Узел соединения балок
CONNECTION UNIT OF THE BEAMS

Изобретение относится к судостроению и может быть использовано в наборах корпусов судов.
Известны различные конструкции стыковых узлов рам, содержащие балки, соединенные под прямым углом с использованием общей накладки (см. http://stroy-technics.ru/article/elementy-i-soedineniya-metallicheskikh-konstruktsii-mostovykh-kranov, рис. 8.39).
В качестве ближайшего аналога принят узел соединения балок, содержащий балки, соединенные под прямым углом с использованием общей накладки (см. Барабанов Н.В. и др. Повреждения судовых конструкций. - Л.: Судостроение, 1977, стр. 568).
Недостатком известных узлов является ограниченное количество соединяемых в одном узле балок (не более двух). Это обусловлено следующими факторами.
При скученности в одном узле нескольких сварных швов наряду с неблагоприятной структурой материала в зоне шва возникает повышенная концентрация напряжений и высокие сварочные напряжения, что при свойственном судовым конструкциям циклическом нагружении приводит к быстрому развитию усталостных повреждений.
С точки зрения технологичности при соединении в одном узле более чем двух пересекающихся балок и особенно под острыми углами возникают трудности с обеспечением провара в сварном шве.
В связи с этими причинами правила Российского морского регистра судоходства ограничивают минимальное расстояние между любыми параллельными швами, что исключает наложение полей сварочных напряжений отдельных швов, т.е. не допускается приварка на малом расстоянии друг от друга и, тем более, в одном месте с одной стороны неразрезной стенки двух или более разрезных стенок.
Задачей, на решение которой направлено предлагаемое техническое решение, заключается в разработке конструкции узла соединения трех и более балок.
Технический результат заключается в следующем:
- расширение области применения - возможность соединения трех и более балок;
- обеспечение требуемой прочности при выполнении технологических требований за счет увеличения минимального расстояния между параллельными сварными швами;
- нагрузка от раскоса более равномерно передается непосредственно на балки, а не на соединительные элементы;
- поскольку все балки присоединены к соединительному элементу по нормали (под прямым углом), это делает узел более технологичным;
- поскольку все балки присоединены к соединительному элементу не более чем по одной в одном соединении, исключается скученность сварных швов, что позволяет минимизировать сварочные напряжения и концентрацию напряжений.
Поставленная задача решается тем, что узел соединения балок, содержащий балки, соединенные под прямым углом с использованием общей накладки, дополнительно содержит вставку, конец которой соединен под прямым углом с накладкой, а кромки соединены со стенками соединяемых балок, причем вставка выполнена с поперечным сечением в форме выпуклой дуги, кроме того, узел дополнительно содержит раскос, конец которого соединен с боковой поверхностью вставки по нормали к ней.
Сопоставительный анализ совокупности существенных признаков предлагаемых технических решений и совокупности существенных признаков соответствующего прототипа и аналогов свидетельствует об их соответствии критерию «новизна».
При этом отличительные признаки формулы изобретения решают следующие функциональные задачи.
Признаки «дополнительно содержит вставку, конец которой соединен под прямым углом с накладкой, а кромки соединены со стенками соединяемых балок» и «конец [раскоса] соединен с боковой поверхностью вставки» обуславливают использование вставки в качестве соединительного элемента.
Признаки «вставка выполнена с поперечным сечением в форме выпуклой дуги» и «конец [раскоса] соединен с боковой поверхностью вставки по нормали к ней» позволяют более равномерно передать нагрузку от раскоса непосредственно на балки, способствуют увеличению минимального расстояния между параллельными сварными швами и увеличивают диапазон возможных углов присоединения раскоса.
На фиг. 1 изображен общий вид узла соединения балок.
На фиг. 2 - сечение узла соединения по стенкам балок.
На чертежах показаны балки 1, раскос 2, общая накладка 3, кромки 4, конец 5 и боковая поверхность 6 вставки 7, стенки 8 балок 1, обшивка 9.
Балки 1 соединены друг с другом под прямым углом с использованием общей накладки 3.
Конец 5 вставки 7 соединен под прямым углом с общей накладкой 3, а кромки 4 соединены со стенками 8 соединяемых балок 1 по нормали к ним.
Вставка 7 выполнена с поперечным сечением в форме выпуклой дуги.
Конец раскоса 2 соединен с боковой поверхностью 6 вставки 7 по нормали к ней.
Другой конец вставки 7, балки 1 и раскосы 2 соединены с обшивкой 9.
В случае если профили соединяемых балок 1 содержат полки (сварной тавр, сварной уголок), общую накладку 3 можно устанавливать в одной плоскости с этими полками и соединять по линии сопряжения сварным швом встык.
В случае если профили соединяемых балок 1 выполнены из прокатных профилей (например, полособульб), общую накладку 3 устанавливают поверх соединяемых балок 1.
Заявляемое изобретение работает следующим образом.
При воздействии на корпус судна крутящего момента в его продольных перекрытиях (борта, палубы, днище, продольные переборки) возникают сдвиговые деформации.
При сдвиге ячеек, образованных балками 1, соединенными друг с другом под прямым углом, в раскосах 2 возникают, главным образом, деформации растяжения или сжатия.
Эти деформации в десятки раз меньше изменения длин диагоналей прямоугольных ячеек каркаса в результате сдвига при отсутствии раскосов 2, иными словами, раскосы 2 существенно увеличивают жесткость ячеек, образованных балками 1, на сдвиг.
При этом нагрузка от раскоса 2 через боковую поверхность 6 вставки 7 более равномерно передается на балки 1, конструкция заявляемого узла позволяет исключить скученность параллельных сварных швов и расширить диапазон возможных углов присоединения раскоса 2 к боковой поверхности 6 вставки 7 при гарантированном проваре сварных швов.
Таким образом, реализуется цель технического решения, состоящая в разработке конструкции узла соединения трех и более балок, обеспечивающая требуемую прочность при выполнении технологических требований и позволяющая минимизировать сварочные напряжения и концентрацию напряжений.