12.10.2019
Общие требования к соединениям металлоконструкций
Способ соединения металлических конструкций определяется особенностями конструктивного решения объекта проектирования, условиями его работы под нагрузкой, удобством производства работ, возможностями их индустриализации, а также местом их выполнения - на заводе или на монтаже. Основным способом соединения при изготовлении металлических конструкций в заводских условиях является сварка. Монтажные соединения с целью снижения трудоемкости работ на строительной площадке и сокращения сроков монтажа проектируют на болтах, используя в отдельных случаях соединения с фрезерованными торцами и на фланцах. При наличии производственных возможностей не исключено использование сварки.
С целью снижения массы наплавленного металла следует: максимально использовать прокатные профили, прибегая к составным сечениям в крайних случаях; применять эффективную технологию сварки и сварочные материалы, обеспечивающие повышение расчетного сопротивления соединении с угловыми швами; предусматривать сварные швы с минимально допустимыми катетами угловых швов; сокращать количество деталей, необходимых для конструктивного оформления элементов конструкций (использование односторонних ребер жесткости, исключение фасонок в решетчатых конструкциях и т. п.), приваривая их односторонними угловыми швами взамен двусторонних. Увеличение сечений сварных швов по сравнению с размерами, регламентированными в СНиП 11-23-81, нежелательно еще по той причине, что при этом в ряде случаев наблюдается снижение работоспособности конструкций. Во избежание вредного влияния остаточных деформаций и напряжений на работу сварной конструкции принимают конструктивные решения без сосредоточения большого числа сварных швов в одном месте, без резких перепадов размеров сечений, без ориентации швов поперек направления действия растягивающих напряжений и т. п. и предусматривают технологические мероприятия - порядок наложения швов, способ сварки, зачистку швов и др.
Соединения, выполняемые на монтаже, должны обеспечивать возможность удобной укрупнительной сборки конструкций и выверки их в проектном положении. При этом следует стремиться к передаче значительных вертикальных усилий на опорные столики через фрезерованные торцы мощных сжатых и внецентренно-сжатых элементов (при отсутствии краевых растягивающих напряжений).
Стыковые соединения на сварке и на болтах выполняют равно-прочными с металлом сопрягаемых элементов. Узлы присоединения элементов друг к другу должны обеспечивать восприятие действующих на соединение усилий. Сварные стыки отдельных элементов рационально проектировать без накладок встык, предусматривая полное проплавление при двусторонней сварке или при односторонней - с подваркой корня шва либо на подкладках. При использовании накладок их выполняют двусторонними, симметрично располагая относительно оси соединения.
Сварные швы и болты размещают в соответствии с требованиями конструирования, установленными нормами проектирования, при этом центр тяжести соединения должен лежать на одной оси с передаваемым усилием, чтобы не вызывать дополнительного напряженного состояния из-за наличия эксцентриситетов.
Соединения, выполняемые на монтаже, должны обеспечивать возможность удобной укрупнительной сборки конструкций и выверки их в проектном положении. При этом следует стремиться к передаче значительных вертикальных усилий на опорные столики через фрезерованные торцы мощных сжатых и внецентренно-сжатых элементов (при отсутствии краевых растягивающих напряжений).
Стыковые соединения на сварке и на болтах выполняют равно-прочными с металлом сопрягаемых элементов. Узлы присоединения элементов друг к другу должны обеспечивать восприятие действующих на соединение усилий. Сварные стыки отдельных элементов рационально проектировать без накладок встык, предусматривая полное проплавление при двусторонней сварке или при односторонней - с подваркой корня шва либо на подкладках. При использовании накладок их выполняют двусторонними, симметрично располагая относительно оси соединения.
Сварные швы и болты размещают в соответствии с требованиями конструирования, установленными нормами проектирования, при этом центр тяжести соединения должен лежать на одной оси с передаваемым усилием, чтобы не вызывать дополнительного напряженного состояния из-за наличия эксцентриситетов.
Теперь подробнее остановимся на типах сварных соединений.
Стыковые соединения
В зависимости от толщин свариваемых элементов, характера выполнения шва (двусторонний или односторонний) и способа сварки стыковые соединения осуществляют без обработки и с обработкой кромок сопрягаемых деталей. Подготовка деталей под сварку ведется в соответствии с требованиями, изложенными в ГОСТ 8713-79 (сварка под флюсом), ГОСТ 5264-80 (ручная дуговая сварка) и ГОСТ 14771-76 (дуговая сварка в защитном газе). Для соединений под острыми и тупыми углами аналогичные требования при тех же способах сварки приведены соответственно в ГОСТ 11533-75, ГОСТ 11534-75 и ГОСТ 23518-79.
Обработка кромок свариваемых элементов не требуется при толщинах до 22 мм для двусторонних швов, выполняемых автоматической и полуавтоматической сваркой, и до 12 мм для тех же швов при ручной сварке. Аналогичные односторонние швы могут быть выполнены при толщинах соответственно до 12 и 4 мм. Для более толстых элементов подготавливают одну или обе кромки с односторонними (V- н U-образные швы) или двусторонними симметричными (К- и X- обраэные швы) скосами, учитывающими возможность доступа ко шву с одной или с двух сторон. Для предотвращения дополнительных напряжений от усадки шва предусматривают зазор между свариваемыми деталями от 0 до 5 мм в зависимости от типа обработки кромок.
Обработка кромок свариваемых элементов не требуется при толщинах до 22 мм для двусторонних швов, выполняемых автоматической и полуавтоматической сваркой, и до 12 мм для тех же швов при ручной сварке. Аналогичные односторонние швы могут быть выполнены при толщинах соответственно до 12 и 4 мм. Для более толстых элементов подготавливают одну или обе кромки с односторонними (V- н U-образные швы) или двусторонними симметричными (К- и X- обраэные швы) скосами, учитывающими возможность доступа ко шву с одной или с двух сторон. Для предотвращения дополнительных напряжений от усадки шва предусматривают зазор между свариваемыми деталями от 0 до 5 мм в зависимости от типа обработки кромок.
При разнице толщин свариваемых элементов, не превышающей значении, приведенных в таблице 1, сварку можно вести как для эле-ментов одинаковой толщины, принимая размеры швов и подготовленных кромок по большей толщине.
Для плавного перехода от одной детали к другой при большой разнице на более толстой из них должен быть сделан скос с одной или с двух сторон (рис. 1, в) под углом 15 ±2° (уклон 1 : 5). При этом размеры сварного шва и подготовленных кромок принимают по меньшей толщине.
Стыковые швы выполняют двусторонними с выводными планками. Односторонняя сварка допускается в монтажных соединениях с под-варкой корня шва. При этом подварочный шов разрешается выполнять любым способом дуговой сварки.
Для плавного перехода от одной детали к другой при большой разнице на более толстой из них должен быть сделан скос с одной или с двух сторон (рис. 1, в) под углом 15 ±2° (уклон 1 : 5). При этом размеры сварного шва и подготовленных кромок принимают по меньшей толщине.
Стыковые швы выполняют двусторонними с выводными планками. Односторонняя сварка допускается в монтажных соединениях с под-варкой корня шва. При этом подварочный шов разрешается выполнять любым способом дуговой сварки.
Таблица 1 - Толщины деталей, свариваемых без перехода
Сварные соединения с угловыми швами
Согласно СНиП 11-23-81 нужно придерживаться следующих рекомендаций.
1. Максимальный катет угловых швов во избежание пережога свариваемых элементов и для снижения усадочных напряжений и деформаций принимают равным 1,2n, где п - толщина более тонкого элемента. В нахлесточных элементах катет не должен быть больше толщины привариваемого элемента. В соединениях из проката с закруглениями кромок катет шва принимают не более 0,9 толщины полки.
2. Для предотвращения непровара минимальные катеты швов выбирают по таблице 2
3. Минимальная расчетная длина сварного шва равна 4 k1, но не меньше сорока миллиметров. Это относится к фланговым и на лобовым швам.
4. Напуск в нахлесточных соединениях должен быть равен не менее пяти толщинам наименьшей стенки из двух свариваемых деталей, применение таких соединений с одним швом не рекомендуется.
5. При ручной сварке за один проход выполняют шов с катетом, не превышающим 8 мм. Большую толщину можно обеспечить только многопроходной сваркой. Не следует применять швы более 20 мм.
6. Угловые швы в соединении располагают так. чтобы центр тяжести периметра швов совпадал с осью действия силы, т. е. площади швов распределяют обратно пропорционально расстояниям от шва до оси элемента.
7. В стыках элементов, перекрытых накладками, фланговые швы должны обрываться на расстоянии не менее 25 мм от оси стыка.
8. Для расчетных и конструктивных угловых швов в проекте необходимо указывать вид сварки, сварочные материалы и положение шва при сварке. Если при проектировании положение шва неизвестно. его следует указать предположительно и уточнить с соответствующей корректировкой минимального катета шва на стадии разработки проекта КМД.
1. Максимальный катет угловых швов во избежание пережога свариваемых элементов и для снижения усадочных напряжений и деформаций принимают равным 1,2n, где п - толщина более тонкого элемента. В нахлесточных элементах катет не должен быть больше толщины привариваемого элемента. В соединениях из проката с закруглениями кромок катет шва принимают не более 0,9 толщины полки.
2. Для предотвращения непровара минимальные катеты швов выбирают по таблице 2
3. Минимальная расчетная длина сварного шва равна 4 k1, но не меньше сорока миллиметров. Это относится к фланговым и на лобовым швам.
4. Напуск в нахлесточных соединениях должен быть равен не менее пяти толщинам наименьшей стенки из двух свариваемых деталей, применение таких соединений с одним швом не рекомендуется.
5. При ручной сварке за один проход выполняют шов с катетом, не превышающим 8 мм. Большую толщину можно обеспечить только многопроходной сваркой. Не следует применять швы более 20 мм.
6. Угловые швы в соединении располагают так. чтобы центр тяжести периметра швов совпадал с осью действия силы, т. е. площади швов распределяют обратно пропорционально расстояниям от шва до оси элемента.
7. В стыках элементов, перекрытых накладками, фланговые швы должны обрываться на расстоянии не менее 25 мм от оси стыка.
8. Для расчетных и конструктивных угловых швов в проекте необходимо указывать вид сварки, сварочные материалы и положение шва при сварке. Если при проектировании положение шва неизвестно. его следует указать предположительно и уточнить с соответствующей корректировкой минимального катета шва на стадии разработки проекта КМД.
Таблица 2 - Минимальные катеты угловых швов
