Монтажный стык колонны из двутавра: Монтажный стык колонн. Рекомендации рекомендации по расчету каркасов многоэтажных зданий с учетом податливости узловых сопряжений сборных железобетонных конструкций

Содержание

Стыки и детали колонн

Стыки колонн бывают заводские и монтажные. Заводские стыки устраиваются из-за ограниченности длины прокатных профилей (смотрите раздел Сортамент). Монтажные стыки устраиваются из-за ограниченных транспортных возможностей (9 — 13 м при перевозке на одной платформе и 19 — 27 мм при перевозке на сцепе).

Заводские стыки элементов обычно располагают вразбежку, не концентрируя их в одном месте, поскольку соединение отдельных элементов можно произвести до общей сборки стержня. Примеры сварных заводских стыков отдельных элементов колонн показаны на фигуре.


Заводские сварные стыки

Заводские сварные стыки: а — поясов сварного двутавра; б — двутавровых ветвей
сплошной колонны; в — ветви сквозной колонны на планках.


Основным условием образования прочного стыка является обеспечение передачи усилия с одного элемента на другой. При сварке встык это обеспечивается соответствующей длиной сварных швов (смотрите раздел Сварные соединения), а при стыковании накладками, кроме необходимой длины сварных швов, также и соответствующей площадью сечения накладок, которая должна быть не меньше площади сечения основных стыкуемых элементов.

Простейшим и потому наиболее рекомендуемым является прямой стык со сваркой встык. Осуществление такого стыка возможно во всех случаях, поскольку во внецентренно сжатых колоннах всегда можно найти сечение с пониженными растягивающими напряжениями.

Монтажные стыки колонн располагают в местах, удобных для монтажа конструкций. Для колонн переменного сечения таким местом является уступ на уровне опирания подкрановых балок, где меняется сечение колонны.


Стыки верхней и нижней частей одностенчатой оплошной колонны


На фигуре показаны типы стыков верхней и нижней частей одностенчатой сплошной колонны: заводского и монтажного.


Прикрепление

Прикрепление надкрановой частя колонны к сквозной подкрановой.


На фигуре показано прикрепление верхней части колонны к нижней сквозной при помощи двухстенчатой и одностенчатой траверсы.

Длина швов (lш на фигуре выше), необходимая для прикрепления внутреннего пояса верхней части колонны, определяется из того условия, чтобы действующие в верхней части колонны в месте прикрепления ее к нижней части момент М и продольная сила N воспринимались сварными швами, прикрепляющими пояса верхней части колонны; при этом швы, прикрепляющие стенку, обычно не учитываются.

Усилие в поясе, равное

передается через четыре шва, присоединяющих деталь 1 к стенке нижней части колонны. Деталь 1 имеет прорезь, которая позволяет насадить ее на стенку нижней части колонны (прорезь делают на 2 — 3 мм больше толщины листа). В случае монтажного стыка эту деталь делают отдельно от поясного листа, приваривая ее к нижней части колонны.

В колоннах с нижней решетчатой частью верхняя часть прикрепляется при помощи детали, называемой траверсой. Траверса работает на изгиб как балка на двух опорах и должна быть проверена на прочность; эпюра моментов в траверсе показана на фигуре. Прикрепление траверсы к ветвям колонны осуществляется сплошными швами и рассчитывается на опорную реакцию траверсы. Для обеспечения общей жесткости узла сопряжения верхней и нижней частей колонны ставятся горизонтальные диафрагмы или ребра жесткости.


Монтажный стык колонн сплошного сечения


Монтажный стык колонн сплошного сечения, передающий преимущественно сжимающие усилия, может быть осуществлен с помощью фрезерованных торцов. Такой тип стыка применен на московских высотных зданиях.

В случае передачи колонной также и момента возможен показанный на фигуре б сварной стык, не требующий фрезеровки торцов. Устройство здесь прямого сварного стыка возможно при условии обеспечения равнопрочности сварного и основного металла.

Обычно предполагается, что в колоннах, работающих преимущественно на сжатие, все же возможно появление растяжения на любом крае сечения. Поэтому в стыках требуется обеспечить восприятие условной растягивающей силы, которая обычно принимается равной 15% от расчетной нормальной сжимающей силы (конечно, если нет реальных сил растяжения, превышающих эту величину).


Опирание подкрановых балок на консоль


Опирание подкрановых балок на колонны постоянного сечения (в легких цехах) осуществляется путем устройства консоли из сварного двутавра (из листов) или из двух швеллеров.

Консоль рассчитывается на момент от давления двух сближенных кранов, расположенных на подкрановых балках: М = Ре, где е — расстояние от оси подкрановой балки до ветви колонны.

Швы, прикрепляющие одностенчатую консоль, рассчитываются на действие момента М и перерезывающей силы Р.

Швы, прикрепляющие консоль, состоящую из двух швеллеров, обнимающих колонну, рассчитываются на реакцию S, найденную как в одноконсольной балке:

«Проектирование стальных конструкций»,
К.К.Муханов

It seems we can’t find what you’re looking for. Perhaps searching can help.

Не удается найти страницу | Autodesk Knowledge Network

(* {{l10n_strings.REQUIRED_FIELD}})

{{l10n_strings.CREATE_NEW_COLLECTION}}*

{{l10n_strings.ADD_COLLECTION_DESCRIPTION}}

{{l10n_strings.COLLECTION_DESCRIPTION}} {{addToCollection.description.length}}/500 {{l10n_strings.TAGS}} {{$item}} {{l10n_strings. PRODUCTS}} {{l10n_strings.DRAG_TEXT}}  

{{l10n_strings.DRAG_TEXT_HELP}}

{{l10n_strings.LANGUAGE}} {{$select.selected.display}}

{{article.content_lang.display}}

{{l10n_strings.AUTHOR}}  

{{l10n_strings. AUTHOR_TOOLTIP_TEXT}}

{{$select.selected.display}} {{l10n_strings.CREATE_AND_ADD_TO_COLLECTION_MODAL_BUTTON}} {{l10n_strings.CREATE_A_COLLECTION_ERROR}}

Расчет монтажного стыка пояса балки на высокопрочных болтах

Цель: Проверка режима расчета фрикционных болтовых соединений

Задача: Проверить монтажный стык поясов составной двутавровой балки на высокопрочных болтах.

Источник: Металлические конструкции: учебник для студ. Учреждений высш. проф. Образования / [Ю. И. Кудишин, Е. И. Беленя, В. С. Игнатьева и др.]; под. Ред. Ю. И. Кудишина. — 13-е изд., испр. — М. : Издательский центр «Академия», 2011. С 216.

Соответствие нормативным документам:

СНиП II-23-81*, СП 16.13330, ДБН В.2.6-163:2010.

Имя файла с исходными данными:

2.3.sav;
отчет — Kristall2.3.doc

Исходные данные из источника:

N = 3003 кН Усилие среза;
Ry = 240 МПа Сталь марки C245;
Сечение пояса балки: 530×25 мм;
Rbun = 110 кН/см2 Болты высокопрочные 40Х «селект»;
Диаметр болтов 24 мм, диаметр отверстий 27 мм;
γc = 1 Коэффициент условий работы;
γb = 1 Коэффициент условий работы фрикционного соединения;
Обработка поверхностей – газопламенная без консервации;
μ = 0,42 Коэффициент трения;
γh = 1,12 Контроль натяжения – по моменту закручивания.

 

Параметры КРИСТАЛЛ:

Сталь: C245

Коэффициент надежности по ответственности

1

Коэффициент условий работы

1

Коэффициент условий работы соединяемых элементов

1

Диаметр болтов 24 мм
Сталь: 40Х «селект»
Чернота 3 мм
Способ очистки соединяемых поверхностей: Газопламенный двух поверхностей без консервации

Тип

Параметры

 

m = 3
n = 3

a = 70 мм
b = 125 мм
c = 50 мм
t = 16 мм
t0 = 24 мм

 

Усилия:
N = 3003 кН
M = 0 кНм
Q = 0 кН

Ручной расчет:

1. {2}. \]

2. Расчетное усилие, которое может быть воспринято каждой плоскостью трения:

\[ Q_{bh} =\frac { R_{bh} A_{bn} \mu} {\gamma_{h} }=\frac {77\times 3,53\times 0,42}{1,12}=101,93 \quad кН, \]

3. Необходимое количество болтов:

\[ n\ge \frac{N}{Q_{bh} \kappa \gamma_{b} \gamma_{c} }=\frac{3003}{101,93\times 2\times 1,0\times 1,0}=14,731. \]

Сравнение решений:

Фактор

Предельная сила трения

Ручной счет

14,731/16 = 0,921

КРИСТАЛЛ

0,923

Отклонение от ручного счета, %

0,2

 

 

Источник

0,925

 

Чертежи элементов металлических конструкций

На строительных чертежах часто изображаются поперечные разрезы зданий. На них указываются:

• координационные оси и то, как именно привязаны к ним основные конструкционные элементы здания;

• основные размеры многочисленных элементов конструкций;

• отметки низа таких частей сооружений, как монорельсовые балки, башмаки колонн, нижние кромки ферм;

• отметки верха возводимых частей сооружений таких, как подкрановые балки, нижние кромки ферм и балки площадок и перекрытий;

• расположение ж/д путей, по которым перемещаются башенные краны.

На рисунке расположенном ниже изображен поперечный разрез 1 - 1 производственного здания, имеющего цельностальной каркас. Согласно которому в средине стропильной фермы Ф2 его высота составляет 3700 миллиметров, размер пролета – 24 000 миллиметров. Верхний пояс фермы имеет угол уклона 1 : 8.

Исходя из правил составления строительных чертежей, на них допустимо указывать размеры профилей и условные обозначения согласно ГОСТ 2. 410 – 68. Они должны наноситься или на полках линий-выносок, или параллельно изображениям деталей. Размеры парных уголков, на которых основывается вся конструкция фермы, нанесены на стержнях решетки с левой стороны от оси симметрии. Те расчетные усилия, которые возникают в том случае, когда на ферму оказывается максимальная расчетная нагрузка, указываются на стержнях решетки справа от оси, причем в растянутых стержнях – со знаком плюс, а в сжатых стержнях – со знаком минус.

Поперечный разрез производственного здания

Согласно разрезу, до подкрановых путей расположены решетчатые колонны, а выше них находятся колонны сплошные, изготовленные из листовой стали и имеющие двутавровое сечение. На сечениях 3 – 3 и 1 – 1 указаны те размеры, которые имеют отдельные составные элементы двутавровых колонн. Конструкция колонны по оси А показана на сечении 2 – 2. Она состоит из пары неравнополочных уголков размерами 140 × 80 × 8 миллиметров, и из двутавра №45. Та колонна, которая показана в сечении 4 – 4 по оси Б, изготовлена из пары двутавров

№45. Кроме того, на разрезе есть указание о том, что для обслуживания цеха используется два мостовых крана l = 22,5 м, Q = 30 / 5т.

 

 

Чертежи элементов конструкций

Для вычерчивания всех элементов конструкций используются сплошные основные линии. Колонны, решетки ферм и прочие стержни, имеющие небольшие размеры поперечных сечений, вычерчиваются только одной линией. Подробности конструкции, которую имеют узлы, не показываются. Для изображения в сечениях профилей проката используется схематичное начертание. Номера листов и узлов проставляются на полках.

Если тот или иной элемент строения имеет решетчатую конструкцию, то на чертежах он должен изображаться схематично. При этом согласно стандартным правилам допускается, чтобы в сечениях были указаны расположение и состав профилей проката, усилия в стержнях, опорные реакции и основные размеры.

Те элементы конструкций, которые имеют сплошное составное сечение, изображаются на чертежах детальнее. При этом показывается то, как именно расположены ребра жесткости, основные размеры и сечения. Кроме того, изображаются катеты и размеры сварных швов. На тех чертежах, где изображаются подкрановые балки, наносятся размеры крановых упоров и их расположение. При необходимости разрешается совмещать с чертежами разрезов зданий изображение элементов их конструкций.

Чертеж элемента конструкции сплошного составного сечения

В тех случаях, когда требуется показать опирание подкрановых балок на колонны, соединение ферм и балок, как между собой, так и с колоннами, а также монтажные стыки ферм, то для сплошных соединений элементов конструкций выполняются чертежи узлов.

 

 

Монтажный стык стропильной фермы

Далее приводится чертеж одного из типовых узлов нижнего пояса стропильной фермы, которая имеет в своем составе две симметричные половины.

Их соединяют между собой непосредственно на строительной площадке, причем сначала для этого используются временные болты, а окончательный монтаж производится сварочными швами.

Чертеж монтажного стыка стропильной фермы

Такие детали, как нижний пояс фермы, стойка и пара раскосов, соединяются с фасонками сварными швами, выполняемыми в заводских условиях. Точно так же соединяются с фасонками ребра и накладки (задние – с левой, передние – с правой). Каждый угол стойки снабжен приваренным к нему уголком. Для указания на чертежах узлов используются только те данные и размеры, которых нет на чертежах отдельных элементов конструкций.

Элементы стропильной конструкции

 

 

 

Опорные узлы балки | buildingbook.ru

Опорные узлы балки.

Сопряжения балки со стальными колоннами.

Опирание балки на стальную колонну может быть шарнирным или жестким.

При возможности лучше всего опирать балку сверху и передавать нагрузку по центру профиля колонны. При боковом креплении балки, помимо сжимающей нагрузки в колонне дополнительно возникает момент от действия этой силы из-за того, что появляется эксцентриситет и соответственно это приводит к увеличению нагрузок и перерасходу металла в колонне.

Опирание балки на колонну сверху.

При опирании балки на колонну сверху рекомендуется передавать нагрузку через ребро. Размеры ребра рассчитываются из расчета на смятие по формуле:

 

где F — опорная реакция балки;

Ар — площадь смятия опорного ребра;

Rр — расчетное сопротивление стали смятию торцевой поверхности.

Чтобы вся нагрузка передавалась через ребро оно должно не много выступать, но не более 1,5 толщины ребра, обычно это 15-20 мм. Ребро необходимо снизу сострогать, чтобы нагрузка передавалась всей площадью ребра.

Т.к. узел шарнирный для фиксации балки достаточно 2-х болтов с одной стороны. Диаметр болтов принимается 16-20 мм. С затяжкой лучше не переусердствовать — это не фрикционное соединение 🙂

Толщина опорной площадки обычно принимается  20-25 мм, толщина ребер 8-12 мм.

Если имеется угол кровли, ребро нужно сострогать под необходимым углом и добавить шайбы, имеющие скос для болта.

Опирание 2-х балок на колонну сверху.

 

Аналогично предыдущему варианту опираем балки через ребро на оголовок колонны.

Балки соединяем между собой с помощью болтов. Сверху болты устанавливать не стоит если конечно вы не хотите создать жесткий узел.  Между 2-мя ребрами устанавливаем пластинки для того, чтобы не стянуть балки вместе (это может нагрузить колонну моментом на противоположном конце балки).

Также есть вариант опереть 2-е балки на оголовок колонны следующим способом

 

В этом варианте балка нижней полкой ложиться на оголовок колонны.

Для передачи поперечной силы балка усиливается ребром, ребро устанавливаем так, чтобы при монтаже оно оказалось прямо над полкой колонны. Балки соединяем болтами при помощи накладной пластины (для симметричной передачи нагрузки лучше использовать 2-е пластины с 2-х сторон). Как и в предыдущем варианте нет необходимости соединять балки болтами сверху, чтобы не создать жесткий узел.

Ребра на колонне, в этом случае, не нужны.

Между 2-мя балками оставляем не большой зазор около 10-20 мм.

 

Шарнирное опирание балки на колонну сбоку

При боковом креплении необходимо в расчетах колонны учитывать эксцентриситет.

При шарнирном опирании нагрузка передается через опорное ребро на опорный столик. Столик обычно делают из листовой стали или неравнополочного уголка. Высоту опорного столика определяют из условия прочности сварных швов. Целесообразно приварить столик по 3-ем сторонам. Ширину столика делают на 20-40 мм больше ребра балки, чтобы опорное ребро полностью легло на опорный столик.

Диаметр отверстий делают на 3-4 мм больше диаметра болтов чтобы балка не повисла на болтах, а полностью легла на столик.

Опорное ребро балки рассчитывается на смятие по той же формуле, что и для балки опертой сверху.

При шарнирном опирании ребра в колонне не требуются. Между опорным ребром и колонной монтируется прокладка толщиной примерно 5 мм.

Жесткое сопряжение балки с колонной при помощи болтового соединения

Создать жесткое соединение можно с помощью болтового соединения или сварки. Болтовое соединение более технологично — все детали изготавливаются и окрашиваются на заводе, на строительной площадке необходимо лишь установить и затянуть болты.

В данном узле поперечная сила воспринимается также как и в шарнирном узле с помощью опорного столика. Момент передается с помощью болтов на стенки колонны. Между опорным ребром балки и колонной необходимо установить стальные прокладки для плотного прилегания балки и колонны (зазора после затяжки быть не должно).

Количество и диаметры болтов для верхнего пояса необходимо рассчитать исходя из возникающего момента в заделке балки. Болты применяются только высокопрочные. Необходимо контролировать затяжку болтов.

Стенки колонны укрепляются ребрами жесткости.

 

Жесткое сопряжение балки с колонной при помощи сварного соединения

При жестком соединении балки с колонной при помощи сварки, используют накладки, которые крепятся к балке болтами и привариваются к балке и колонне.

 

_____________________________________________________________________

Как найти опорные реакции читайте в статье Построение эпюр балки

Как подобрать сечение стальной балки читайте в статье Расчет балки

 

Балки и металлоконструкции балочного типа от завода ПСК «ТИТАН». Москва. Россия.

Одним из основных простейших конструктивных элементов зданий, является балка. Стальная балка получила широкое распространение в гражданском и промышленном строительстве, используется в междуэтажных перекрытиях, в балочных площадках, в пролетах мостов и эстакад, в виде подкрановых балок, а так же во многих других конструкциях разнообразных сооружений.

Широкое распространение достигается за счет несложной конструкции, простоты изготовления и надежности в работе. Сечение балок бывает открытое (двутавр, швеллер) и закрытое (круглые и профильные трубы, спаренные швеллера и двутавры, коробчатые балки выполненные из листового проката). По виду стенок, делятся на гофрированные, перфорированные и гибкие.

Типы балок

По своему типу балки подразделяются на прокатные и составные.


Прокатные балки в основном изготавливаются из двутавров или швеллеров и используются для перекрытия небольших пролетов обычно не более 20м, конструктивные элементы которых, ограниченны несущей способностью, что связано с особенностями номенклатуры выпускаемых прокатных профилей. Применяются в балочных клетках; перекрытиях небольших ангаров и складов, гаражей, индивидуальных домов; в качестве прогонов покрытий производственных зданий; в конструкциях эстакад, промышленных площадок и т. д. По сравнению с составными, прокатные балки более надежны в эксплуатации и менее трудоемки в изготовлении, но за счет увеличенной толщины стенок более металлоемки. Стенки прокатных балок по длине не требуется укреплять ребрами жесткости, укрепляются лишь только в местах сосредоточения приложенных сил и в опорных зонах. Благодаря отсутствию сварного шва между полками и стенкой, значительно уменьшается концентрация напряжений.

Составные балки применяются при необходимости перекрытий больших пролетов, где требуются конструкции, жесткость и несущие способности которых превышают возможности прокатных профилей. Такие балки обычно изготавливают сварными, довольно редко встречается клепаный вариант, используемый для восприятия больших динамических и вибрационных нагрузок. Наибольшее применение получили сварные балки двутаврового симметричного и несимметричного сечения, состоящие из верхнего и нижнего поясов объединенных тонкой стенкой.

Балочные металлоконструкции

При проектировании металлоконструкции балочных покрытий выбирают систему несущих балок, которая называется балочной клеткой. Балочные клетки подразделяются на три основных типа – упрощенный, нормальный, усложненный. В упрощенной балочной клетке нагрузка от настила передается непосредственно на балки, из-за небольшой несущей способности настила, балки приходится ставить часто, что рационально только при перекрытии небольших пролетов. В балочной клетке нормального типа нагрузка с настила передается сначала на балки настила, затем соответственно на главные балки, и уже с них передается непосредственно на несущие конструкции (колонны). В усложненной балочной клетке, вводятся дополнительные вспомогательные балки, располагающиеся между балками настила и главными балками передающими нагрузку на опоры. Вспомогательные балки и балки настила обычно применяют прокатные, что позволяет снизить трудоемкость изготовления балочных клеток, а главные балки могут быть как прокатные так и составными в зависимости от решаемой задачи.

Взаимное расположение балок может быть этажным, в одном уровне и пониженное. Наиболее простой и удобный в монтаже – этажный способ, при котором балки настила укладываются непосредственно на главные или вспомогательные балки, минусом является большая строительная высота конструкции. При сопряжении в одном уровне верхние полки балок настила и главных располагаются на одном уровне, на них непосредственно укладывается настил. Этот способ усложняет конструкцию опирания балок, но позволяет применять наибольшую высоту главной балки в рамках заданной строительной высоты. Пониженное сопряжение применяется в балочных клетках усложненного типа. Здесь вспомогательные балки располагаются ниже уровня пояса главной, на них поэтажно устанавливаются балки с настилом, которые располагаются выше главных балок. Такой тип сопряжения, так же как и расположение балок в одном уровне, позволяет иметь наибольшую высоту главной балки.

Генеральные размеры балочных клеток в плане и по высоте задаются проектным заданием в зависимости от архитектурных и технологических требований, сечения и узлы сопряжения балок устанавливаются расчетом. В качестве настила наиболее часто применяют стальные листы или железобетонные плиты.

Опирание и сопряжение балок

Сопряжение балок со стальными колоннами осуществляется путем опирания сверху или примыкания сбоку к колонне. Конец балки в месте опирания укрепляется опорными ребрами жесткости, которые передают реакцию с балки на опору. Опорные ребра для передачи опорных реакций приваривают к стенкам балки, торцы ребер должны быть плотно подогнаны к нижнему поясу балки или простроганы. Для правильной передачи нагрузок от балки к колонне центр опорного ребра необходимо совмещать с осью полок колонны. Шарнирное примыкание балок сбоку, по своему конструктиву не отличается от опирания на колонну.

Опирание балок на каменные или железобетонные стены, производят через специальные опорные части, которые служат для равномерного распределения давления от балки на большую площадь материала, менее прочного чем балка. При пролетах до 20м используются плоские опорные плиты, пролет 20…40м – применяют тангенциальные опорные плиты, пролеты более 40м – катковые опорные части. Опорные части изготавливают из литой или толстолистовой стали.

Сопряжение главных и второстепенных балок между собой, как было указано выше, осуществляется тремя способами, этажным, пониженным и в одном уровне. Конструктивный этажный узел наиболее простой, балка настила устанавливается на верхней полке главной балки, усиливается ребрами жесткости и закрепляется при помощи сварки или болтового соединения. Сопряжение в одном уровне и пониженное рассчитано на передачи больших опорных реакций, осуществляется путем выреза части полок и стенок вспомогательной балки с дальнейшим креплении на ребрах жесткости главной. В некоторых случаях для передачи усилия от вспомогательной балки, применяют соединительные пластины или уголки приваренные к ней, которые также крепятся на болтах или сварке через ребра жесткости к главной балке.


Стыки балок

Стыки балок различают заводские и монтажные. Заводские стыки балок выполняют в заводских условиях для объединения отправочных элементов в единую конструкцию и обусловлены недостаточной длиной проката или конструктивными требованиями проекта. Монтажные стыки используют в основном на строительных площадках для объединения отправочных элементов.

Монтажные стыки прокатных балок выполняют на листовых накладках, ширину накладок принимают на 18…20мм больше или меньше ширины полки балки, длину из расчета действующих нагрузок на сварные швы. Заводские швы таких балок осуществляют встык с полным проваром, при необходимости в местах где действует большой момент и не выполняется условие прочности, полки дополнительно усиливают накладками.

Стыки составных балок могут быть как сварные, так и болтовые. Сварные стыки возможно так же применять без накладок при соблюдении расчетной прочности в местах стыка. Без физического контроля шва такой стык выполняют косым с углом наклона скоса не более 65 градусов.

Так же повсеместно применяются болтовые монтажные соединения, по сравнению со сварными обладают более высоким качеством исполнения, меньшей трудоемкостью монтажа, простотой замены, выполняются при помощи накладок располагающихся на поясах и стенках стыкуемых балок.

Металлические колонны, стоимость изготовления на Заводе САРРЗ

В связи с изменениями производственной программы Саратовского резервуарного завода выпуск данного оборудования завершен.


Актуальный список товаров доступен в разделе «Продукция».

Металлические колонны являются основными элементами металлического каркаса здания и составляют скелет здания, выполняющий основную несущую функцию, воспринимающей основные нагрузки на здание или сооружение. Кроме того, узлы крепления элементов (балки, ригели, распорки, связи), различные примыкания и стыки располагаются также на колоннах. Колонны поддерживают элементы каркаса, кровлю, перекрытия и ограждающие конструкции.

Проектирование и изготовление стальных колонн

Проектирование здания или сооружения начинается с выбора типа фундамента в зависимости именно от типа колонн.

Высокая значимость колонн в металлоконструкции здания заключается в том, что они воспринимают суммарные нагрузки на элементы каркаса (собственный вес строительных конструкций, вес внутренней отделки здания, вес оборудования внутри здания, внешние горизонтальные и вертикальные климатические нагрузки) и равномерно передают их на фундамент. Для обеспечения высокой надежности, устойчивости и жесткости колонны изготавливают с мощными сечениями.

Кроме того, на сегодняшний момент развития строительной отрасли колонны зачастую используются как элемент дизайна внутренней или внешней отделки здания.

Для изготовления металлических колонн Саратовский резервуарный завод использует двутавровые сварные балки, гнутые уголки, горячекатаные двутавровые балки, горячекатаные профильные трубы, круглые трубы, профильные гнутые трубы, гнутые и горячекатаные швеллеры.

На заводах-изготовителях колонны и опоры производятся двумя способами: при помощи сварки или с использованием проката. В первом случае металлические листы сворачиваются в нужной форме на сварочном стане и свариваются автоматической сваркой. Таким способом, в основном, изготавливают прямоугольные или двутавровые колонны. Круглые колонны изготавливают из металлических заготовок методом горячей обкатки: сначала они нагреваются, прошиваются, а затем происходит прокатка заготовок.

Классификация металлических колонн

Металлические колонны можно условно поделить на два типа:

  • основные колонны, к которым крепятся несущие элементы металлокаркаса
  • фахверковые, или вспомогательные, которые монтируются при необходимости во время возведения здания

Основные колонны имеют большие сечения, по сравнению со вспомогательными, так как на них возлагается главная несущая функция.

Конструкция стальных колонн

Основными конструктивными элементами металлических колонн вне зависимости от их видов являются: оголовок, стержень, база.

 

База — это место крепления колонны к фундаменту (в основном при помощи анкерных болтов). Основная функция базы — передача и равномерное распределение нагрузки на фундамент.

Стержень — это средняя часть колонны. Если необходимо изготовление колонны большого сечения для возможности противостояния большим нагрузкам, внутри стержня по всей его длине устанавливают поперечные ребра жесткости.

Оголовок — верхняя часть колонны. Он воспринимает все внешние нагрузки (климатические, нагрузки от балок и ферм) и через стержень передают их на базу колонны.

Поперечное сечение металлической колонны

В зависимости от типа поперечного сечения колонны можно разделить на:

  • колонны прямоугольного сечения с четырехугольным геометрическим контуром
  • колонны круглого сечения (в основном из стальных труб)
  • колонны двутавровые с Н-образным сечением (длина и ширина сечений может быть как одинаковая, так и разная)

Сплошные и сквозные металлические колонны

По типу сечения металлические колонны также можно разделить на сплошные и сквозные колонны. В сплошных колоннах между поясами находится сплошная стенка. Обычно сплошностенные колонны изготавливаются из двутавров или сварного профиля толстолистовой стали двутаврового симметричного сечения. В сквозных колоннах пояса соединены планками или решетками. Сквозные колонны состоят из ветвей. Средние колонны изготавливают из широкополочных двутавров или сварных двутавров, а крайние колонны – из стали швеллерного сечения. Решетку, соединяющую колонну, традиционно изготавливают двухплоскостную из одиночных уголков; она должна быть раскосная без стоек. Такие колонны являются наиболее трудоемкими при производстве, но возможность сохранения равноустойчивости является их преимуществом.

Схемы сплошностенных и сквозных типов колонн

Колонны: а, б, в — сплошностенчатые, г, д — сквозные

Колонны постоянного или переменного сечения

По конструктивной форме колонны бывают постоянного или переменного сечения (раздельные) и ступенчатые. В колоннах постоянного сечения габарит сечения является неизменным, а площадь сечения на разной высоте колонны может меняться. Нагрузка в колоннах постоянного сечения передается через консоль и подкрановую балку. Такие колонны используются для строительства многоэтажных зданий высотой до 10 м, зданий без мостовых кранов или с кранами, где подкрановые балки опираются на консоли. В колоннах переменного сечения нагрузка от подкрановой балки передается сразу на стержень колонны. Такие колонны применяются для более высоких зданий и зданий с кранами грузоподъемностью более 20 т. Раздельные колонны состоят из двух соединенных между собой стержней, которые при этом раздельно принимают нагрузки от крана и шатра.

Схемы ступенчатой и раздельной колонн и колонны постоянного сечения

Схемы стальных колонны и решеток

Типы стальных колонн и решеток: а) – колонны постоянного сечения, б) – колонны переменного сечения, в) – раздельные колонны, г) – решетки: 1 – треугольная, 2 – раскосная, 3 – крестовая, 4 – полураскосная

Центрально-сжатые и внецентренно-сжатые металлические колонны

По характеру работы металлические колонны бывают центрально-сжатые и внецентренно-сжатые.

Центрально-сжатые колонны воспринимают нагрузки от ферм перекрытий, рабочих площадок, балок и других элементов металлического каркаса. Далее такие колонны передают нагрузки на расположенные ниже элементы конструкции или на фундамент. Нагрузки проходят строго по центру колонны, что создает центральное сжатие поперечного сечения. Такой тип колонн используется в зданиях и сооружениях с вертикальными связями, воспринимающими горизонтальные нагрузки.

На внецентренно-сжатые колонны действуют одновременно продольные усилия и изгибающий момент. Сечения таких колонн увеличивают по высоте и изготавливают несимметричными из-за разности эффекта от нагрузок: одна сторона колонны «догружается», вторая – «разгружается».

Саратовский резервуарный завод изготавливает металлические колонны, руководствуясь основными требованиями нормативных документов:

  • ГОСТ 23682-79 «Колонны стальные ступенчатые для зданий с мостовыми электрическими кранами общего назначения грузоподъемностью до 50 т. Технические условия»
  • ГОСТ 23118-99 «Конструкции стальные строительные. Общие технические условия»
  • Руководство по подбору сечений элементов строительных стальных конструкций

Оборудование для изготовления колонн позволяет выпускать элементы металлоконструкций каркаса здания или сооружения любого профиля и размера с выбором сечения колонн.

Как заказать изготовление металлических колонн у Саратовского резервуарного завода?

Для расчета стоимости металлических колонн нашего производства, Вы можете:

  • связаться с нами по телефону 8-800-555-9480
  • написать на электронную почту   технические требования к металлоконструкциям
  • воспользоваться формой «Запрос цены», указать контактую информацию, и наш специалист свяжется с Вами

Специалисты Завода предлагают комплексные услуги:

  • инженерные изыскания на объекте эксплуатации
  • проектирование объектов нефтегазового комплекса
  • производство и монтаж различных промышленных металлоконструкций

 

Простые соединения — SteelConstruction.

info

В этой статье рассматриваются номинально штифтовые соединения (простые соединения), которые используются в многоэтажных скрепленных каркасах в Великобритании. Эта форма скрепленной конструкции с номинально штифтовыми соединениями называется «простой конструкцией».

В статье перечислены типы простых подключений, которые наиболее часто используются в Великобритании. В нем представлены процедуры их проектирования в соответствии с Еврокодом 3 и обсуждаются относительные достоинства типов концевых соединений балок.Обсуждаются преимущества стандартизации соединений для соединений балка-балка и балка-колонна с использованием ребристых пластин и гибких соединений концевых пластин.

Соединения колонн, основания колонн и соединения распорок также обсуждаются вместе с кратким упоминанием специальных соединений.

 

Детали соединений стандартной пластины оребрения

[вверх] Типы простых соединений

Простые соединения — это номинально штыревые соединения, которые, как предполагается, передают только концевой сдвиг и имеют незначительное сопротивление вращению. Поэтому не переносите значительные моменты в предельное состояние. Это определение лежит в основе конструкции многоэтажных скрепленных рам в Великобритании, спроектированных как «простая конструкция», в которой балки спроектированы как легко поддерживаемые, а колонны рассчитаны на осевую нагрузку и малые моменты, вызванные концевыми реакциями со стороны балки. Стабильность каркаса обеспечивается связями или бетонным стержнем.

 

Простые подключения

В Великобритании используются две основные формы простого подключения (как показано справа):


Обычно встречающиеся простые соединения включают:


Простые соединения могут также потребоваться для косых стыков, балок, эксцентричных по отношению к колоннам, и соединения со стенками колонн.Они классифицируются как специальные соединения и рассматриваются отдельно.

[вверх] Процедуры проектирования

Конструкция простых соединений основана на стандарте BS EN 1993-1-8 [1] и сопровождающем его Национальном приложении [2] . Емкости компонентов подключения основаны на правилах, приведенных в п. 3.6. Расстояние между крепежными элементами соответствует разделу 3.5 и рекомендациям, представленным в «Зеленой книге» (SCI P358).

Публикация ECCS No.126 [3] также предоставляет полезное руководство по проектированию простых соединений в соответствии с Еврокодом 3.

[вверх] Совместное рассмотрение

[вверху] Совместная классификация

Согласно BS EN 1993-1-8 [1] , шарниры с номинальным штифтом:

  • Должен быть способен передавать внутренние силы, не создавая значительных моментов, которые могут отрицательно повлиять на элементы или конструкцию в целом, и
  • Быть способным воспринимать результирующие повороты при расчетных нагрузках


Кроме того, соединение должно:

  • обеспечивают направляющее ограничение для элементов, которое было принято в конструкции стержня.
  • обладают достаточной прочностью, чтобы удовлетворять требованиям структурной целостности (сопротивление связыванию).


BS EN 1993-1-8 [1] требует, чтобы все соединения были классифицированы; по жесткости, которая подходит для общего анализа упругости, или по прочности, что подходит для глобального анализа жесткой пластики, или по жесткости и прочности, что подходит для глобального анализа упруго-пластического материала.

Классификация по жесткости:

Начальная жесткость соединения при вращении, рассчитанная в соответствии с BS EN 1993-1-8 [1] , 6.3.1 сравнивается с границами классификации, приведенными в BS EN 1993-1-8 [1] , 5.2.2.

В качестве альтернативы, соединения могут быть классифицированы на основании экспериментальных данных, опыта предыдущей удовлетворительной работы в аналогичных случаях или расчетов, основанных на данных испытаний.

Классификация по прочности:

Следующие два требования должны быть удовлетворены, чтобы классифицировать соединение как номинально закрепленное на основе его прочности:

  • Расчетное сопротивление моменту соединения не превышает 25% расчетного сопротивления моменту, необходимого для соединения полной прочности
  • Соединение должно выдерживать повороты, возникающие в результате расчетных нагрузок.


В национальном приложении Великобритании к BS EN 1993-1-8 [2] говорится, что соединения, разработанные в соответствии с «Зеленой книгой» (SCI P358), могут быть классифицированы как соединения с номинальным штифтом.

Все стандартные соединения, указанные в «Зеленой книге» (SCI P358), могут быть классифицированы как номинально штыревые на основании требований к прочности и обширного опыта использования деталей на практике. Следует проявлять осторожность, прежде чем вносить изменения в стандартные детали, поскольку полученное соединение может не соответствовать положениям Национального приложения Великобритании [2] .В частности:

  • Возможность вращения деталей стандартной пластины оребрения была подтверждена испытанием; модифицированные детали не могут быть пластичными
  • Толщина торцевых пластин на всю глубину была ограничена, чтобы обеспечить сопротивление моменту менее 25% от полной прочности соединения, и, таким образом, их можно классифицировать как номинально штифтовые.

[вверху] Структурная целостность

Строительные нормы Великобритании требуют, чтобы все здания проектировались таким образом, чтобы избежать непропорционального обрушения.Обычно это достигается путем проектирования соединений в стальной раме (соединения балки с колонной и стыков колонны) с учетом сил связывания. Руководство по расчетным значениям связывающих усилий дано в BS EN 1991-1-7 [4] , приложение A, и в его национальном приложении для Великобритании [5] . Требования относятся к классу здания с расчетным значением горизонтальной силы сцепления, как правило, не менее 75 кН, а обычно значительно выше. Детали торцевой пластины на полную глубину были разработаны для обеспечения повышенного сопротивления связыванию по сравнению с деталями на торцевой пластине частичной глубины.Дополнительные сведения о структурной устойчивости представлены в SCI P391.

[вверху] Выбор типа подключения

Выбор торцевых соединений балки часто бывает весьма сложным. Относительные достоинства трех типов соединений (концевые пластины с частичной глубиной, концевые пластины с полной глубиной и пластины с оребрением) суммированы в таблице ниже. Выбор балок и соединений, как правило, является обязанностью подрядчика по изготовлению металлоконструкций, который выбирает тип соединения в соответствии с рабочей нагрузкой, экономичностью и временной стабильностью во время монтажа.

Относительные достоинства типов торцевых соединений балок
Концевая пластина частичной глубины Концевая пластина на всю глубину Ребристая пластина
Конструкция
Сопротивление сдвигу — процент сопротивления балки до 75% 100% До 50%
До 75% с двумя вертикальными рядами болтов
Сопротивление связыванию Ярмарка Хорошо Хорошо
Особые особенности
Перекос Ярмарка Ярмарка Хорошо
Балки с эксцентриситетом относительно колонн Ярмарка Ярмарка Хорошо
Присоединение к стенкам колонны Хорошо Хорошо Fair
Для облегчения монтажа может потребоваться снятие изоляции с фланца. Для длинных пластин с оребрением может потребоваться повышение жесткости
Изготовление и обработка
Производство Хорошо Хорошо Хорошее
Для длинных ребристых пластин может потребоваться усиление
Обработка поверхности Хорошо Хорошо Хорошо
Монтаж
Простота монтажа Удовлетворительно
Требуется уход за двусторонними соединениями
Удовлетворительно
Требуется уход за двусторонними соединениями
Хорошо
Корректировка площадки Ярмарка Ярмарка Ярмарка
Временная устойчивость Ярмарка Хорошо Ярмарка

[вверх] Композитные полы

Известно, что взаимодействие с композитным полом влияет на поведение простого соединения. Обычной практикой является проектирование таких соединений без использования преимуществ непрерывности арматуры через бетонную плиту. Однако SCI P213 позволяет учесть непрерывность арматуры, обеспечивая относительно простые соединения торцевой пластины на всю глубину со значительным моментным сопротивлением. В скрепленной раме это сопротивление можно использовать для уменьшения момента и прогиба в середине пролета, облегчая выбор балки меньшего размера.

[наверх] Стоимость

Простые соединения неизменно дешевле в изготовлении, чем соединения с моментным сопротивлением, поскольку они требуют гораздо меньших затрат на изготовление, особенно при сварке.

Дать конкретное руководство по затратам сложно, поскольку показатели качества изготовления у подрядчика по металлоконструкциям могут значительно различаться и зависеть от уровня инвестиций в оборудование и оборудование. Однако главная цель — минимизировать объем работы. Стоимость материалов для фитингов и болтов невелика по сравнению с затратами на изготовление, в которых преобладает сварка. В типичном производственном цехе стоимость изготовления соединений может составлять от 30% до 50% от общей стоимости изготовления.

Стандартизированные соединения эффективны при их производстве. Подрядчики по производству металлоконструкций оборудуют свои мастерские специализированным оборудованием, которое увеличивает скорость изготовления, позволяя им производить фитинги и готовить элементы намного быстрее, чем если бы конфигурация соединений каждый раз была другой.

Стандартизированные детали означают, что стальные конструкции легко монтировать, что обеспечивает более безопасную рабочую среду для монтажников.

Из-за характера большинства болтовых соединений, соединения являются съемными в конце срока службы конструкции.Металлоконструкции можно демонтировать, повторно использовать или переработать, что снижает воздействие строительства на окружающую среду.

[вверх] Стандартные соединения

[вверх] Преимущества стандартизации

В типичной многоэтажной раме со связями на соединения может приходиться менее 5% веса рамы и 30% или более общей стоимости. Таким образом, эффективные соединения потребуют минимальных трудозатрат на детализацию, изготовление и монтаж.

Рекомендуемые компоненты
Деталь Предпочтительный вариант Банкноты
Фитинги Материал марки С275 Рекомендуемые размеры концевых и оребренных пластин — см. Таблицу ниже
Болты М20 8.8 болтов с полной резьбой Для некоторых сильно нагруженных соединений могут потребоваться болты большего диаметра

Фундаментные болты могут быть M20, M24, M30, 8,8 или 4,6

Отверстия Обычно диаметром 22 мм, с перфорацией или отверстием Диаметр 26 мм для болтов M24

Увеличенный размер 6 мм для фундаментных болтов

Сварные швы Угловые швы обычно длиной 6 мм или 8 мм Для некоторых оснований колонн могут потребоваться сварные швы большего размера
Рекомендуемые размеры концевых и ребристых пластин
Фитинги Расположение
Размер (мм) Толщина (мм) Торцевая пластина Ребристая пластина
100 10
120 10
150 10
160 10
180 10
200 12

[вверху] Соединения балка-балка и балка-колонна

Приведенные ниже процедуры проектирования подходят как для ручного расчета, так и для подготовки компьютерного программного обеспечения.

Проектирование соединений вручную может быть трудоемким процессом, поэтому полный набор таблиц сопротивлений был включен в «Зеленую книгу» (SCI P358).

Проверка прочности шарнирного соединения с номинальным штифтом включает три этапа:

  1. Обеспечение того, чтобы соединение было детализировано таким образом, чтобы оно создавало только номинальные моменты, которые не оказывали отрицательного воздействия на элементы или само соединение. Соединение должно быть детализировано так, чтобы вести себя пластично.
  2. Определение пути нагрузки через соединение i.е. от балки до опорного элемента.
  3. Проверка сопротивления каждого компонента.


Для нормального проектирования существует десять процедур проверки всех частей соединения балки с балкой или балки с колонной на вертикальный сдвиг.

Необходимо еще шесть проверок, чтобы проверить сопротивление соединения стыку. Соединения балки с колонной должны иметь возможность противостоять боковым силам привязки, если этим силам не противодействуют другие средства внутри конструкции, такие как плиты перекрытия.

В таблице ниже приведены процедуры проверки, необходимые для концевых пластин частичной глубины, концевых пластин полной глубины и пластин с оребрением. Процедуры проектирования полностью описаны в «Зеленой книге» (SCI P358).

Методика расчета соединений балок — Сводная таблица
Проверки методики проектирования Концевая пластина неполной глубины Концевая пластина на всю глубину Ребристая пластина
1 Рекомендуемая практика детализации ✔ ​​ ✔ ​​
2 Опорная балка Сварные швы Сварные швы Группа болтов
3 Опорная балка НЕТ НЕТ Ребристая пластина
4 Опорная балка Паутина на сдвиг
5 Опорная балка Сопротивление на выемке НЕТ Сопротивление на отметке
6 Опорная балка Локальная устойчивость балки с надрезом НЕТ Локальная устойчивость балки с надрезом
7 Неограниченная опорная балка Общая устойчивость балки с надрезом НЕТ Общая устойчивость балки с надрезом
8 Соединение Группа болтов Группа болтов Сварные швы
9 Соединение Торцевая пластина на ножнице НЕТ НЕТ
10 Опорная балка / колонна Ножницы и подшипники
11 Сопротивление связыванию Пластина и болты
12 Сопротивление связыванию Поддерживаемая стенка балки
13 Сопротивление связыванию Сварные швы
14 Сопротивление связыванию Опорная стенка колонны (UKC или UKB)
15 Сопротивление связыванию Несущая стена колонны (RHS или SHS)
16 Сопротивление связыванию НЕТ НЕТ Стена опорная колонна (CHS)

Примечания: Проверки сопротивления изгибу, сдвигу, локальному и поперечному изгибу секции балки с надрезами включены в эту таблицу, поскольку обычно на этапе детализации устанавливаются требования к надрезам, после чего необходимо выполнить проверку уменьшенного сечения.

Соединение балка с балкой

Соединения балки с колонной

[вверху] Гибкие соединения концевой пластины

 

Концевая плита соединения балки с колонной и балки с балкой

Типичные соединения гибкой концевой пластины показаны на рисунке справа.Концевая пластина, которая может быть неполной или полной глубины, приваривается к опорной балке в мастерской. Затем балка привинчивается к опорной балке или колонне на месте.

Этот тип подключения является относительно недорогим, но имеет недостаток, заключающийся в том, что мало возможностей для настройки на месте. Габаритные длины балок должны изготавливаться в жестких пределах, хотя для компенсации допусков на изготовление и монтажных допусков можно использовать пакеты.

Торцевые пластины, вероятно, являются наиболее популярными из простых соединений балок, используемых в настоящее время в Великобритании.Их можно использовать с наклонными балками и выдерживать умеренные смещения в стыках балок с колоннами.

Сверло, пустотелые болты, глухие болты или другие специальные узлы используются для соединений с колоннами с полым сечением.

Детальные требования и проверки конструкции для соединений концевых пластин на частичную и полную глубину, которые применимы к соединениям балка с балкой, а также к соединениям балка с колонной, подробно описаны в «Зеленой книге» (SCI P358) . Сюда входят процедуры, рабочие примеры, детализация и таблицы проектных сопротивлений.

Также доступен инструмент для проектирования торцевой пластины.

Стандартные детали гибкой концевой пластины (концевые пластины полной и частичной глубины) показаны на рисунке ниже вместе с рекомендованными размерами и фитингами.

 

Стандартные соединения с гибкой концевой пластиной

Обычные болты и болты Flowdrill
Опорная балка Рекомендуемый размер концевой пластины
b p × t p
Калибр для болтов
p 3
До 533 UB 150 × 10 90
533 UB и выше 200 × 12 140
Болты: M20 в отверстиях диаметром 22 мм
Концевая пластина: Сталь С275, минимальная длина 0.6 h b1
где h b1 — глубина опорной балки
Шаг по вертикали: p 1 = 70 мм
Конечное расстояние: e 1 = 40 мм
Расстояние от края: e 2 = 30 мм
Hollo-Bolts
Опорная балка Рекомендуемый размер концевой пластины
b p × t p
Калибр для болтов
p 3
До 533 UB 180 × 10 90
533 UB и выше 200 × 12 110
Торцевая пластина: Сталь С275, минимальная длина 0.6 h b1
где h b1 — глубина опорной балки
Шаг по вертикали: p 1 = 80 мм
Конечное расстояние: e 1 = 45 мм
Расстояние от края: e 2 = 45 мм

[вверху] Ребристые пластины

 

Соединения между балкой и колонной и балкой с балкой

Соединения с ребристыми пластинами экономичны в изготовлении и просты в установке.Эти соединения популярны, поскольку они могут быть самыми быстрыми соединениями для установки и преодоления проблемы общих болтов в двусторонних соединениях.

Соединение пластины оребрения состоит из отрезка пластины, приваренного в мастерской к опорному элементу, к которому на месте привинчивается поддерживаемая стенка балки, как показано на рисунке ниже. Между концом опорной балки и опорной стойкой есть небольшой зазор.

Соединения оребрения

При проектировании соединения пластин с оребрением важно определить соответствующую линию действия для сдвига.Есть две возможности: либо сдвиг действует на торце колонны, либо он действует вдоль центра группы болтов, соединяющих пластину оребрения с стенкой балки. По этой причине оба критических сечения должны быть проверены на наличие минимального момента, принимаемого как произведение вертикального сдвига и расстояния между лицевой стороной колонны (или стенки балки) и центром группы болтов. Затем оба критических сечения проверяются на результирующий момент в сочетании с вертикальным сдвигом. Из-за неопределенности момента, приложенного к пластине оребрения, сварные швы пластины с оребрением рассчитаны на полную прочность.

Соединения пластин с ребрами получают свою способность вращения в плоскости за счет деформации болта при сдвиге, деформации отверстий под болты в подшипнике и изгиба пластины с ребрами вне плоскости. Обратите внимание, что пластины оребрения с длинными выступами имеют тенденцию к скручиванию и выходу из строя из-за поперечного изгиба при кручении. Дополнительная проверка, учитывающая это поведение, включена в процедуры проектирования соединений пластин с оребрением.

«Зеленая книга» (SCI P358) охватывает подробные требования, проверки конструкции и процедуры, применимые к конструкции пластин оребрения.Рабочие примеры и таблицы расчетных сопротивлений также приведены в этой публикации.

Также доступен инструмент для проектирования пластин с ребрами.

 

Детали соединений стандартной пластины оребрения

Детали соединения стандартной пластины оребрения
Номинальная глубина опорной балки
(мм)
Вертикальные линии крепления болтов
n 2
Рекомендуемый размер пластины оребрения
(мм)
Расстояние между болтами по горизонтали, e 2 / e 2 или e 2 / p 2 / e 2
(мм)
Зазор, г h
(мм)
≤610 1 100 × 10 50/50 10
> 610 * 1 120 × 10 60/60 20
≤610 2 160 × 10 50/60/50 10
> 610 * 2 180 × 10 60/60/60 20
Болты: M20 8.8 отверстий диаметром 22 мм
Пластина: Сталь S275, минимальная длина 0,6 h b1 , где h b1 — глубина опорной балки
Сварной шов: Два скругления 8 мм для листов толщиной 10 мм

* Для балок с номинальной глубиной более 610 мм отношение пролета к глубине балки не должно превышать 20, а расстояние по вертикали между крайними болтами не должно превышать 530 мм


Растущий интерес к использованию S355 для пластин оребрения вызвал вопросы о жесткости таких пластин. соединения — они еще номинально закреплены? Чтобы ответить на этот вопрос, BCSA и Steel for Life поручили SCI провести исследование, сравнивающее поведение соединений пластин с ребрами как с пластинами S275, так и с S355.В исследовании сделан вывод, что до тех пор, пока соблюдается стандартизованная геометрия соединений, представленная в Зеленой книге, пластины с ребрами 10 мм в S355 классифицируются как номинально штифтовые соединения и могут использоваться в качестве альтернативы пластинам S275. Дополнительная информация доступна в статье в майском номере журнала NSC за 2018 год.

[вверху] Соединители колонн

 

Соединения

Соединения колонн в многоэтажной конструкции необходимы для обеспечения прочности и непрерывности жесткости по обеим осям колонн.Типичные соединения колонн с болтовым соединением, используемые для прокатных элементов двутаврового и полого сечения, показаны на рисунке справа.

Соединения обычно устанавливаются через каждые два или три этажа и обычно располагаются примерно на 600 мм над уровнем пола. Это обеспечивает удобную длину для изготовления, транспортировки и монтажа, а также обеспечивает легкий доступ с соседнего этажа для крепления на месте. Обеспечение стыков на каждом уровне этажа редко бывает экономичным, поскольку экономия материала колонны, как правило, намного перевешивается затратами на материал, изготовление и монтаж, обеспечивающими стыковку.

[вверху] Соединители накладки на болтах для двутавровых секций:

Для этого типа подключения есть две категории:

  • тип подшипника
  • без подшипников.


В стыковочном узле подшипника типа (см. Рисунок ниже) нагрузки передаются в прямом подшипнике от верхнего вала либо напрямую, либо через разделительную пластину. Соединение «несущего типа» — это более простое соединение, обычно имеющее меньше болтов, чем соединение без подшипника, и поэтому оно наиболее часто используется на практике.

При отсутствии сетевого натяжения можно использовать стандартное соединение, однако BS EN 1993-1-8 [1] требует, чтобы стыковые пластины и болты передавали не менее 25% максимальной сжимающей силы в колонка.

Для соединений подшипникового типа решающим фактором при проверке может быть сопротивление вязанию.

 

Стыки опорных стоек для двутавровых прокатных профилей

Соединения

, относящиеся к категории без подшипников типа (см. Рисунок ниже), передают нагрузки через болты и стыковые пластины.Любой прямой подшипник между элементами игнорируется, соединение иногда детализируется физическим зазором между двумя валами. Конструкция безопорного стыка более сложна, поскольку все силы и моменты должны передаваться через болты и стыковые пластины. Для соединений ненесущего типа минимальные требования в BS EN 1993-1-8 [1] очень обременительны, поскольку основаны на грузоподъемности элемента, а не на приложенной силе.

Поскольку стыки обычно выполняются чуть выше уровня пола, момент от действия стойки считается незначительным.Однако следует учитывать моменты, возникающие в стыках, размещенных в других местах.

 

Соединения без опорных колонн для двутавровых прокатных профилей

Стыки колонн должны удерживать соединенные элементы на одной линии, и, где это возможно, элементы должны быть расположены так, чтобы центральная ось материала стыка совпадала с центральной осью секций колонны над и под стыком.Если секции колонны смещены (например, для поддержания постоянной внешней линии), момент, связанный с эксцентриситетом, должен быть учтен в конструкции соединения.

Проверки конструкции, необходимые для стыков с болтовыми соединениями колонн крышки, а также процедуры, рабочие примеры, подробные требования и таблицы расчетных сопротивлений доступны в главе 6 «Зеленой книги» (SCI P358).

[вверху] Болтовые соединения «крышка и основание» или «торцевая пластина» для трубчатых и прокатных двутавровых профилей

 

Соединение «крышка и основание» или «торцевая пластина»

Этот тип стыка, состоящий из пластин, которые привариваются к концам нижней и верхней колонн, а затем просто скрепляются болтами на месте, обычно используется в трубчатых конструкциях, но также может использоваться для открытых секций.

Самая простая форма соединения показана на рисунке справа и является удовлетворительной, если концы каждого вала подготовлены так же, как для стыков подшипникового типа. Следует учитывать возможность реверсирования нагрузки в дополнение к требованиям устойчивости во время монтажа и привязки.

Несмотря на то, что они широко используются, трудно продемонстрировать, что соединения крышки и основания соответствуют требованиям BS EN 1993-1-8 [1] , пункт 6.2.7.1 (14). Если используются эти типы стыков, обычной практикой является обеспечение того, чтобы пластины были толстыми, а болты располагались близко к фланцам, чтобы увеличить жесткость соединения.Могут использоваться удлиненные пластины с болтами за пределами профиля секции. Если стыки крышки и опорной плиты расположены вдали от точки фиксации, следует уделить особое внимание обеспечению соответствующей жесткости, чтобы конструкция элемента не стала недействительной.

Соединения колонн «крышка и основание» или «торцевая пластина» рассматриваются в главе 6 «Зеленой книги» (SCI P358). Приведены подробные требования, процедуры проектирования, рабочие примеры и таблицы проектных сопротивлений.

[вверх] Основания колонн

 

Типовые основания колонн

Типовые основания колонн, как показано на рисунке справа, состоят из одной угловой пластины, приваренной к концу колонны и прикрепленной к фундаменту с помощью четырех прижимных болтов.Болты залиты в бетонное основание в установочных трубках или конусах и снабжены анкерными пластинами для предотвращения выдергивания. В пространство под плитой заливается высокопрочный раствор (см. Рисунок ниже).

Такие основания колонн часто подвергаются только осевому сжатию и сдвигу. Однако подъем и горизонтальный сдвиг могут быть расчетным случаем для оснований колонн в подкрепленных отсеках.

 

Болты крепления основания колонны

Соединение с основанием колонны

 

Пример срезного патрубка

Простая прямоугольная или квадратная опорная плита почти повсеместно используется для колонн простой конструкции.Опорная плита должна быть достаточного размера и прочности, чтобы передавать осевое сжимающее усилие от колонны к фундаменту через подстилочный материал без превышения местного несущего сопротивления фундамента.

Доступен инструмент для проектирования опорной плиты.

Основания колонн обычно предназначены для передачи усилия от колонны на опорную плиту при прямом опоре. Прижимные системы предназначены для стабилизации колонны во время строительства и противодействия любому поднятию в отсеках с раскосами.В некоторых случаях предполагается, что небольшой горизонтальный сдвиг также переносится прижимными болтами.

[вверху] Горизонтальный перенос сдвига

Способ передачи горизонтальных поперечных сил на фундамент недостаточно изучен. Некоторые проектировщики проверяют сопротивление прижимных болтов и обеспечивают их надлежащую заделку. Эта практика успешно применяется для оснований портальной рамы, которые несут значительный сдвиг.

Скрепленные отсеки могут иметь относительно высокие поперечные силы.Проектировщики могут предпочесть приварку срезного патрубка к нижней стороне опорной плиты, хотя выемка может усложнить заливку фундамента, и необходимо уделить особое внимание операции заливки цементным раствором. Методы проектирования, охватывающие этот тип деталей, приведены в «Зеленой книге» (SCI P398).

Сдвиг между концом колонны и опорной пластиной будет передаваться сварными швами между колонной и опорной пластиной. Сварные швы могут быть нанесены только на стенку или вокруг частей профиля — обычно оказывается, что сопротивление сварного шва более чем адекватно для умеренных сил сдвига.

[вверху] Соединения жесткости

 

Типовое соединение распорок с косынкой

Крепежные элементы включают в себя плоские поверхности, уголки, швеллеры, двутавровые и полые секции. Крепежные устройства могут включать в себя элементы жесткости, работающие только на растяжение или как на растяжение, так и на сжатие. В большинстве случаев элемент жесткости прикрепляется болтами к косынке, которая сама приваривается к балке, к колонне или, как правило, приваривается к балке и ее концевому соединению, как показано на рисунке справа.

Системы жесткости обычно анализируются исходя из предположения, что все силы пересекаются по осевым линиям стержня. Однако реализация этого предположения в деталях соединения может привести к соединению с очень большой косынкой, особенно если распорка неглубокая или крутая. Часто удобнее расположить пересечения стержней, чтобы получилось более компактное соединение, и локально проверять влияние вводимых эксцентриситетов.

Соединения жесткости обычно выполняются с помощью болтов без предварительного натяжения в отверстиях с зазором.По крайней мере теоретически это допускает некоторое движение в соединении, но на практике это игнорируется в ортодоксальной конструкции. В некоторых случаях движение при реверсе может оказаться неприемлемым — в этих обстоятельствах следует использовать предварительно загруженные соединения.

Общий процесс проектирования:

  • Определите путь нагрузки через соединение
  • Сделайте соединение таким образом, чтобы обеспечить реализацию проектного замысла элементов, например: балочные соединения остаются номинально закрепленными
  • Учитывать влияние любого значительного эксцентриситета
  • Проверьте компоненты в соединении.

Штифтовое соединение для трубчатого элемента связи

Правила проектирования для определения сопротивления косынки приведены в «Зеленой книге» (SCI P358).

Также доступен инструмент для проектирования косынок.

[вверху] Специальные соединения

Соединения стальных конструкций для простой конструкции, показанные выше, обычно дают наиболее экономичный стальной каркас. Отказ от этих подключений неизбежно приведет к увеличению общей стоимости.Увеличение затрат на чертежи, изготовление и монтаж может составить более 100%, если нестандартные соединения образуют большинство используемых соединений.

Часто можно избежать необходимости в специальных соединениях, разумно подбирая размеры элементов. Конструкция с минимальным весом вряд ли окажется наиболее рентабельной. Поэтому хорошей экономической практикой является обеспечение возможности размещения стальных конструкций с осевыми линиями на установленных решетках. По возможности верхние полки балок должны быть на постоянном уровне, но это менее критично с точки зрения стоимости, чем эксцентриковые соединения.

При проектировании специальных соединений можно использовать модифицированную версию одного из стандартизованных соединений, указанных в Зеленой книге, при условии дополнительных проверок конструкции. Принципы проектирования и правила определения размеров компонентов, приведенные в Зеленой книге, должны быть включены в проект соединений в максимально возможной степени.

Типичные примеры ситуаций, когда требуются специальные соединения, представлены в «Зеленой книге» (SCI P358).

[вверх] Список литературы

  1. 1.0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 BS EN 1993-1-8: 2005. Еврокод 3: Проектирование металлоконструкций. Дизайн стыков, BSI
  2. 2,0 2,1 2,2 NA согласно BS EN 1993-1-8: 2005. Национальное приложение Великобритании к Еврокоду 3: Проектирование стальных конструкций. Дизайн стыков, BSI
  3. ↑ Публикация ECCS № 126 Европейские рекомендации по проектированию простых соединений в стальных конструкциях.J. P. Jaspart et al. 2009 г.
  4. ↑ BS EN 1991-1-7: 2006 + A1: 2014. Еврокод 1: Воздействие на конструкции. Общие действия. Случайные действия. BSI
  5. ↑ NA + A1: 2014 к BS EN 1991-1-7: 2006 + A1: 2014. Национальное приложение Великобритании к Еврокоду 1: Воздействие на конструкции. Общие действия. Случайные действия. BSI

[вверх] Дополнительная литература

  • Руководство конструктора по металлу, 7-е издание. Редакторы Б. Дэвисон и Г. В. Оуэнс. Институт стальных конструкций 2012, Глава 27
  • Архитектурный дизайн из стали — Требилкок П. и Лоусон Р. М., опубликованные Spon, 2004 г.

[вверх] Ресурсы


Инструменты для проектирования соединений:

[вверху] См. Также

этапов сборки.(а) Бетонная колонна. (б) Стальная балка. (c) Бетон …

Исходная публикация

Интегральные опорные мосты становятся довольно распространенными из-за проблем с долговечностью подшипников и компенсаторов. В то же время среди мостов с короткими и средними пролетами многобалочный железобетонный композитный настил с горячекатаной балкой представляет собой экономичную и интересную альтернативу традиционным решениям из предварительно напряженного бетона. Две концепции c …

Для исследования карты профиля сварных швов и механизма их образования при газовой дуговой сварке (GMAW) сварка валиком на пластину проводилась с разными средними токами и размерами размер сварного шва.Результаты показывают, что профиль сварных швов можно разделить на три этапа в соответствии с объемными соотношениямиh …

… По сравнению с образцом без предварительного отверстия, предельная несущая способность образцов изоляции перед отверстием была немного больше, начальная жесткость и максимальные изгибающие моменты по сваям немного меньше. [4] [5] [6] [7] 。 整体 桥 的 力学 性能 与 有 缝 桥 区别 较大 , 特别 是 在 温度 [4,6, [8] [9] [10] [11] [ 12] [13] [14] [15] [16] 及 地震 [13, [17] [18] [19] [20] [21] [22] 下 体 整 产生 的 纵 桥 向 »需 传递 至 下部 结构 , 需要 考虑 下部 结构 — 土 相互作用。 这 是 限制 整体 桥 工程 应用 的 主要 因素 的 学者 研究 在 变形 作用 整体 桥 中 荷载、 纵 桥 向 剪力 和 弯矩 共同 作用 台 桩 的 顶部 区域 通常 最先 发生 破坏 [13] [14] [15] [16]。 在 地震 的 产生 的 力 由 下部结构 、 台 后 填土 和 桩 周 土 来 , 台 处 桩 的 顶部 区域 的 位移 和 弯矩 最大 , 且 弯矩 值 随 密实 度 增加 而 出现最主要 的 极限 状态 [13, [20] [21] [22] 因此 台下 的 桩 成为 整体 桥 最 的 部位 之一。 整体 桥 常[13,16,23] ; 而 我国 整体 桥 以 混 桩 为主 , 其 刚度 大 , 变形 能力 小 [3,6,11,14, [18] [19] , 限制 体 桥 在 我国 应用与 发展。 为了 吸收 由 主 梁 温度 缩 变形 产生 并 传递 至 桩 的 纵 桥 向 位移 , 通常 采用 包 布 法 [24] 和 扩孔 法 [15, [25] [26] [27] [ 28] [29] [30] [31] [32] 增加 桩 的 侧向 变形 能力。 包 布 隔离 法 是 桩 的 顶部 包 双层 厚 使 的 顶 部 在 竖向 平面转动 能力。 实测 可知 包 布 隔离 法 不足 对 桩 侧向 变形 能力 的 增 大幅度 有限 [24]。 扩孔 法 是 长度 范围 内 预 挖 大 直径 , 待 桩 就位后 , 在 桩 周 空隙 内 可 填充 填料 , 减少 土 对 桩 的 水平 约束。 该 方法 已 被 国外 一些 整体 桥 设计 大桥 所 采用 [15, [25] [26] [27] [ 28] [29] [30] [31] [32] 有 学者 针对 整体 桥 的 扩孔 H 型钢 桩 受 力 进行 研究 [26] [27] [28] 。YANG 等 学者 分析 了 扩孔 深度与 桩 周 土 类型 时 , H 型钢 桩 竖向 与 水平 位移 之间 的 关系 [26] AROCKIASAMY 等 学者 对 孔内 填 砂 、 扩孔 深度 、 桩 、 位 高度 、 桩周 土 类型 及 桩 的 朝向 等 进行 分析 发现 孔内 填 砂 后 , 扩孔 H 型钢 桩 的 顶部 水平 位 移 取决于 的 密实 度 ; 未 桩 相比 , 桩的 侧向 柔 度 更大。 当 桩 周 土 同时 , 扩 孔 H 型钢 桩 的 剪力 、 轴 力 、 弯矩 和 水平 位移 分布 有所 差异 [27] 。KHODAIR 等 学者 针对 带 套 管孔 H 型钢 研究 发现 桩 顶 位移 , 随 套管 直径 增大 , 桩身 轴向 减少 , 水平 变形 能力 增加 [28]。 针对 整体 整 中 扩孔 混凝土 的 研究 大 大等 学者 采用 扩孔 混凝…

Головки железобетонных (RC) свай чрезвычайно легко повреждаются из-за продольных деформаций, вызываемых надстройками в интегральных опорных мостах (IAB) при колебаниях температуры и сейсмических воздействиях. Изоляционные сваи с предварительным бурением могут быть получены путем предварительного бурения отверстий большого диаметра (предварительного бурения), заполненных демпфирующими материалами, что может улучшить сейсмические характеристики свай RC в IAB. В качестве тематического исследования был выбран ворс под абатментом в IAB. Квазистатические испытания с учетом различных диаметров предварительного отверстия и демпфирующих материалов (резиновые частицы и пена) были проведены для анализа механических характеристик взаимодействия изоляционной сваи с грунтом перед отверстием.Результаты показывают, что, когда нагрузки достигли пикового значения, в образце без предварительного отверстия наблюдалось отделение кучи от песка; В образцах были обнаружены расслоения демпфирующего материала и демпфирующего материала-песка, когда диаметр предварительного отверстия был в 2 раза больше диаметра сваи; Горизонтальное смещение сваи полностью поглощалось деформацией частиц резины в образце с предварительным отверстием, заполненным частицами резины, когда диаметр предварительного отверстия был в 3 раза больше диаметра сваи. Следовательно, диаметр забоя можно рассматривать как ключевой параметр, который может влиять на способ передачи горизонтального смещения сваи на демпфирующие материалы.По сравнению с образцом без предварительного отверстия петли гистерезиса образцов изоляции предварительного отверстия были более полными, а эквивалентные коэффициенты вязкого демпфирования были больше. Можно сделать вывод, что энергия демпфирующих материалов может рассеиваться в забуренных изоляционных сваях. Рассеяние энергии образца с предварительным отверстием, заполненным частицами резины, сильнее, чем у образца, заполненного пеной. Это потому, что деформационная способность и характеристики автоматического сброса свободных частиц резины могут способствовать рассеиванию энергии; однако на вязкость и характеристики демпфирования пены будет влиять ее целостность.Жесткость p-y кривых образцов изоляции перед отверстием в пределах глубины предварительного отверстия была значительно ниже, чем у образца без предварительного отверстия (максимальное уменьшение 45,1%). При увеличении диаметра предварительного отверстия или уменьшении жесткости демпфирующих материалов коэффициенты модуля упругости грунта уменьшаются. По сравнению с образцом без предварительного отверстия, предельная несущая способность образцов изоляции предварительного отверстия была немного больше, начальная жесткость и максимальные изгибающие моменты вдоль свай были немного меньше.

… Швы SHC обладают хорошей пластичностью, и предельный момент швов в основном определяется вкладом арматуры в бетонную плиту [9]. Соединения SHC были также испытаны под действием положительного изгибающего момента и циклических нагрузок [12] . …

Короткие и средние пролеты неразрезные железобетонные композитные (SCC) балочные мосты становятся все более популярными. Нельзя игнорировать проблемы, вызванные отрицательным изгибающим моментом в неразрезных балках SCC.Чтобы исследовать характеристики неразрезных соединений между соседними балками SCC, состоящими из стальных концевых пластин и срезной стойки с головкой, соединенных с бетонной поперечной балкой, модель конечных элементов была построена с использованием программного обеспечения ABAQUS, точность которого была подтверждена экспериментальными результатами. . Параметрический анализ был проведен для изучения влияния прочности и коэффициента усиления бетонных плит в балках SCC, а также диаметров шпилек с горизонтальной головкой сдвига на характеристики соединений.Максимальный момент соединения увеличивается с увеличением прочности и степени армирования бетонной плиты и диаметров срезных шпилек с горизонтальной головкой.

… Kim et al. (2012) предложили четыре соединения с использованием резьбовых стержней и соединителей с перфорированной связкой и сравнили соединения с двумя эмпирическими. Briseghella and Zordan (2015) предложили новое соединение опор с балкой и провели испытания поведения соединения в условиях провисания и заклинивания. Элми и Накамура (2017) предложили новую форму стального железобетонного балочного моста, в котором в соединениях опор-балка использовались соединители из перфобонда, и провели испытания для изучения влияния типа балки на соединение балка-опора….

Для достижения рациональной детализации стыков между балкой и примыканием в композитных интегральных мостах, а также для проверки характеристик стыков с соединителями перфобонд, в данной статье предлагаются два инновационных типа I-образных стыков между стальной балкой и бетонным примыканием с перфобондом. соединители предназначены для максимальной несущей способности и удобства заливки бетона. Основное различие между двумя соединениями — наличие верхнего фланца внутри абатментов. Две масштабные модели были исследованы с помощью испытаний и методом конечных элементов, и был выявлен механизм повреждения.Результаты показывают, что соединения соответствуют проектным требованиям независимо от наличия верхнего фланца. По сравнению с соединением без верхнего фланца начальная жесткость соединения с верхним фланцем выше на 7%, а прочность выше на 50%. В обоих типах шарниров момент уменьшается линейно. При расчетных нагрузках соединители из перфорированной стали принимают около 70% и 50% внешнего момента с верхним фланцем и без него, соответственно, в то время как при предельных нагрузках соединители из перфорированной стали принимают соответственно 53% и 26% внешнего момента.Предел прочности сокращенных сечений предлагается принимать как прочность соединений на изгиб.

… Мостовые компенсаторы — дорогостоящая покупка, установка и обслуживание. Для решения этой проблемы были предложены неразрезные и бесстыковые мостовые настилы с соединительными плитами, соединяющими соседние балки [105] [106] [107] [108]. В нескольких исследованиях [110] [111] [112] [113] [114] сообщается, что пластичные бетонные материалы, известные как инженерные цементные композиты (ECC), со стандартной стальной арматурой могут применяться в соединительных плитах для формирования соединительных плит ECC….

Благодаря превосходным механическим свойствам и долговечности, бетон со сверхвысокими характеристиками (UHPC) широко используется для проектирования различных типов конструкций, а исследования его характеристик в последние пять лет стремительно расширяются. . Хотя применение UHPC в мостостроении ограничено из-за его более высокой стоимости, относительно мало известно о механическом поведении UHPC в различных компонентах мостов. Чтобы информировать о будущих потребностях в исследованиях, в этой статье представлен всесторонний обзор свойств UHPC и его применения в мостостроении.Обобщены применения в различных компонентах мостов, таких как опоры, фермы, настилы и соединительные плиты, используемые для бесшовных мостов. В этом обзоре также обсуждаются будущие исследования оптимизированных конструкций смесей UHPC с учетом экономической стоимости и их применения как в шарнирных, так и в бесшовных мостах.

… Палубные сочленения считаются наиболее уязвимыми элементами существующих многопролетных мостов с простой опорой на балках из-за влияния консервативного набора расчетных температурных параметров и перегрузки транспортных средств (Briseghella & Zordan 2007 , Briseghella & Zordan 2015 , Сюэ и др.2018c. Чтобы в корне решить проблемы, вызванные стыками палубы, широко изучалась и использовалась концепция бесшовных мостов (Chen et al. 2018, Lin et al. 2020a, Xue et al. 2016, Xue et al. 2018a. .. .

Соединительная плита предлагается для устранения стыков настила для многопролетных мостов с простой опорой на балках. Однако обычная железобетонная (ЖБ) соединительная плита имеет тенденцию образовывать трещины, которые вызывают утечку и разрушение. Для повышения трещиностойкости ЖБИ соединительная плита, предлагается соединительная плита из бетона сверхвысоких характеристик (UHPC).На основании результатов испытаний соединительной плиты UHPC при монотонной растягивающей нагрузке была подтверждена достоверность и точность модели конечных элементов (МКЭ), построенной ABAQUS. Параметрический анализ на основе проверенного МКЭ был проведен для изучения влияния различных параметров на поведение при растяжении соединительной плиты UHPC. Результаты показывают, что с увеличением длины резинового листа или коэффициента армирования максимальное напряжение бетона на верхнем волокне уменьшилось на 13,8% и 17,9% соответственно. На жесткость при растяжении в основном влияют длина резинового листа и толщина соединительной плиты.

… Однако стык палубы может быть поврежден из-за циклических изменений температуры и эрозии, вызванной дождем. Это дополнительно повлияет на трафик и увеличит расходы на техническое обслуживание, Zordan & Briseghella 2011 , Briseghella & Zordan 2015 , Chen et al. 2018. Бесщеточный мост устраняет компенсатор на обоих концах моста, тем самым решая проблемы уязвимости, вызванные компенсатором, снижая стоимость жизненного цикла и повышая комфорт при вождении, Xue et al.2016, Сюэ и др. 2018a, Lin et al. 2020. …

Подходящая плита бесшовного моста может поглощать и передавать деформацию балок из-за колебаний температуры. Однако реакции подходящей плиты могут влиять на механическое поведение бесшовных мостов. Самым распространенным типом подходной плиты в мостах без швов является плоская подходная плита (GFAS). Длина подходной плиты, скользящего материала и материала земляного полотна может влиять на напряжения в подходных плитах и ​​балках.Влияние плит на подходе обычно не учитывалось. В этой статье в качестве примера был выбран один мост Deck-Extension Bridge (DEB). Были построены конечно-элементные модели балок и GFAS. На основе кривой «сила-смещение» и коэффициента трения, полученных в результате лабораторных испытаний, горизонтальные и вертикальные пружины использовались для моделирования трения в материалах скольжения и опорах под GFAS. Результаты показывают, что метод моделирования упрощенной пружины более ограничен, чем метод моделирования элемента оболочки, законы влияния двух соединительных структур шарнирной и фиксированной различаются.Влияние параметров на боковой пролет больше, чем на средний пролет.

… (3) Следует использовать мостовидную конструкцию без швов [46]. Бесстыковой мост не имеет компенсаторов, а упор непосредственно соединен с надстройкой моста, что может уменьшить деформацию настилов моста [47, 48] . По сравнению со связанной арочной конструкцией опоры бесшовных мостов будут испытывать боковые силы от настилов, что требует более прочной конструкции для боковых нагрузок на опоры….

Подвески являются важными растягивающими элементами в полупроходных арочных мостах и ​​сквозных арочных мостах (HTAB и TAB). Конструкции плавающего настила HTAB и TAB обычно вызывают продольную деформацию и вращаются под действием температуры и температурного градиента, что вызывает деформацию изгиба в местах крепления подвесок с фиксированным концом. Эта деформация изгиба может вызвать неблагоприятное напряжение изгиба для подвесок и снизить прочностные и усталостные свойства семипроводных прядей в подвесках.Во-первых, теоретические выводы и анализ методом конечных элементов проводятся для изучения напряжения изгиба подвесок, вызванного деформацией изгиба. Мы обнаружили, что напряжение изгиба подвесок в основном возникает из-за бокового изгиба, вызванного разницей в продольном смещении на обоих концах подвесок под действием температуры. Впоследствии с помощью МКЭ и экспериментального исследования был получен предел прочности на разрыв семипроволочных жил при боковом изгибе. Предел прочности на разрыв семипроволочных жил может снизиться на 23.3% с учетом бокового изгиба. Кроме того, соотношение между усталостными свойствами семипроводных жил и поперечным изгибом получается на основе наблюдения за пределом прочности при растяжении при поперечном изгибе. Боковой изгиб существенно влияет на усталостные свойства семипроволочных жил. Когда угол бокового изгиба достигает примерно 50 мрад, сопротивление усталости семипроводных жил падает почти на 40%. Значительное снижение прочностных и усталостных свойств семипроводных прядей указывает на то, что боковой изгиб оказывает значительное неблагоприятное влияние на подвески, состоящие из семипроволочных прядей.Наконец, рекомендуется использовать структуру связанной арки для HTAB и TAB, чтобы смягчить неблагоприятное влияние бокового изгиба на подвесы.

… Поэтому особенно важно точно предсказать распределение температуры на закрытых поперечных сечениях балок. Более того, тепловое воздействие считается ключевым параметром не только для мостов с компенсаторами, но и для мостов без швов [7,13,22, [27] [28] [29] [30] [31] [32] [ 33] [34] [35] [36] [37] [38] [39]. Конечно-элементное моделирование — один из наиболее часто используемых и эффективных методов анализа распределения температуры на поперечных сечениях бетонных мостов….

На точность модели конечных элементов (МКЭ) для бетонных закрытых поперечных сечений балок существенное влияние оказывают тепловые граничные условия. Внутренние тепловые граничные условия можно моделировать, вводя коэффициент конвективной теплопередачи и температуры внутри полостей или устанавливая элементы воздуха в МКЭ. Чтобы проанализировать влияние различных методов моделирования внутренних тепловых граничных условий на распределения температуры для бетонных закрытых поперечных сечений балок, проводился мониторинг распределения температуры в поперечных сечениях коробчатой ​​балки, небольших коробчатых балок и смежных коробчатых балок. , и соответствующие МКЭ.Путем сравнения температурных данных, полученных в результате полевых испытаний и МКЭ, численные почасовые температурные кривые, рассчитанные с использованием измеренных температур внутри полостей, обеспечивают наиболее близкое согласие с измеренными результатами; однако измерение температуры на месте требует значительных затрат и времени. Когда нет измеренных температур внутри полостей, численные почасовые кривые температуры, рассчитанные путем определения элементов воздуха в FEM, обеспечивают наиболее близкое согласие.Влияние различных методов моделирования для внутренних тепловых граничных условий на самые высокие среднечасовые эффективные температуры и тенденции вертикальных градиентов температуры для бетонных закрытых поперечных сечений балок были небольшими. Конечный элемент с воздушными элементами может использоваться для анализа распределения температуры на бетонных закрытых поперечных сечениях балок в исторически экстремальных температурных условиях. Можно спрогнозировать, что продольное тепловое движение бетонных закрытых балок будет недооценено, если учесть изменения в измеренной за один год средней эффективной температуре поперечных сечений или расчетной эффективной температуре, указанной в китайских правилах, для конструкций автомобильных мостов, которые поэтому неконсервативны для инженерных приложений.Конструктивные вертикальные градиенты температуры, указанные в китайских нормах, являются консервативными для поверхности настила моста и неконсервативными для нижней полки.

… Более того, прерывание или ограничение движения во время совместного ремонта является недопустимым по стоимости и 50 времени (Briseghella and Zordan 2007; Briseghella and Zordan 2015; Chen et al. 51 2014; Pritzl et al. 2014; Сюэ и др., 2016). …

Для повышения долговечности бок о бок мостов с коробчатыми балками общий источник проблем с обслуживанием может быть устранен с помощью концепции бесстыкового моста.Ключевым вопросом является точная оценка среднего эффективного диапазона температур моста. В качестве примера был выбран мост-надстройка, содержащий бок о бок коробчатые балки. Отслеживалось распределение температуры по поперечному сечению моста и продольное тепловое перемещение надстройки. Были разработаны конечно-элементные модели надстройки моста, которые показали близкое соответствие с измеренными температурными характеристиками. Средняя эффективная температура поперечных сечений фермы может точно предсказать продольное тепловое движение надстройки.Самая высокая и самая низкая средняя эффективная температура моста для бок о бок коробчатых балок была оценена в 12 городах в 4 климатических регионах Китая в исторически экстремальных температурных условиях. Для большинства городов разница между самой высокой и самой низкой средней эффективными температурами моста превышала расчетный диапазон температур. Процедуры проектирования по китайским нормам могут переоценить допустимую длину мостов-надставок, поскольку они недооценивают изменение средней эффективной температуры моста.

… Из-за нелинейной неупругой реакции подстилающего грунта во время землетрясения, большая деформация грунта вызывает большие остаточные смещения и сейсмические силы на IAB после сильных землетрясений. Zhang et al. 2008 г.). Брисегелла и Зордан (2015), (2015), предложили для IAB специальный тип стыка из стали и бетона из композитных материалов, который легко построить и дает удовлетворительный отклик при циклической нагрузке. Были проведены полевые исследования с аналитической проверкой перекосов мостов, чтобы понять подробное поведение перекосов IAB (Deng et al.2015; Райт и др. 2015; Олсон и др. 2013; Куинн 2016). …

В мостовидном протезе со встроенными опорами (IAB) надстройка и опора монолитно сконструированы на стыке без каких-либо подшипников или компенсаторов. Это приводит к значительному снижению затрат на обслуживание моста. Однако интегральное соединение в месте соединения палубы с опорой вызывает значительное изменение поведения моста при термической нагрузке и землетрясении, поскольку надстройка (вместе с настилом моста и балками), опора, фундамент, крыло и подходная плита могут действовать как единое целое. .Разные страны и соответствующие дорожные агентства приняли разные руководящие принципы для проектирования и строительства IAB. Несмотря на то, что в конструкции IAB было сделано много улучшений, все же есть много аспектов, требующих дополнительного внимания. Целью данной статьи является обзор прошлых исследований сейсмического поведения IAB, выполненных за последние три десятилетия, с учетом сейсмического взаимодействия грунт-конструкция. Также выделено несколько функций, которые необходимо решить в ходе дальнейших исследований.

Детализация соединений двутавровой балки с колонной CHS с внешними пластинами диафрагмы для сейсмических воздействий

В стальных зданиях полые круглые профили (CHS) имеют ряд преимуществ, таких как однородное поведение во всех направлениях, возможность получения композитного поведения за счет бетонное заполнение, следовательно, высокая прочность, стабильность и хорошая огнестойкость. Более того, их эстетическая привлекательность имеет большой потенциал для влияния на выбор лиц, принимающих решения (архитектора, владельца здания). Однако профили CHS не получили широкого распространения в современной практике из-за сложности и дороговизны их соединительных деталей.Их соединения изготавливаются с использованием большого количества сварных швов и местных ребер жесткости, что приводит к высоким затратам на изготовление и потреблению энергии, а также к низкой надежности конструкции при экстремальных нагрузках. В качестве возможного решения проблемы изготовления сложных соединений полых секций в данной статье освещаются возможности, предоставляемые технологией лазерной резки (LCT). LCT, освобожденный от ограничений традиционных методов резки (таких как большие зоны термического влияния, высокая потребность в техническом обслуживании, скорость от медленной до умеренной, низкая точность и низкое качество резки), может позволить упростить изготовление соединений полых профилей, обеспечивая существенная экономия затрат на изготовление стали и отходов материалов.В этой статье обобщаются проблемы, возникающие при соединении трубчатых конструкций, и представлен всесторонний обзор литературы, содержащий рекомендации по проектированию, касающиеся соединений полых секций, использования различных материалов (высокопрочная сталь, нержавеющая сталь) и конфигураций (внешняя диафрагма, железобетонный композит. , проходные, фермовые стыки). В нем представлены параметры процесса LCT в зависимости от различных сталей (углеродистых, высокопрочных, нержавеющих), структурной целостности профилей, вырезанных лазером (вопросы, связанные с зоной термического влияния, статическими и усталостными свойствами, влиянием состояния поверхности, геометрией разреза и сварка), доступные возможности структурной резки (для отверстий под болты, перфорация балок, открытые и полые профили), допуски резки, а также их влияние на сварку, а также стоимость LCT и воздействие на окружающую среду.Наконец, были представлены текущие результаты текущего европейского исследовательского проекта, в котором изучается изготовление соединений полых секций с использованием LCT.

Соединительная балка — обзор

(b) Вывод

Вкратце, теория Росмана ( 2 ) выводится следующим образом. Отдельные соединительные балки конечной жесткости I p заменяются непрерывным соединением или пластинами высотой dx и жесткостью I p dx / h (рис.8 (а) и (б)). При равномерно распределенной горизонтальной нагрузке стенки прогибаются, создавая в пластинах поперечные силы v . Если пластинки считаются разрезанными в середине отверстия (через предполагаемые точки обратного изгиба), то, учитывая их деформацию, можно установить дифференциальное уравнение второго порядка в T , где T = ∫ x 0 v dx. Решение этого дифференциального уравнения для различных граничных условий (здесь важна фиксированная база) приводит к уравнению для T , из которого можно определить моменты и осевые нагрузки в стенах.После того, как T нанесен на график, как показано на рис. 8 (c), можно определить распределение поперечных сил v пластин и вычислить моменты в соединительных балках.

РИС. 8.

Для анализа системы связанных стенок сдвига этим методом требуется большой объем расчетов. Предлагаемое здесь упрощение позволяет выполнить расчет на одной странице с достаточной точностью для проектирования.

Упрощение получено с использованием аппроксимации диаграммы силы сдвига пластин, показанной на рис.8 (г). Он сконструирован путем соединения силы сдвига пластин в верхней части v t , максимальной силы сдвига пластин v м и нулевой точки в основании, как показано на рисунке. Две верхние точки ( v t , 0) и ( v m , z ) могут быть определены быстро. Для наиболее распространенного случая фиксированного основания (или жесткой нижней концевой балки) и одной полосы проемов при равномерно распределенной нагрузке теория Росмана дает

(1) T = C sinh αx − 2βα2 ​​(ch αx − 1) + βα2×2

где

C = 1cosh αH⋅2βα3 (sinh αHα − H) = 2βα4 (1 − αHcosh αH)

, когда sinh αH = cosh αH.

Решение (1) для x = h /2 дает значение поперечной силы в верхней концевой балке V t , которая, в свою очередь, при делении на h /2 дает v t .

Во-вторых, величину и местоположение максимальной силы сдвига пластин v m можно определить следующим образом. Сдвиг балки является максимальным там, где изменение интегральной силы сдвига T является максимальным; другими словами, где наклон кривой T минимален.Если положение максимального сдвига балки находится на расстоянии z от верха, то, положив

d2Tdz2 = 0

, можно найти, что

(2) sinh αz = cosh αHαH.

Решая относительно z и подставляя в первую производную, можно определить значение v m . Следовательно,

(3) vm = 2βα3 (αz − 1).

Выводы ур. (2) и (3) содержатся в Приложении 1. Следует отметить, что при выводе предполагается, что sinh αz = ch αz, что неизменно верно.

Теперь упрощенное распределение поперечных сил пластин можно построить, соединив точки ( v t , 0) и ( v m , z ) прямой линией и точками ( v m , z ) и ( O, H ) по параболе. Лучше всего нанести эти значения в масштабе и нарисовать параболу графическими методами.

После построения упрощенной диаграммы поперечных сил пластин можно быстро определить величину осевых сил в стенах и изгибающих моментов в стенах или соединительных балках на любом уровне.

Осевая сила в стене в любом месте

= площадь на упрощенной диаграмме

= интегральная сила сдвига T .

Момент инерции в стене I 1 на расстоянии x от вершины

= (wx22 − Tl) I1I2 + I2

Момент в любой соединительной балке на расстоянии x сверху

= vbh3.

Точность упрощенного метода продемонстрирована на рис.9 и 10, на которых показаны результаты расчетов с использованием теории Росмана в сочетании с шириной плиты 21 фут 4 дюйма и 4 фута 4 дюйма соответственно. Это те же расчеты, которые использовались в сочетании с модельными испытаниями, описанными в Части 1, но не сводящиеся к масштабу модели и нагрузке. Можно видеть, что упрощенная кривая v близко аппроксимирует фактическую кривую в обоих случаях, несмотря на большую разницу в жесткости полосы плиты. Значения изгибающего момента и интегральной поперечной силы, рассчитанные по упрощенной теории, также очень хорошо согласуются с распределениями по методу Росмана, разница не превышает 9% в областях с большим моментом стенки.

РИС. 9.

РИС. 10.

В качестве примера краткости упрощенного метода расчеты стены на рис. 9 показаны в Приложении 2.

Таким образом, упрощенная теория позволяет проектировщику быстро рассчитать моменты и сдвиги в система парных стен, и результаты будут достаточно точными для целей конструкторского бюро. После завершения этих расчетов элементы, проходящие между стенками, работающими от сдвига, будь то настоящие балки или полосы перекрытия, могут быть усилены, чтобы выдерживать расчетные моменты с использованием традиционной теории упругости.Иногда эти моменты могут оказаться чрезмерными, или экономия может потребовать размещения меньшего количества арматуры в балках или полосах перекрытий за счет некоторого утолщения стен. Затем можно усилить все соединительные элементы на фиксированную пропорцию моментов, рассчитанных по вышеупомянутой теории, тем самым заставляя их деформироваться, когда горизонтальная нагрузка превышает определенное значение. Таким образом, в балках развиваются моменты текучести, и система может быть решена. В этом последнем методе необходимо соблюдать осторожность, чтобы гарантировать, что балки или полосы перекрытия могут подвергаться требуемому вращению в диапазоне пластичности. (6)

Изготовление стальных стыков двутавровой балки и колонны с лазерной резкой с минимальным количеством сварных швов

Основные характеристики

Представлен новый метод соединения, позволяющий преодолеть сложность стальных соединений между КНС -колонны и двутавры.

Это будет достигнуто с использованием технологии лазерной резки (LCT) во время изготовления стыков.

Параметры LCT, допуски профиля и типы сварки были исследованы с использованием нескольких размеров колонн и балок.

Общее время резания в основном зависит от толщины профиля, качества поверхности и угла фаски.

Предлагается комплексный подход к изготовлению, при котором профили автоматически измеряются, вырезаются и маркируются.

Реферат

Доступные способы соединения двутавровых балок с колоннами CHS сложны и дороги. Обычно им требуются местные ребра жесткости и косынки, чтобы обеспечить эффективную передачу нагрузки между балкой и колонной, что приводит к чрезмерному количеству сварочных работ, поскольку прямая приварка балок к поверхности колонны увеличивает уязвимость соединения к местным деформациям.Эти проблемы препятствуют широкому использованию профилей CHS в качестве колонн в строительном секторе, хотя они обладают превосходными структурными и архитектурными свойствами. Исследователи во всем мире изучают возможности упрощения изготовления и повышения структурных характеристик таких соединений. В данной статье предлагается решение «LASTEICON» для достижения этой цели: стыки с «проходящими» лучами, полученные с помощью технологии лазерной резки (LCT). Благодаря LCT количество сварочных работ и время изготовления таких трубных соединений могут быть значительно сокращены, что позволяет добиться большей точности и более высокого качества сборки стыков, а также повысить безопасность рабочего места за счет меньшего количества ручной работы и большей автоматизации, запрограммированной на компьютере.При разработке этого нового типа соединения первым шагом было исследование деталей изготовления, включая допуски, необходимые для пазов, параметры лазерной резки и аспекты сварки. В этой статье представлен весь процесс изготовления, применяемый к соединениям, собранным с различными размерами колонн и балок, а также типами сварки, с количественной оценкой времени и ресурсов, затраченных на процесс. Кроме того, было предоставлено подробное описание процедуры лазерной резки, чтобы показать ее потенциал в секторе стальных конструкций.

Ключевые слова

Технология лазерной резки

Трубные конструкции

Соединения CHS

Соединения с полым профилем

Допуски

Изготовление стыков

Проходящие соединения

Угловой шов

Рекомендуемый

Частичный проплав

Полный проплав

статьиЦитирующие статьи (0)

Полный текст

© 2018 Elsevier Ltd. Все права защищены.

Рекомендуемые статьи

Ссылки на статьи

Строительные методы, преимущества и применение в строительстве

Наиболее распространенным стальным элементом, используемым для строительства зданий, является двутавровая балка, названная так потому, что горизонтальное поперечное сечение балки напоминает заглавную букву «I.«Балку также называют балкой или балкой. Он имеет фланцы, прикрепленные по обе стороны от центрального сердечника.

Другое название этого типа конструкции — жесткий каркас или сплошной стальной каркас. Балки бывают разной длины и имеют рейтинги, которые указывают на величину веса, которую они могут выдержать, а также на их размер. Неудивительно, что конструкция с жестким каркасом была разработана в таких городах, как Чикаго и Кливленд, в конце 19 — начале 20 века.

В этом посте будут описаны типичные методы строительства жестких каркасов двутавровых зданий и рассмотрены преимущества использования двутавровых конструкций.Мы также рассмотрим применение в строительстве двутавровых балок и поговорим о том, когда это может быть неуместно.

Что такое дом из стального двутавра?

В здании из стальной двутавровой балки основная рама сделана из стали и служит опорой для здания.

  • Ферма — это элемент с четырьмя секциями, собранный на земле
  • Имеются две колонны боковых стенок и две секции балки крыши
  • Каждая ферма двутавровой балки поднимается и прикручивается болтами или формируется в бетонный фундамент с интервалами от 20 до 30 футов.

Между фермами устанавливаются стальные прогоны и фермы горизонтально по стене и крыше. После установки прогонов и балок рабочие устанавливают изоляцию и защитную пленку, а затем создают проемы для дверей и окон.

Двутавровые балки прокатываются, свариваются или прессуются на металлообрабатывающем оборудовании, которое быстро создает балку стандартного размера. Другой метод изготовления, называемый «пластинчатая балка», создается путем клепки или сварки частей стального листа.Слово «жесткий», как в «жестком каркасе», относится к способности конструкции двутавровой балки сопротивляться деформации.

Что такое жесткая рамная конструкция?

Жесткая конструкция рамы обеспечивает устойчивость к вращению, что улучшает способность рамы выдерживать вертикальные нагрузки и увеличивает долговечность всей конструкции. Соединения в жесткой раме могут быть полностью фиксированными с полностью закрепленными соединениями, которые не могут вращаться, или они могут быть штыревыми соединениями, которые позволяют элементам свободно вращаться.

  • Слово жесткое используется, потому что соединения балки с колонной классифицируются как жесткие.
  • Рама предназначена для передачи торцевых моментов балки и поперечных сил на колонны без необходимости использования систем распорок для сопротивления поперечной нагрузке.
  • Устойчивость рамы обеспечивается исключительно жесткими соединениями и жесткостью двутавровых балок.

Жесткие соединения представляют собой соединения концевой пластины на всю глубину, обычно создаваемые с помощью болтового соединения балки с колонной.Сварное соединение может использоваться и может потребоваться в сейсмически активных регионах. Сварные соединения обеспечивают полную целостность момента, но будут немного дороже, чем болтовые соединения. Рекомендуется, чтобы сварные соединения были изготовлены заранее, а не на месте.

Жесткие соединения рамы передают движения конца балки и поперечные силы в колонны. Соединения вращаются как единое целое, и элементы все время сохраняют одно и то же угловое соотношение. Жесткая рама намного прочнее столбово-балочной конструкции и может выдерживать более тяжелые вертикальные нагрузки.

Без жесткого каркаса небоскребы были бы невозможны.

Преимущества металлоконструкций двутаврового дома

Стальная двутавровая конструкция очень экономична и энергоэффективна. Для пассажиров полы нечувствительны к вибрации и поэтому создают более комфортную среду. Другие преимущества включают:

  • Большие пролеты
  • Соединения, которые лучше работают в условиях реверсирования нагрузки и сейсмических ситуаций
  • Несколько ограничений по ширине здания
  • Принимает более высокие снеговые нагрузки при более близком размещении фермы
  • Доступен и знаком большинству строителей
  • Стены не поддерживают структуру здания.

Каркас с прозрачными пролетами передает нагрузку на стороны здания, что позволяет создавать широкие открытые пространства без колонн. Ваше здание с жестким каркасом может иметь сотни футов открытого пространства, что идеально подходит для складов, ангаров и сельского хозяйства.

Жесткий каркас довольно рентабелен для больших неизолированных и утепленных зданий, таких как склады. Ангар для самолетов — это еще одна конструкция, в которой изоляция может понадобиться, а может и не потребоваться. Однако большие двери и вход и выход самолетов затрудняют контроль микроклимата во всем здании.

Строительство с двутавровыми балками обычно требует работы крана или другого тяжелого оборудования. В зависимости от размера здания и степени предварительной инженерии, выполненной производителем, может потребоваться сварка. Кроме того, жесткая рама более сложна, чем некоторые другие типы стальных конструкций, но, поскольку она обычно используется для больших зданий и специальных применений, сложность перевешивается ее стабильностью.

Вы можете подумать, что двутавровая конструкция ограничивает ваше здание блочным видом, но с разнообразием отделки и отделки, доступной для стальных зданий; ваша структура может выглядеть почти как угодно.

Типы применения в строительстве с использованием жесткой каркасной конструкции

Здания с жестким каркасом используются для самых разных целей. Конструкция с прозрачным пролетом обеспечивает открытое пространство без перерыва. Открытые пролеты могут быть объединены во множество планов этажей с использованием внутренних панелей. Поскольку жесткая рама нечувствительна к вибрации, пассажиры не будут слышать и чувствовать людей или оборудование, движущееся по полу, как это было бы с другим типом конструкции.

На самом деле, многие из зданий, которые вы видите каждый день, могут быть построены из стальных двутавровых балок.

  • Металлические склады
  • Розничные магазины
  • Оборудование укрытий
  • Производственные предприятия
  • Церквей
  • Многоэтажные дома

Жесткая рама особенно подходит для зданий со специальным назначением, таких как больницы, белые комнаты, исследовательские центры и здания, в которых хранится оборудование, чувствительное к вибрации и деформации.

Жесткая каркасная или двутавровая конструкция — одна из самых прочных и устойчивых стальных конструкций здания.Это позволяет строить большие, широкопролетные строения. Поскольку сталь имеет такое высокое отношение прочности к весу, возможны очень высокие здания. Конструкция с жесткой рамой также адаптируема и универсальна по конструкции. Вы можете украсить фасад, чтобы он соответствовал практически любому дизайну, текстуре или внешнему виду, а размещение дверей и окон чрезвычайно гибко.

Жесткая рама может выдерживать высокие ветровые нагрузки, испытываемые высокими зданиями, поскольку сила вращения передается от балок к колоннам.Суставы остаются правильно ориентированными при любом повороте, вызванном такими нагрузками. Вы также пользуетесь всеми преимуществами, связанными со стальными зданиями, такими как более низкий страховой взнос.

Жесткая рама — очень распространенная форма стальной конструкции; большинство подрядчиков и строительных рабочих знакомы с этим типом строительства. У вас не должно возникнуть проблем с поиском кого-нибудь, кто сможет правильно построить ваше здание.


Стальная двутавровая балка видна повсюду.Очертания города усеяны зданиями, построенными из стальных двутавровых балок. Без прочности стали было бы невозможно построить жесткую рамную конструкцию, и без нее наш мир выглядел бы совсем иначе.

Анализ механического поведения болтовых соединений балка-колонна с различными конструктивными формами

Чтобы изучить механическое поведение болтовых соединений балка-колонна, точность и применимость модели конечных элементов были сначала проверены в соответствии с опубликованными эксперименты по соединению концевых пластин с использованием ABAQUS.Затем, чтобы обсудить механическое поведение соединений, были исследованы три полужестких соединения, которые удобны для сборных конструкций, в том числе угловые соединения верха и седла с перегородкой и ушной пластиной, соединение с удлиненной концевой пластиной и соединение Т-образным переходником. с использованием анализа численного моделирования для детального изучения и сравнения их емкости, гистерезисного поведения, пластичности и характеристик разрушения. Результаты показали, что построенные конечно-элементные модели могут эффективно моделировать поведение болтовых соединений при несении нагрузки как при однонаправленной, так и при циклической нагрузке.Три соединения показали хорошую несущую способность. Разъемы существенно повлияли на мощность рассеивания энергии под нагрузкой. Соединение с удлиненной концевой пластиной продемонстрировало наилучшие характеристики как с точки зрения механических характеристик, так и с точки зрения производства и установки, поэтому оно было бы предпочтительным вариантом.

1. Введение

Болтовые соединения балки и колонны обладают такими преимуществами, как высокая степень сборки, высокая скорость строительства, энергосбережение и защита окружающей среды, которые соответствуют требованиям промышленного строительства.Во время землетрясения в Нортридже в США в 1994 году и землетрясения в Кобе в Японии в 1995 году большое количество сварных соединений колонны балки показало хрупкое разрушение сварных швов нижних фланцев [1], что привело к жертвам, в то время как болтовые соединения были слегка повреждены и показали отличные сейсмические характеристики.

Соответствующие исследования [2–5] показывают, что механические характеристики болтовых соединений балки и колонны ограничены идеально жесткими соединениями и идеальными шарнирными соединениями, что свидетельствует о характеристиках полужестких соединений.Полужесткий характер соединений оказывает значительное влияние на общие характеристики конструкции, а его хорошая способность к деформации может оптимизировать распределение изгибающих моментов в стальной раме, улучшая конструкцию как по нагрузкам, так и по требуемому количеству стали [6–6]. 8]. Существуют различные структурные типы полужестких болтовых соединений, обычных соединений концевых пластин, стальных угловых соединений и стальных соединений с Т-образным сечением. Механические свойства этих трех типов соединений в стране и за рубежом были изучены [9–19]; однако испытания под нагрузкой и анализ переменных в основном проводились только на одном типе соединения без систематического сравнения и анализа сейсмических характеристик обычных типов полужестких структурных соединений, которые не могут использоваться для руководства инженерным проектированием.

Во-первых, на основе существующих экспериментальных исследований в данной статье использовалась программа анализа конечных элементов ABAQUS для создания аналитической конечно-элементной модели соединения концевой пластины, которая затем сравнивалась с экспериментальными результатами для проверки точности и применимости модель. Во-вторых, была создана аналитическая модель конечных элементов угловых соединений верхнего седла с перемычкой и ушной пластиной, расширенных соединений концевых пластин и стальных соединений Т-образного сечения, чтобы сопоставить и проанализировать рабочие параметры, такие как несущая способность, гистерезисные характеристики, пластичность и режимы разрушения.Подробно рассмотрены механические свойства полужестких соединений различных структурных типов, конструкций и предлагаемых конструкций. Затем дизайнеры могут выбрать подходящие типы соединений в соответствии с проектными требованиями.

2. Модель конечных элементов и экспериментальная проверка

Чтобы проверить точность и применимость модели конечных элементов, которая была установлена ​​в этой статье, испытание на монотонную нагрузку соединений концевых пластин, установленное Guo et al.[19] был выбран.

2.1. Модель конечных элементов

Модель конечных элементов состояла из стальных балок, стальных колонн, концевых пластин, ребер жесткости стенки и высокопрочных болтов фрикционного типа. Для моделирования был выбран восьмишарнирный шестигранный линейный редуцированный интегральный блок C3D8R, а уточнение сетки было выполнено вручную в областях концентрации напряжений, таких как отверстия для болтов. Материальные отношения стали взяты из литературных экспериментальных данных о свойствах материала.Боковые ограничения, граничные условия и системы нагружения конечно-элементной модели соответствовали эксперименту.

2.2. Экспериментальная проверка

Экспериментальные образцы от Guo et al. были спроектированы в уменьшенном масштабе 1: 2. Размеры сечения каждого элемента показаны в таблице 1. Коэффициент пластического модуля сечения балок и колонн составил 1,43, что соответствует проектным требованиям для сильных колонн и слабых балок « Нормы сейсмического проектирования зданий »(издание 2016 г.) (GB50011-2010) [20].Устройство для загрузки образцов показано на рисунке 1.

180148 Колонна 902 10 901 901

Детали Технические характеристики (мм) Материал

Q235
Балка h300 × 150 × 6 × 8
Ребро жесткости колонны 160 × 86 × 8
Торцевая пластина 380148 Болт 16
8М20, ур.10.9

Кривая сравнения угла изгибающего момента между анализом методом конечных элементов и экспериментом показана на рисунке 2, а сравнение типичных видов разрушения показано на рисунке 3. Это Можно видеть, что возможно моделировать механические свойства полужестких соединений, используя установленную модель конечных элементов.


3. Сравнение механического поведения полужестких суставов
3.1. Подробная информация о соединениях

В этом документе были выбраны три типа обычных полужестких соединений, включая угловое соединение верхнего седла с перемычкой и ушной пластиной (J-1), соединение с удлиненной концевой пластиной (J-2) и Т-образное сечение. стальное соединение (J-3) для создания моделей конечных элементов для сопоставления и анализа их механических свойств. Соединительные конструкции показаны на рисунке 4. Размеры и характеристики каждого элемента соединения показаны в таблице 2.


Детали Технические характеристики / мм Материал

Колонна HW200 × 200 × 8 × 12 Q235
Балка HN175 × 90 × 5 × 8
Колонка 96148148148 Стальной уголок L140 × 90 × 12
Ушной диск 65 × 125 × 12
Концевой диск 355 × 145 × 24
Тройник T175 × 175 × 7 11
Болт M16, 10.9 класс

3.2. Создание модели конечных элементов

Для определения отношения стали использовалась упрощенная классическая модель с тремя прямыми линиями, и параметры были определены в соответствии с испытанием свойств материала объекта, а коэффициент Пуассона был принят равным 0,3. Материальное соотношение высокопрочных болтов было определено согласно литературным данным [21]. Кривые напряжения-деформации стали и болтов показаны на рисунке 5.


Поверхности для построения контактного отношения включают контакт между болтами и пластинами проушин, стальные уголки, концевые пластины, стали Т-образного сечения, полки балки, стенки балки и полки колонн, контакт между стальными уголками с полками колонн и полками балок, контакт между стальными уголками с полками колонн и полками балок, контакт между ушными пластинами и перемычками балки, контакт между концевыми плитами и полками колонн, контакт между сталью Т-образного сечения и полкой колонны и полкой балки, а также контакт между болтами стержня и отверстиями для болтов.Тип контакта был контакт поверхность-поверхность, а касательное кулоновское трение задавалось на контактной поверхности с коэффициентом трения 0,35.

В соответствии с фактическим напряженным состоянием соединения, граничное условие модели конечных элементов было задано как шарнирное соединение базовой колонны, а верхняя колонна ограничивала смещение в поступательном направлении X и Y и направление вращения вокруг оси Z . Чтобы предотвратить поперечное изгибание балки при кручении и изгибе, ее внеплоскостная свобода (UY) была ограничена на концах стыков балки.Нагрузки, приложенные к модели соединения, включали осевые силы колонны, торцевые нагрузки балки и усилия предварительной затяжки болтов. Нагрузки прикладывались в три этапа: на первом этапе усилие предварительного затягивания болта прикладывалось к средней поверхности болта с использованием болтовой нагрузки, и сила предварительного затягивания болта принималась равной 100 кН; на втором этапе к верху колонны прикладывалось осевое давление в виде сосредоточенной силы, и коэффициент осевого давления для колонны составлял 0,2; На третьем этапе была приложена торцевая нагрузка балки в виде управления приращением смещения, а нагружающее устройство и нагружающие системы показаны на рисунках 6 и 7.Общие конечно-элементные модели соединения показаны на рисунке 8.



3.3. Сравнение механического поведения

Результаты анализа несущей способности соединений показаны в Таблице 3 и на Рисунках 9 и 10. Можно видеть, что максимальные изгибающие моменты трех типов соединений составляли 77,58 кН · м, 78,56 кН · м и 84,42 кН · м соответственно, которые все более чем в два раза превышали общий пластический момент поперечного сечения балки (35,68 кН · м) и соответствовали требованиям для «прочного соединения и слабого элемента.«Пластиковая петля будет образовывать не стыки, а конец балки. Несущая способность и упругая жесткость J-3 были самыми высокими, а несущая способность J-3 была на 7,5% и 8,8% выше, а жесткость J-3 была на 1,7% и 21,1% выше, чем у J-1 и J- 2 соответственно. Следующими были грузоподъемность и жесткость J-2, которые были на 1,3% и 19,0% выше, чем у J-1, соответственно. Несущая способность J-1 была наихудшей.

6 9018

3.4. Сравнение гистерезисного поведения

Из рисунка 11 видно, что все кривые гистерезиса трех типов соединений имеют полную форму, но из-за большой пластической деформации соединительных деталей кривые гистерезиса J-1 и Соединения J-3 имели некоторое уменьшение защемления, что показало, что гистерезисные характеристики были не такими хорошими, как у соединения J-2.Кривые гистерезиса совместной модели все ниже, чем кривые монотонного нагружения. Это связано с тем, что при циклическом нагружении и из-за эффекта Баушингера пластическая деформация соединений непрерывно накапливается, и явление местного коробления становится более очевидным, что приводит к снижению прочности и жесткости.

Из каркасной кривой на Рисунке 12 видно, что каркасные кривые соединений J-1 и J-2 были примерно такими же, как кривая монотонной нагрузки.В начальном гистерезисе кривая каркаса и кривая монотонного нагружения соединения J-3 в основном совпадали. С увеличением нагрузки кривая каркаса перестала быть гладкой, и, хотя несущая способность продолжала расти, она не была стабильной. Было высказано предположение, что соединительные детали в области полок балки (стальные уголки для верха и седла и стали с тавровым сечением) имеют большую пластическую деформацию на поздних стадиях нагружения.


3.5. Сравнение способности рассеивания энергии

Способность рассеивания энергии соединения может быть измерена с помощью коэффициента рассеяния энергии.Чем больше значение, тем выше мощность рассеивания энергии. Коэффициент рассеяния энергии рассчитывается по следующей формуле: где представляет собой площадь, ограниченную петлей гистерезиса, и представляет площадь, заключенную в соответствующий треугольник, как показано на рисунке 13.


Рисунок 14 показывает, что после входа в фазу текучести коэффициент рассеяния энергии в соединениях J-2 был больше 2,3, а способность рассеивания энергии была превосходной.Однако коэффициент рассеяния энергии соединением J-3 составлял 1,0 ~ 1,5, коэффициент рассеяния энергии соединением J-1 был около 1,0, и их характеристики рассеивания энергии были не очень хорошими. Причина этого заключается в том, что сдвигающая сила винта, передаваемая вокруг отверстий под болты стальных уголков и стальных пластин Т-образного сечения, вызвала пластическую деформацию и постепенно накапливалась, а деформация отверстий под болты была очевидной, и Не удалось полностью реализовать способность соединения к рассеиванию энергии при циклической нагрузке.Значение коэффициента рассеяния энергии соответствовало полной степени петли гистерезиса соединения.


3.6. Сравнение характеристик разрушения

Пластическая деформация, создаваемая соединением при циклической нагрузке, постоянно накапливалась, что могло вызвать снижение несущей способности и жесткости. Ухудшение несущей способности можно измерить с помощью приведенного коэффициента нагрузки (формула (2)), а снижение жесткости можно рассчитать по секущей жесткости в том же цикле:

В формуле, когда — коэффициент пластичности смещения, — пиковая нагрузка цикла, а когда — коэффициент пластичности смещения, — пиковая нагрузка цикла; — пиковая нагрузка цикла; и — смещение пика цикла.

На рисунке 15 показана тенденция изменения коэффициента нагрузки соединения с нагрузкой. Можно видеть, что коэффициент уменьшения несущей способности соединения был больше 0,93, что указывает на то, что ухудшение несущей способности каждого цикла одной и той же стадии нагружения было небольшим, а его стабильность была хорошей. Сравнивая три типа соединений, уменьшающиеся коэффициенты нагрузки соединений J-2 и J-3 были больше, чем у соединения J-1, без значительных изменений, что указывает на то, что стабильность несущей способности была лучше, чем у соединения J-1. Соединение J-1.Однако, поскольку пластическая деформация соединения J-1 происходит в области верхнего и нижнего стального уголка, где болты перемычки удерживаются непрерывно и постепенно накапливаются, что приводит к относительно нестабильной несущей способности, вызывая пластическую деформацию в области верхней и стальной уголк седла и болт перемычки привели к относительно менее стабильной несущей способности соединения J-1. После перехода в фазу текучести стабильность несущей способности соединения J-2 была лучше, чем у соединения J-3.


Таблица 4 и рисунок 16 показывают, что исходная жесткость соединения J-3 была наибольшей, за ней следовали J-2, а затем J-1, что соответствовало результатам анализа монотонной нагрузки. Жесткость трех типов соединений быстро снижалась на начальном этапе нагружения, и конечные степени деградации жесткости составляли 90% с окончательным соотношением жесткости (отношение секущей жесткости каждого цикла к секущей жесткости первого цикла). цикл), стремящийся к 0.1. Кривые деградации жесткости соединений J-2 и J-3 в основном совпадали, в то время как при одинаковом уровне нагрузки соотношение жесткости J-1 было ниже, чем у соединений J-2 и J-3, Это указывает на то, что жесткость J-1 деградировала быстрее под воздействием напряжения, которое не способствовало сейсмической стойкости.


Номер шарнира Усилие текучести (кН) Пиковая нагрузка (кН) Упругая жесткость (кН · м)
46.75 103,44 10149,55
J-2 55,61 104,75 12075,66
J-3 56,57
5 5 6 1 9401 7. Сравнение видов отказов

На рис. 17 показано, что уровень напряжения соединения J-2 был самым низким, за ним следует соединение J-3, а соединение J-1 было самым высоким. Разрушение соединения J-1 в основном проявилось как деформация области стального уголка вершины и седла и отверстий под болты стенки балки (рис. 18 (а)). Разрушение узлов J-3 было в основном сосредоточено в области отверстий под болты стальных перемычек Т-образного сечения под действием сдвигающего усилия винтов, и накопилась большая пластическая деформация (рис. 18 (б)).Для J-2 из-за более толстой концевой пластины практически не было пластической деформации соединения между концевыми пластинами и болтом, а разрушение соединения в основном проявилось в деформации изгиба на концах балок. . Пластичность и несущая способность соединений были увеличены с хорошими сейсмическими характеристиками за счет шарнирного пластического движения наружу.

3.8. Сравнение характеристик шарниров

В заключение, в таблице 5 представлен комплексный сравнительный анализ трех типов полужестких соединений.


Уровень нагрузки J-1 J-2 J-3

0.25Δ ярдов 12,13 13,01 13,54
0,5Δ ярдов 11,72 12,86 12,55 13,11
Δ y 9,75 11,96 12,40
y 613 7,75 8,19
y 4,30 5,53 5,66
y y 2,94 3,56 3,67
y 2,54 3,04 3,15
7Δ26 2,67 2,76
y 1,96 2,38 2,48
9014 9014 9014 9014 9014 9014 9014 9014 9014 9014 9014 9014 y 1.65 1.95 2.05
11Δ y 1.55 1.79 1.89
1.65 1.75
13Δ y 1.41 1,53 1.63
14Δ 9014 9014 9014 9014 9014 9014 9014 9014 9014 9014 9014 y 1,31 1,34 1,45
16Δ y 1,26 1,27 1,37

Номер Поведение подшипника Гистерезис Рассеивание энергии Деградация подшипника Снижение жесткости14146
× × × × × ×
J-2 √ 3 × ×

Примечание .√, хорошо; ○, средний; ×, бедно.

4. Выводы

На основе анализа трех видов болтовых соединений балка-колонна для этих соединений можно сделать следующие выводы: (1) Созданные конечно-элементные модели могут эффективно моделировать несущая способность болтовых соединений при однонаправленном нагружении и циклическом нагружении. Была подтверждена правильность рациональности типа элемента и определяющего соотношения. (2) Все три соединения показали стабильное и хорошее гистерезисное поведение несущей способности и способность рассеивать энергию, что могло заставить пластмассовый шарнир образоваться на конце балки. соединений.Таким образом, можно было эффективно повысить пластичность стального каркаса. (3) Удлиненное соединение концевой пластины имело лучшую способность рассеивать энергию, поскольку на концевой пластине не возникала явная деформация. Соединители, такие как стальной уголок и тройник, имели большую деформацию и значительно влияли на способность рассеивания энергии и режим отказа.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.