ФЛАНЦЕВОЕ СОЕДИНЕНИЕ РАСТЯНУТЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ЗАМКНУТОГО ПРОФИЛЯ
FLANGE JOINT OF STRETCHED ELEMENTS OF CLOSED SECTION

Предлагаемое изобретение относится к области строительства, а именно к фланцевым соединениям растянутых элементов замкнутого профиля, и может быть использовано в монтажных стыках поясов решетчатых конструкций.
Известно стыковое соединение растянутых элементов замкнутого профиля, включающее концы стержневых элементов с фланцами, дополнительные ребра и стяжные болты, установленные по периметру замкнутого профиля попарно симметрично относительно ребер (Металлические конструкции. В 3 т. Т.1. Общая часть. (Справочник проектировщика) / Под общ. ред. В.В.Кузнецова. - М.: Изд-во АСВ, 1998. - С.188, рис.3.10, б).
Недостаток соединения состоит в больших габаритах фланца и значительном числе соединительных деталей, что увеличивает расход материала и трудоемкость конструкции.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является монтажное стыковое соединение нижнего (растянутого) пояса ферм из гнутосварных замкнутых профилей, включающее концы стержневых элементов с фланцами, дополнительные ребра, стяжные болты и листовую прокладку между фланцами для прикрепления стержней решетки фермы и связей между фермами (1. Металлические конструкции: Учебник для вузов / Под ред. Ю.И.Кудишина. - М.: Изд. центр «Академия», 2007. - С.295, рис.9.27; 2. Металлические конструкции. В 3 т. Т.1. Элементы конструкций: Учебник для вузов / Под ред. В.В.Горева. - М.: Высшая школа, 2001. - С.462, рис.7.28, в).
Недостаток соединения, как и в предыдущем случае, состоит в материалоемкости и трудоемкости монтажного стыка на фланцах.
Основной задачей, на решение которой направлено фланцевое соединение растянутых элементов замкнутого профиля, является уменьшение массы (расхода) конструкционного материала.
Результат достигается тем, что во фланцевом соединении растянутых элементов замкнутого профиля, включающем концы стержней с фланцами, стяжные болты и листовую прокладку между фланцами, фланцы установлены под углом 30° относительно продольных осей стержневых элементов, а листовую прокладку составляют парные опорные столики, жестко скрепленные с фланцами и в собранном соединении взаимно упертые друг в друга.
Предлагаемое фланцевое соединение имеет достаточно универсальное техническое решение. Так, его можно применить в монтажных стыках решетчатых конструкций из труб круглых, овальных, эллиптических, прямоугольных, квадратных, пятиугольных и других замкнутых сечений. В качестве еще одного примера использования предлагаемого соединения можно привести аналогичные стыки на монтаже элементов конструкций из парных и одиночных уголков, швеллеров, двутавров, тавров, Z-, Н-,
U-, V-, Λ-, Х-, С-, П-образных и других незамкнутых профилей.
Предлагаемое изобретение поясняется графическими материалами, где на фиг.1 показано предлагаемое фланцевое соединение растянутых элементов замкнутого профиля, вид сверху; на фиг.2 - то же, вид сбоку; на фиг.3 - предлагаемое соединение для случая прикрепления элемента решетки, вид сбоку; на фиг.4 - фланцевое соединение растянутых элементов незамкнутого профиля, вид сверху; на фиг.5 - то же, вид сбоку; на фиг.6 - то же, при полном отсутствии стяжных болтов в наружных зонах незамкнутого профиля; на фиг.7 - расчетная схема растянутого элемента замкнутого профиля с фланцем и опорным столиком.
Предлагаемое фланцевое соединение растянутых элементов замкнутого профиля 1 содержит прикрепленные с помощью сварных швов цельнолистовые фланцы 2, установленные под углом 30° относительно продольных осей растянутых элементов. С фланцами 2 посредством сварных швов жестко скреплены опорные столики 3. В выступающих частях 4 фланцев 2 и опорных столиков 3 размещены соосные отверстия 5, в которых после сборки соединения на монтаже установлены стяжные болты 6.
Для прикрепления стержневого элемента решетки 7 в предлагаемом фланцевом соединении опорные столики 3 продолжены за пределы выступающих частей 4 фланцев 2 таким образом, что в них можно разместить дополнительные болты 8, как это сделано в типовом монтажном стыке на фланцах.
В случае использования предлагаемого фланцевого соединения для растянутых элементов незамкнутого профиля 9, соосные отверстия 5 во фланцах 2 и опорных столиках 3, а также стяжные болты 6 могут быть расположены не только за пределами сечения (поперечного или косого) незамкнутого (открытого) профиля, но и в его внутренних зонах. При полном отсутствии стяжных болтов 6 в наружных (внешних) зонах открытого профиля 9 предлагаемое фланцевое соединение более компактно.
В фермах из прямоугольных и квадратных труб (гнутосварных замкнутых профилей - ГСП) углы примыкания раскосов к поясу должны быть не менее 30° для обеспечения плотности участка сварного шва со стороны острого угла (Металлические конструкции: Учебник для вузов / Под ред. Ю.И.Кудишина. - М.: Изд. центр «Академия», 2007. - С.296). Поэтому в предлагаемом фланцевом соединении растянутых элементов замкнутого профиля 1 фланцы 2 и скрепленные с ними опорные столики 3 установлены под углом 30° относительно продольных осей. В таком случае продольная сила F, вызывающая растяжение элемента замкнутого профиля 1, раскладывается на две составляющие: нормальную N=0,5 F, воспринимаемую стяжными болтами 6, и касательную T=0,866 F, передающуюся на опорные столики 3. Уменьшение болтовых усилий в два раза во столько же раз снижает моменты, изгибающие фланцы, а это позволяет применять для них более тонкие листы, сокращая тем самым расход конструкционного материала. Кроме того, на материалоемкость предлагаемого соединения позитивно влияют возможные уменьшение диаметров стяжных болтов 6, снижение их количества или комбинация первого и второго.
Для сравнения предлагаемого (нового) технического решения с известным в качестве базового объекта принято типовое монтажное соединение на фланцах ферм покрытий из гнутосварных замкнутых профилей системы «Молодечно» (Стальные конструкции покрытий производственных зданий пролетами 18, 24, 30 м с применением замкнутых гнутосварных профилей прямоугольного сечения типа «Молодечно». Серия 1.460.3-14. Чертежи КМ. Лист 44). Расход материала сравниваемых вариантов приведен в таблице, из которой видно, что в новом решении он уменьшился в 47,1/26,8=1,76 раза.
Наименование
Размеры, мм
Кол-во, шт.
Масса, кг
Примеч.
1 шт.
всех
стыка
Фланец
300×300×30
2
21,2
42,4
47,1
Известное решение
Ребро
140×110×8
8
0,5*
4,0
Сварные швы (1,5%)
0,7
Фланец
300×250×18
2
10,6
21,2
26,8
Предлагаемое решение
Столик
27×150×8
2
2,6
5,2
Сварные швы (1,5%)
0,4
*Учтена треугольная форма
Кроме того, здесь необходимо учесть расход материала на стяжные болты. В известном и предлагаемом фланцевых соединениях количество стяжных болтов одинаково и составляет 8 шт. Если в первом из них использованы болты М24, то во втором - M18 того же класса прочности. Тогда очевидно, что в новом решении расход материала снижен пропорционально уменьшению площади сечения болта нетто, то есть в 3,52/1,92=1,83 раза.