НАКЛАДКА ДЛЯ РЕМОНТА БАЛКИ МЕТАЛЛОКОНСТРУКЦИИ

Полезная модель относится к области ремонта и восстановления работоспособности металлоконструкций, конкретнее, подкрановых балок различного, преимущественно, коробчатого сечения, для усиления участка балки ослабленного дефектами (сварочными швами, трещинами, вмятинами и.т.д.).
Из области техники известны различные элементы для усиления поврежденных участков подкрановых балок, испытывающих большие нагрузки, а также способы их крепления.
≅α≅
≅
≅
≅
•
≅
≅
≅
≅
б
ст
m
тр
ст
ст
тр
б
м
б
м
Известен элемент для ремонта балки металлоконструкции в виде усиливающей накладки, размещаемой на стенке балки и перекрывающей трещиноподобные дефекты на ней, при этом усиливающая накладка выполнена в виде секториальной пластины эллипсовидной формы с углом сектора, равным 180°270° и с большей полуосью, определяемой по формуле 350-500R(2/3-3/4)H, и малой полуосью, определяемой по формуле 250-300R=(l+20)+(120-150)Н/2, где Н - высота стенки балки, мм; l - максимальная длина трещины, мм, при этом пластина размещена на стенке, балки с совмещением вершины угла сектора с началом трещины и его биссектрисы с малой полуосью пластины. Секториальная пластина может быть выполнена с вырезом эллипсовидной формы, центр которого совпадает с вершиной угла секториальной пластины, при этом большая и малая полуоси определяются из соотношений 85r 100 мм, 50τ 75 мм, где r - большая полуось, мм; τ - малая полуось, мм.
5
Также секториальная пластина может быть выполнена с вырезом в виде кругового сектора с радиусом 50-75 мм и центром, совпадающим с вершиной угла секториальной пластины. (Патент РФ №2009825 на изобретение «Элемент для ремонта балки металлоконструкций», МПК В23Р 6/04, опубл. 30.03.1994, БИ №9)
Вышеуказанная накладка в виде секториальной пластины универсальна и может применяться при ремонте стенок балок различного сечения, однако увеличение момента инерции поперечного сечения балки за счет малой толщины пластины невелико, что не обеспечивает достаточного усиления, например, нижнего пояса балки.
К тому же использование элемента не исключает применения трудоемкого потолочного сварного шва, а любой сварной шов, расположенный поперек продольной оси балки в любом случае создает дополнительные концентраторы напряжений.
В известном способе устранения разрушения нижнего пояса главной балки описана установленная в качестве усиления накладка в виде листа толщиной 12 мм с ромбическими закругленными кромками. Ширина листа превышает ширину нижнего пояса на 20 мм с целью уменьшения потолочных швов. Ромбические швы приваривали к поясу балки (при этом указано, что опасного пережога в данном случае не производилось), а сварные швы не доводились до кромки листа усиления с тем, чтобы на кромках пояса не образовалось концентратора напряжений в виде окончания сварного шва. Для лучшей совместной работы нижнего пояса с усиливающим листом, выполняли дополнительное соединение их с помощью четырех электрозаклепок диаметром 40 мм. (Соколов Л.И. Ремонт металлоконструкций металлургических кранов. (М) Металлургия. 1982 г. 88 стр. стр. 17-18).
Применение в качестве усиления данной накладки не исключает выполнение потолочных сварных швов, так или иначе пересекающих нижний пояс. Такие работы требуют индивидуального подхода к проведению специальных сварочных работ, как, например, сварка в среде углекислого или инертных газов, трудозатрат высококвалифицированных сварщиков и.т.п. При этом сечение балки существенно не меняется, следовательно, не изменяется момент сопротивления сечения.
Из уровня техники известно, что для клепаных подкрановых балок отсутствие остаточных сварочных напряжений, меньшая концентрация местных напряжений, податливость заклепочных соединений облегчают условия работы клепаных балок и делают их более долговечными (см., например, А.И. Кикин, А.А. Васильев и др. Повышение долговечности металлических конструкций промышленных зданий 2-е изд., перераб. и доп., (М) Стройиздат, 1984 г. 301 с., стр. 131). Данные преимущества, скорее всего, обусловили использование электрозаклепок для дополнительного соединения, но из каких соображений выбрано количество, расположение и диаметр электрозаклепок - не указано.
3
Наиболее близкой к заявляемой, и выбранной в качестве прототипа является накладка коробчатого сечения, описанная в изобретении «Стык сварных балок коробчатого сечения», в котором стык выполнен с помощью сварной диафрагмы, при этом диафрагма установлена перпендикулярно балке и приварена к обеим ее частям по периметру сечения, а для компенсации растягивающих напряжений в нижнем поясе к обеим частям последнего приварена накладка коробчатого сечения. (Авт. свид-во СССР №135194 на изобретение «Стык сварных балок коробчатого сечения», МПК класс 37b, БИ №2, 1961 г.)
Накладка коробчатого сечения существенно увеличивает момент инерции сечения и направлена на компенсацию растягивающих напряжений в нижнем поясе балке, однако для крепления накладки к нижнему поясу балки предусматриваются угловые сварные соединения, ориентированные поперек продольной оси нижнего пояса балки, что приводит в процессе ремонта к появлению сварочных концентраторов напряжений и дефектов (конструктивных подрезов, непроваров), расположенных поперек линии действия растягивающих усилий в нижнем поясе балки. А это, впоследствии, отрицательно сказывается на работоспособности и долговечности отремонтированной конструкции. К тому же в конструкции накладки не оговариваются ее размеры, учитывающие необходимое увеличение усилия.
Задачей заявляемой полезной модели является расширение арсенала технических средств для усиления ослабленных дефектами несущих металлоконструкций после ремонта путем создания универсальной, легко монтируемой накладки.
Поставленная задача решается с помощью накладки для ремонта балки металлоконструкций коробчатого прямоугольного сечения, состоящей из нижнего гнутого листа трапецеидальной формы, соответствующей широкой стороной трапеции профилю нижнего пояса балки, отличающаяся тем, что по вертикальному профилю нижнего гнутого листа приварены две вертикальные косынки на расстоянии между ними, равном ширине нижнего пояса балки, а края нижнего гнутого листа отогнуты в виде горизонтальных крепежных площадок с отверстиями под электрозаклепки.
Техническим результатом, получаемым при этом, является увеличение прочности и долговечности усиливаемой конструкции за счет исключения поперечных потолочных сварных швов и упрощение монтажа с использованием электрозаклепок.
Описание чертежей.
На фиг. 1 изображен внешний вид предлагаемой накладки в аксонометрии. На фиг. 2 и 3 - расположение ее на ремонтируемом участке балки (вид сбоку и разрез вида сбоку соответственно). На фиг. 4 - вид снизу накладки, установленной на ремонтируемом участке балки.
Накладка состоит из нижнего гнутого листа 1, изогнутого в виде трапеции с отогнутыми краями, которые образуют находящиеся в одной плоскости две площадки 2 для крепления накладки к нижнему поясу ремонтируемой балки 3. В площадках в шахматном порядке расположены подготовленные отверстия 4 под электрозаклепки. К нижнему гнутому листу по контуру прилегания, на расстоянии, равном ширине нижнего пояса балки приварены две вертикальные косынки 5, трапецеидальная форма которых соответствует боковому профилю нижнего гнутого листа 1.
Геометрические размеры конструкции накладки должны соответствовать следующим требованиям:
- ширина b гнутого листа накладки 1 должна быть шире нижнего пояса ремонтируемой балки и рассчитываться по формуле 1:
п
где b - ширина нижнего пояса балки;
S - толщина нижнего пояса балки.
Толщина гнутого листа 1 должна быть не меньше толщины S нижнего пояса балки.
1
Толщина S косынки 4 должна быть не меньше толщины листов вертикального пояса ремонтируемой балки.
Общая длина L накладки выбирается в зависимости от длины ремонтируемого участка балки и рассчитывается по формуле 2:
Д
где l - длина дефектного участка ремонтируемой балки;
h - высота накладки;
3
l - длина участка под электрозаклепки;
Высота накладки h определяется из расчета того, чтобы момент сопротивления сечения балки увеличился в 1,4…1,6 раза по сравнению с моментом сопротивления сечения балки до прикрепления накладки.
Такая величина высоты накладки определена известным конструктивным коэффициентом безопасности для сварных конструкций.
Диаметр отверстий под электрозаклепки выбирают в соответствии с известными нормативными документами, регулирующими размеры отверстий для точечных сварных соединений, например, действующий ГОСТ 14776-79.
Длину 13 площадки 2 под электрозаклепки рассчитывают по формуле 4:
где P - растягивающая сила в нижнем поясе балки;
ср
τ - допускаемое напряжение для сварного шва на срез;
K - катет шва, который, как правило, принимается равным толщине нижнего пояса ремонтируемой балки S.
1
Расстояние b между косынками 5 принимается равным расстоянию между листами вертикального пояса ремонтируемой балки. Указанные условия позволяют рассчитать необходимые размеры накладки в зависимости от размеров дефектного участка ремонтируемой балки, что расширяет диапазон применения накладки.
Монтаж накладки осуществляется следующим образом:
Выполняют два продольных сварных шва 6, соединяющих косынки 5 с нижним поясом ремонтируемой балки 3, таким образом, чтобы косынки являлись продолжением вертикального пояса ремонтируемой балки. После этого производят прижатие площадок 2 к нижнему поясу ремонтируемой балки 3, осуществляют установку электрозаклепок через подготовленные отверстия 4, затем выполняют продольные сварные швы 7, дополнительно соединяющие площадки с нижним поясом ремонтируемой балки.
Форма усиливающей накладки и порядок выполнения операций крепления позволяют создать конструкцию, обеспечивающую:
- снижение уровня номинальных напряжений в дефектной или отремонтированной зоне,
- минимум концентрации сварочных напряжений, деформаций и дефектов в нижнем растянутом поясе пролетной балки,
- повышение эксплуатационной прочности балок при их ремонте за счет увеличения момента инерции.
Изготовление и монтаж накладки просты и нетрудоемки и позволяют исключить специальные методы сварки и применение «потолочных» сварных швов.
Накладки использованы при ремонте пролетных балок вспомогательного моста мостового крана печного пролета в электросталеплавильном цехе Орско-Халиловского металлургического комбината «Уральская сталь», а также траверсы перемещения загрузочного стола.