб. и доп. М., «Машиностроение», 1997. Стр. 190, рис. 197, вид 26. Здесь описана ферма из круглых труб, состоящая из поясов (далее основные элементы) и раскосной решетки в которой элементы раскосной решетки (далее примыкающие элементы) имеют сплющенные концы, которые привариваются к поясам, выполненным из недеформированной трубы вдоль нее.
Это техническое решение принято в качестве прототипа как наиболее близкое как по сущности, так и по составу элементов.
Недостатком такого решения является то, что жесткость соединения повышается только в плоскости расплющивания элемента, а из плоскости расплющивания жесткость наоборот уменьшается. Кроме того, как и в первом случае, так и здесь, вследствие локального приложения нагрузки к тонкостенному элементу, возможна местная деформация, которая приведет к непредвиденному перераспределению передаваемых на узел усилий.
Технический результат заключается в увеличении жесткости соединения в поперечном направлении, что исключит возможность потери устойчивости из плоскости конструкции и обеспечит ее надежность и долговечность.
Технический результат достигается тем, что в известном узеле соединения элементов из круглых труб, состоящем из основного элемента -пояса и приваренного к нему примыкающего элемента со сплющенным концом, особенность заключается в том, что соединение элементов в зоне их стыковки дополнительно усилено плоскими ребрами жесткости, расположенными перпендикулярно плоскости сплющенной части примыкающего элемента, приваренными по контуру элементов с полным прилеганием с двух сторон к примыкающему элементу от начала ее сплющенной части и поясу, при этом толщина ребра жесткости и катеты сварных швов назначаются по расчету в зависимости от величины передаваемых усилий, ширина каждого ребера жесткости равна радиусу пояса.
Ребра жесткости, ориентированны поперек сечения. При этом форма грани, прикрепляемая к примыкающему элементу в зоне сплющивания, повторяет ее профиль, а форма грани примыкающей к основному элементу, имеет круглую форму, диаметр которой соответствует диаметру основного элемента. Из приведенных ниже расчетов видно, что в этом случае никакой потери устойчивости быть не может. Кроме того эти дополнительные ребра жесткости укрепляют достаточно тонкую стенку пояса от повышенных деформаций.
Предлагаемое конструктивное решение поясняется чертежами.
На фиг. 1. показан узел соединения круглых труб в разрезе.
Здесь: 1 - пояс, 2 - примыкающий элемент, 3 - ребро жесткости.
На фиг. 2 показан вид сбоку, вид по стрелке А.
Здесь: 1 - пояс, 2 - примыкающий элемент, 3 - ребро жесткости.
На фиг. 3 показан разрез на уровне плоской части сплющенного примыкающего элемента. Сечение 1 -1.
Здесь: 2 - примыкающий элемент, 3 - ребро жесткости.
Форма ребра жесткости выбирается в соответствии с формой и размерами основного элемента - пояса - 1 и примыкающего элемента - 2. Длина ребра жесткости -3 должна быть равна расстоянию от начала сплющивания примыкающего элемента - 2 до поверхности пояса -1, а ширина - половине диаметра пояса -1. Толщина ребра жесткости - 3 и катеты сварных швов назначаются по расчету в зависимости от передаваемых усилий.
Далее приведен примерный расчет соединения труб диаметром 273 мм, толщиной 7 мм.
Ширина сплющенного участка
Момент инерции относительно оси у
Радиус инерции
Момент инерции относительно оси х
Радиус инерции
При расчетной длине сплющенного участка примыкающего элемента порядка 10 см его гибкость относительно оси у составит 10/0.16=62.5, а относительно оси х 50/39.9=1.25. Что свидетельствует о том, что потеря устойчивости исключается.
Использование предложенного изобретения за счет повышения устойчивости сплющенного конца примыкающего элемента и локальной зоны основного элемента - пояса в зоне стыковки при помощи ребер жесткости, позволяет повысить надежность и долговечность строительной конструкции.