СТЫКОВОЕ СОЕДИНЕНИЕ ТРУБЧАТЫХ СТЕРЖНЕЙ
BUTT JOINT OF TUBULAR RODS

Предлагаемое изобретение относится к области строительства и может быть использовано при изготовлении стержневых конструкций из труб.
Известно стыковое соединение трубчатых стержней, включающее фланцы, ребра, торцевые заглушки и стяжные болты. Фланцы установлены по отношению к торцам трубчатых стержней с зазором, а ребра оформлены в виде врезного креста [Кузнецов И.Л., Аксанов А.В. Стыковое соединение трубчатых стержней. - Патент №2272109, 20.032006, бюл. №8].
Недостаток этого технического решения заключается в тех ограничениях, которые наложены на фланцевые соединения: растягивающие усилия - не более 2000 кН, диаметр труб - до 400 мм, разница диаметров - не более 50 мм [Металлические конструкции. В 3 т. Т. 3. Специальные конструкции и сооружения: Учебник для вузов / Под ред. В.В. Горева. - М.: Высшая школа, 2002. - С. 98].
Еще одно известное решение представляет собой стыковое соединение нижних (растянутых) поясов стропильных и подстропильных ферм из гнутосварных профилей прямоугольного сечения, состоящее из врезных фасонок, торцевых заглушек и двухсторонних накладок. Фасонки размещены в осевых продольных прорезях в стенках, жестко прикреплены к торцам стержней и заглушкам, а также соединены между собой при помощи накладок и стяжных болтов [Ферменные конструкции системы Трасскон™ / Обнинск: ООО «Руукки Рус», 2009. - 88 с.]. Врезные фасонки воспринимают усилия от поясов ферм и раскосов, значения которых могут достигать 3000 кН [Мосягин Д.Л., Ружанский И.Л., Гладштейн Л.И. Разработка соединительного узла металлических конструкций сетчатых пространственных покрытий крупных инженерных сооружений. - Промышленное и гражданское строительство, 2010, №5. - С. 32-35].
Недостатком известного решения является материалоемкость двойных комплектов болтовых креплений и соединительных элементов, включающих двухсторонние накладки. Кроме того, жесткость соединительных элементов в силовой плоскости значительно превышает жесткость из плоскости.
Наиболее близкое техническое решение (принятое за прототип) представляет собой монтажное (стыковое) соединение стержневых элементов из труб через врезной крест с помощью уголковых накладок на высокопрочных болтах [Металлические конструкции. В 3 т. Т. 3. Специальные конструкции и сооружения: Учебник для вузов / Под ред. В.В. Горева. - М.: Высшая школа, 2002. - С. 98, рис. 6.9, в].
Использование для прототипа двойных комплектов болтовых креплений и соединительных элементов с размещением в них соответствующего количества отверстий сопровождается ростом материалоемкости стыкового соединения и дополнительных трудозатрат.
Техническим результатом предлагаемого решения является сокращение расхода конструкционного материала и дополнительных трудозатрат.
Указанный технический результат достигается тем, что в стыковом соединении трубчатых стержней, включающем жестко прикрепленные к стержням торцевые заглушки и врезные кресты, соединенные между собой болтами внахлестку, каждый из сболченных лучей врезных крестов симметрично отогнут в противоположные стороны на толщину лучей.
Предлагаемое стыковое соединение трубчатых стержней имеет достаточно универсальное техническое решение для применения в монтажных стыках стержневых конструкций из трубчатых элементов различных сечений (квадратных, прямоугольных, ромбических, треугольных, пятиугольных, круглых, овальных, плоскоовальных, чечевидных). С не меньшей эффективностью его можно использовать в конструкциях из открытых (незамкнутых) профилей, например парных уголков или парных швеллеров, где кресты, перестав быть врезными, дополнительно выполняют функции соединительных прокладок между парными элементами.
В стыковом соединении трубчатых стержней по предлагаемому решению нет эксцентриситетов, свойственных известным соединениям внахлестку и создающих в них дополнительные моменты. Действие таких моментов характерно проявляется в нахлесточных соединениях гибких (тонких) элементов листовых конструкций с лобовыми швами. Здесь для снижения концентрации напряжений минимальную нахлестку рекомендуется принимать длиной не менее пяти толщин свариваемых элементов [Муханов К.К. Металлические конструкции: Учебник для вузов. - М.: Стройиздат, 1978. - С. 135-136, рис. IV. 18]. В предлагаемом стыковом соединении длина нахлесток определяется минимально необходимым количеством и диаметром болтов, а их симметричное расположение сохраняет центрирование стыкового соединения без двухсторонних накладок и без двойных комплектов болтовых креплений, что расширяет возможности для реализации нового технического решения.
Предлагаемое техническое решение поясняется графическими материалами, где на фиг. 1 представлен вид сверху или вид сбоку стыкового соединения трубчатых стержней после стыкования; на фиг. 2 - вид сверху или вид сбоку стыкового соединения трубчатых стержней до стыкования; на фиг. 3 приведена аксонометрия сборки стыкового соединения трубчатых стержней (элементы торцевых заглушек условно не показаны).
Предлагаемое стыковое соединение трубчатых стержней включает жестко прикрепленные к стержням 1 врезные кресты 2, соединенные между собой болтами внахлестку, а также торцевые заглушки 3. Каждый из врезных крестов 2 имеет по четыре луча, которые симметрично отогнуты в противоположные стороны на толщину лучей. Эти лучи изготовлены из одинаковых листовых заготовок, участки которых с отверстиями под болты отогнуты на толщину лучей. Четыре гнутые заготовки в процессе сборочно-сварочных операций с использованием четырех уголковых коротышей компонуют в цельную крестообразную фасонку так, чтобы все четыре участка с отверстиями под болты были отогнуты в одном и том же направлении (по ходу часовой стрелки или против хода часовой стрелки). Такие фасонки после размещения в прорезях трубчатых стержней, по аналогии с прототипом, можно принимать в качестве врезных крестов. Однако предлагаемое решение стыкового соединения трубчатых стержней отличается от прототипа отсутствием двухсторонних накладок из равнополочных уголков, что сокращает расход конструкционного материала и дополнительные трудозатраты.
Количественно оценить сокращение конструкционного материала можно на примере прототипа в виде стыкового соединения стержней из труб диаметром 426 мм и толщиной 10 мм с несущей способностью на растяжение не менее 3000 кН. Для такого усилия при наличии двух плоскостей трения на одной условной полунакладке необходимо разместить 8 высокопрочных болтов М36 из стали марки 40Х «селект» по примеру 4.8 [Металлические конструкции. В 3 т. Т. 1. Элементы конструкций: Учебник для вузов / Под ред. В.В. Горева. - М.: Высшая школа, 2004. - С. 189-190]. В данном случае для стыкования врезных крестов при помощи четырех уголковых накладок необходимо 8×2=16 болтовых креплений. По предлагаемому (новому) решению для нахлесточного стыкования при наличии одной плоскости трения также необходимо разместить 16 высокопрочных болтов М36 из стали марки 40Х «селект». Основным результатом сравнения, представленным в табличной форме, стало сокращение расхода конструкционного материала на 2,8%.
В приведенном сравнении положительный эффект от использования предлагаемого соединения складывается не только из экономии материала монтажного стыка. Новое решение при прочих равных условиях позволяет отказаться от накладок из равнополочных уголков со снятыми фасками, что уменьшает дополнительные трудозатраты.
Таким образом, представляется, что стыковое соединение трубчатых стержней по предлагаемому решению достаточно перспективно для применения в несущих конструкциях зданий и сооружений с повышением их технико-экономических характеристик.