СВАРНОЙ УЗЕЛ СОПРЯЖЕНИЯ ПЕРЕКРЕСТНЫХ СТЕРЖНЕЙ
WELDED UNIT OF CROSS RODS COUPLING

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано для соединения пространственных конструкций зданий или сооружений, например в перекрестно-стержневых системах или структурных плитах покрытий.
Известен сварной узел сопряжения балок в одном уровне, где для жесткого соединения вводят специальные накладки «рыбки» (при одинаковой высоте балок) или столик (при различной высоте балок). В таком сопряжении возникает не только поперечная сила, но и опорный момент, передающийся через специальные накладки-рыбки или через рыбку и столик (1. Металлические конструкции: Учебник для вузов / Под ред. Ю.И.Кудишина. - М.: Издательский центр «Академия», 2007. - С.227, рис.7.33; 2. Доркин В.В., Рябцева М.П. Металлические конструкции: Учебник. - М.: ИНФРА-М., 2009. - С.139, рис.4.17).
Недостатком такого сварного сопряжения балок является то, что элементы одного направления, будучи разрезными, отличаются от неразрезного элемента другого направления, а это негативно влияет на унификацию конструкций.
В сварном узле сопряжения перекрестных стержней из круглых труб элементы обоих направлений являются неразрезными. Поэтому в стержне большего диаметра для пропуска стержня меньшего диаметра выполнено сквозное отверстие (Рекомендации по проектированию стальных конструкций с применением круглых труб. - М.: ЦНИИСК им.Кучеренко, 1974. - С.46, рис.11,е).
Недостатком этого сварного узла является сложность сопряжения «цилиндрического» соединения трубчатых элементов различного диаметра. При одинаковом диаметре трубчатых элементов использование узла со сквозным отверстием не представляется возможным.
Известен еще один сварной узел сопряжения стержней из прямоугольных труб, представляемый как бесфасоночный Х-образный узел ферм из гнутосварных профилей, где к неразрезному поясу примыкают разрезные элементы решетки (Пособие по проектированию стальных конструкций (к СНиП II-23-81* «Стальные конструкции») / ЦНИИСК им. Кучеренко. - М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1989. - С.65, рис.25,г).
Несущая способность приведенного узла ограничена тонкостенностью гнутосварных профилей, что при действии значительных усилий приводит к продавливанию (выдергиванию) участка стенки пояса, контактирующей с элементом решетки. Кроме того, разрезные стержни одного направления отличаются от неразрезного стержня другого направления, что снижает степень унификации конструкций.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является сварной узел сопряжения перекрестных стержней из квадратных труб. Неразрезные стержни обоих направлений имеют одинаковое сечение, и для взаимного пропуска сквозь друг друга снабжены идентичными вырезами в стенках профилей (Трущев А.Г. Пространственные металлические конструкции: Учебник для вузов. - М.: Стройиздат, 1983. - С.150, рис.XII. 21,в).
Недостатком прототипа является то, что вырезы в стенках гнутосварных профилей ограничивают несущую способность сварного узла сопряжения и не обеспечивают его равнопрочность с перекрестными стержнями.
Основной задачей, на решение которой направлен сварной узел сопряжения перекрестных стержней, является увеличение несущей способности узлового соединения и обеспечение его равнопрочности со стержневыми элементами.
Указанный технический результат достигается тем, что в сварном узле сопряжения перекрестных стержней, преимущественно из прямоугольных (квадратных) труб, неразрезных в обоих направлениях, с одинаковым сечением и идентичными вырезами в стенках для взаимного пропуска сквозь друг друга, вырезы компенсированы в собранном узле парой накладок ромбического типа, расположенных между собой крест-накрест, при этом срезанные и продольные кромки накладок обваривают угловыми швами, которые не доводят до стыковых швов перекрестных стержней, как минимум, на 10 мм.
Предлагаемый сварной узел сопряжения перекрестных стержней имеет достаточно универсальное решение. Как и прототип, его можно использовать в соединениях стержневых элементов решетки. При этом накладки ромбического типа обеспечивают необходимую и достаточную несущую способность узла, что позволяет применять его в соединениях элементов со значительными усилиями (опорных раскосах, опорных стойках решетки). В качестве примера можно привести известное техническое решение, в котором перекрестные фермы монтируют при помощи опорных столиков, размещенных в узлах сопряжения раскосных стержней крестообразной решетки (Беспалов С.М., Долгинов Е.С., Фукс О.М. Пространственная несущая конструкция покрытий зданий и сооружений. - Авторское свидетельство №608897, 30.05.1978, Бюллетень №20).
Наиболее рациональная и эффективная область применения предлагаемого технического решения может включать узлы пересечения поясных элементов пространственно-стержневых конструкций, где в ответ на внешние нагрузки и воздействия появляются максимальные продольные усилия. Для восприятия этих усилий стенки элементов с вырезами усилены установкой накладок толщиной не менее одной и, как правило, не более двух толщин стенки поясной трубы (Рекомендации по проектированию стальных конструкций с применением круглых труб. - М.: ЦНИИСК им. Кучеренко, 1974. - С.46-47). Распределение силового потока со стенки на накладку будет более равномерным, если накладку выполнить ромбического типа со срезанными под 35…45° углами (Металлические конструкции. В 3 т. Т. 1. Элементы конструкций: Учебник для вузов / Под ред. В.В.Горева. - М.: Высшая школа, 2001. - С.168-169). При этом накладки ромбического типа являются средством усиления не только стенок с вырезами, но и стыковых швов между кромками вырезов стержневого элемента одного направления и ребрами элемента другого направления. Здесь уместно отметить, что экспериментальные исследования, проведенные в проектно-строительной компании «МК-Строй» (г.Пятигорск), подтвердили необходимую и достаточную несущую способность сварного узла сопряжения, а также его равнопрочность с перекрестными стержнями, преимущественно из прямоугольных (квадратных) труб.
Предлагаемое изобретение поясняется графическими материалами, где на фиг.1 показан предлагаемый сварной узел сопряжения перекрестных стержней, вид сверху; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 - разрез Б-Б на фиг.1; на фиг.4 - узел сопряжения в разобранном виде, аксонометрия; на фиг.5 - снимок одного из опытных образцов сварного узла сопряжения перекрестных стержней из квадратной трубы сечением 80×80×3 мм до его испытания на разрыв.
Предлагаемый сварной узел сопряжения перекрестных стержней 1, преимущественно из прямоугольных (квадратных) труб одинакового сечения, содержит идентичные вырезы 2 в стенках труб. При сборке или на монтаже перекрестные стержни 1 посредством вырезов 2 взаимно пропускают сквозь друг друга, центрируют и обваривают угловыми швами 3, катет которых не должен превышать 1,2 толщины сечения. Затем заваривают стыковые швы 4 между кромками вырезов 2 перекрестного стержня 1 одного направления и ребрами такого же стержня 1 другого направления. Толщина стыковых швов 4 не должна превышать толщину сечения стержней 1. Далее вырезы 2 и стыковые швы 4 перекрывают парой накладок ромбического типа 5, расположенных между собой крест-накрест. Срезанные и продольные кромки накладок 5 обваривают угловыми швами, аналогичными швам 3, которые не доводят до стыковых швов 4, как минимум, на 10 мм.
Для сравнения предлагаемого (нового) технического решения с известным в качестве базового объекта принят сварной узел сопряжения перекрестных стержней из квадратных труб. С целью экспериментального определения несущей способности были изготовлены одинаковые опытные образцы сварных узлов без накладок (известное решение) и с накладками (предлагаемое решение) применительно к квадратной трубе (замкнутому гнутосварному профилю - ГСП) сечением 80×80×3 мм. Результаты испытаний показали, что прочность на разрыв у образцов нового технического решения оказалась в 1,2…1,4 раза выше, чем у аналогичных образцов известного узлового соединения, и практически совпала с несущей способностью стержневых элементов.