СТЫКОВОЕ СОЕДИНЕНИЕ РАСТЯНУТЫХ СТЕРЖНЕЙ
BUTT JOINT OF STRETCHED RODS

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано в решетчатых конструкциях зданий и сооружений, например для монтажных стыков поясных стержней ферм покрытий.
Известно стыковое соединение растянутых гнутосварных стержней (принятое в качестве аналога), включающее осевые продольные прорези в стенках на торцах стержней, окантованные гнутыми фланцами с образованием полостей, в которых установлен пластинчатый вкладыш. Фланцы жестко прикреплены к торцам стержней и по примеру двухсторонних накладок соединены с вкладышем стяжными болтами [Еремин К.И. Стыковое соединение растянутых гнутосварных стержней. - Авторское свидетельство №1834957, 15.08.1993, бюл. №30].
Недостаток этого технического решения заключается в материалоемкости соединительных элементов, состоящих из парных фланцев и вкладыша между ними. Кроме того, фасонный профиль гнутых фланцев требует соблюдать соответствующую точность при изготовлении и сборочно-сварочных работах, что сопровождается ростом трудозатрат и стоимости.
Наиболее близкое техническое решение (принятое за прототип) 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.].
Недостатком прототипа является материалоемкость соединительных элементов, включающих двухсторонние накладки. Кроме того, использование двойных комплектов болтовых креплений в аналоге и прототипе также увеличивает материалоемкость, а их установка приводит к дополнительным трудозатратам.
Техническим результатом предлагаемого решения является сокращение расхода конструкционного материала и дополнительных трудозатрат.
Указанный технический результат достигается тем, что в стыковом соединении растянутых стержней, включающем жестко прикрепленные к стержням торцевые заглушки и врезные фасонки, соединенные между собой стяжными болтами внахлестку, каждая из фасонок осевой продольной прорезью разделена на участки с болтовыми отверстиями, симметрично отогнутые в противоположные стороны на толщину фасонок.
Предлагаемое стыковое соединение растянутых стержней имеет достаточно универсальное техническое решение для применения в монтажных стыках конструкций из профильных труб 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 фасонки, перестав быть врезными, дополнительно выполняют функции соединительных прокладок между парными элементами.
В стыковом соединении растянутых 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 двойных нахлесток определяется 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.
В область рационального применения стыкового соединения растянутых стержней по предлагаемому решению могут войти такие сложные и ответственные системы несущих конструкций, как двухпоясные оболочки двоякой кривизны с регулярными треугольными ячейками, основой формообразования которых служат перекрестные фермы трех направлений с параллельными поясами. Для их соединения предусмотрены узлы, имеющие форму шестилучевых звездочек с болтовыми креплениями врезных фасонок через двухсторонние накладки [Мосягин Д.Л., Ружанский И.Л., Гладштейн Л.И. Разработка соединительного узла металлических конструкций сетчатых пространственных конструкций крупных инженерных сооружений. - Промышленное и гражданское строительство, 2010, №5. - С. 32-35]. Если в принятых узлах для монтажа несущих конструкций в наиболее оптимальном режиме двухсторонние накладки с двойными комплектами болтовых креплений частично заменить нахлесточными соединениями соответственно с одиночными комплектами болтовых креплений, по предлагаемому решению, то вполне очевидно, что положительный эффект может оказаться более весомым.
Предлагаемое техническое решение поясняется графическими материалами, где на фиг. 1 показан вид сверху стыкового соединения растянутых стержней; на фиг. 2 - вид сбоку стыкового соединения растянутых стержней; на фиг. 3 приведен вид сверху стыкового соединения растянутых стержней до стыкования; на фиг. 4 - вид сбоку стыкового соединения растянутых стержней до стыкования; на фиг. 5 представлен вид сверху стыкового соединения растянутых стержней применительно к узлу перекрестных ферм трех направлений до стыкования (риски болтовых креплений условно не показаны).
Предлагаемое стыковое соединение растянутых стержней включает жестко прикрепленные к стержням врезные фасонки 1, соединенные между собой стяжными болтами внахлестку, а также торцевые заглушки 2. Каждая из фасонок 1 осевой продольной прорезью разделена на участки с болтовыми отверстиями, симметрично отогнутые в противоположные стороны на толщину фасонок.
Предлагаемое решение стыкового соединения растянутых стержней отличается от прототипа отсутствием двухсторонних накладок, что сокращает расход конструкционного материала и трудоемкость изготовления. Кроме того, в предлагаемом стыковом соединении использованы одиночные комплекты болтовых креплений вместо двойных комплектов, необходимых для прототипа, из-за чего дополнительные трудозатраты снижаются.
Количественно оценить сокращение конструкционного материала можно на примере прототипа в виде стыкового соединения нижнего (растянутого) пояса стропильной фермы ФС-24-IV системы «Трасскон», где масса врезных фасонок толщиной t=20 мм составляет 37 кг, а масса двух накладок Д6 (t=16 мм) - 1,5×2=3,0 кг. Тогда за счет отсутствия накладок в предлагаемом решении стыкового соединения расход конструкционного материала может сократиться в 40/37=1,08 раза (или на 8%). Здесь очевидно, что с учетом массы болтовых креплений сокращение расхода конструкционного материала будет более существенным.
Практический интерес представляет сравнение предлагаемого решения стыкового соединения растянутых стержней с болтовыми стыками на фланцах, принятыми в качестве типовых узлов для применения в несущих конструкциях покрытий зданий и сооружений. Такое сравнение достаточно корректно на примере монтажного стыка нижнего (растянутого) пояса стропильной фермы ФС-24-3,7 системы «Молодечно» [Стальные конструкции покрытий производственных зданий из замкнутых гнутосварных профилей прямоугольного сечения пролетом 18, 24 и 30 м с уклоном кровли 10%: типовой проект: серия 1.460.3-23.98. Выпуск I / разраб. ОАО ПИ Ленпроектстальконструкция. - Госстрой РФ, 2000. - 78 с.]. Основным результатом сравнения, представленным в таблице, стало сокращение расхода конструкционного материала на 3,4%.
В приведенном сравнении положительный эффект от использования предлагаемого соединения складывается не только из экономии материала монтажного стыка. Новое решение при прочих равных условиях, включая 8 болтов М24 класса прочности 10.9, позволяет отказаться от фланцев, для изготовления которых необходима дорогостоящая сталь электрошлакового переплава, обеспечивающего ее надежность против расслоения поперек проката. Еще одним слагаемым положительного эффекта является переход от повышенной точности изготовления фланцевых стыков к нормальной и грубой точности нахлесточных соединений с компенсационными возможностями за счет разницы диаметров болтов и отверстий.
Таким образом, представляется, что стыковое соединение растянутых стержней по предлагаемому решению достаточно перспективно для применения в несущих конструкциях зданий и сооружений с повышением их технико-экономических характеристик.