Усиление соединений металлических конструкций

Усиление сварных швов производят путем увеличения их длины или толщины.

Стыковые швы не усиливают, так как их высота определяется толщиной стыкуемых элементов и устройство валика шва, выступающего от поверхности элементов, может только ухудшить условия его работы из-за концентрации местных напряжений.

Усиление угловых швов выполняется увеличением их длины (за счет устройства дополнительных лобовых швов или приварки дополнительных ребер, накладок и т.д.) и (или) катета. При этом с целью снижения влияния сварочных напряжений расстояние между элементами узлов сопряжений рекомендуется принимать не менее 40 мм (рис. 15.12, 15.13, а, б).

Рис. 15.12. Усиление сварных швов: а – увеличением длины за счет наложения
лобового шва; б – увеличением высоты катетов угловых швов: 1 – существующие швы,
2 – дополнительный лобовой шов, 3 – дополнительная наплавка

Увеличение толщины шва необходимо производить послойно, наплавляя слой не более 2 мм, начиная с места дефекта усиливаемого шва (подрезы, кратеры, наплывы и т.д.) и используя при этом электроды толщиной не более 4 мм. Усиление последующего шва выполняется после остывания предыдущего до 100°С. Высота катета шва после наплавления не должна превышать: толщины полки со стороны пера, полутора толщин полки профиля со стороны обушка.

Усиление поперечных швов растянутых элементов под нагрузкой не допускается.

При увеличении длины сварных швов соединяемых элементов уголкового профиля дополнительные швы следует накладывать в направлении уже существующих, начиная от края фасонки со стороны обушка.

Рис. 15.13. Усиление узловых соединений: а, б – сварных; в – клепаных:
1 – дополнительные швы, 2 – накладки, 3 – дополнительные фасонки,
4 – дополнительные ребра, 5 – дополнительные высокопрочные болты

Усиление заклепочных и болтовых соединений при ослабевании стяжки пакета деталей производится увеличением количества заклепок и болтов (рис. 15.13, в) или их заменой высокопрочными болтами с предварительным напряжением путем закручивания гаек тарировочными ключами. Натяжение высокопрочных болтов выполняют от середины узла к краям. В ряде случаев усиление заклепочных и болтовых соединений производится заменой их сваркой.

Расчет высокопрочных болтов и сварных швов усиленных заклепочных и болтовых соединений, сочетающих после усиления заклепки («черные» болты) и высокопрочные болты (сварные швы), из-за разной деформативности производится на полное усилие после усиления.

15.5. Усиление металлических конструкций
изменением их расчетной схемы

Усиление металлических конструкций изменением их расчетной схемы является эффективным методом, который позволяет перераспределить усилия между элементами. Все методы, рассмотренные для железобетонных конструкций (тема 12) (изменение места передачи нагрузки, повышение степени внешней статической неопределимости, повышение степени их внутренней статической неопределимости), применимы и для металлических конструкций.

На рис. 15.14 – 15.16 приведены схемы усиления металлических конструкций повышением степени статической неопределимости: путем обеспечения неразрезности стальных шарнирно опертых балок (рис. 15.14), путем устройства дополнительных жестких и упругих опор в виде подкосов, подвесок и кронштейнов для балочных конструкций (рис. 15.15), устройством затяжек, шарнирно-стержневых цепей для стропильных ферм (рис. 15.16, а, б), включением в совместную работу со стропильной фермой конструкции светоаэрационного фонаря (рис. 15.16, в).

Рис. 15.14. Усиление стальных балок обеспечением их неразрезности:

1 – стальные накладки

При проектировании усиления конструкций изменением их расчетной схемы следует производить проверку прочности и устойчивости всех элементов и их сопряжений на действие изменившихся усилий. Применение данных методов усиления может повлечь за собой необходимость усиления не только отдельных элементов, но и узловых соединений.

Следует стремиться к максимальной разгрузке усиливаемых конструкций, т. к. перераспределяться по новой схеме будут только усилия от нагрузки, приложенной после усиления. Эффективно выполнять предварительное напряжение дополнительных элементов усиления.

Рис. 15.15. Схемы усиления стальных балок дополнительными жесткими и упругими опорами: а – предварительно напряженными подкосами с опиранием на фундаменты;
б – подкосами с опиранием на колонну; в – подвесками; г – предварительно
напряженными кронштейнами: 1 – подкосы, 2 – затяжка с натяжным
приспособлением, 3 – подвески, 4 – кронштейны

Рис. 15.16. Схемы усиления стропильных ферм: а – предварительно напряженными
затяжками, б – шарнирно-стержневыми цепями, в – включением конструкции фонаря
в совместную работу с фермой: 1 – затяжка, 2 – натяжное приспособление, 3 – стальной канат, 4 – подвеска, 5 – дополнительная стойка, 6 – дополнительный раскос

На рис. 15.17 приведены примеры усиления стальных балочных конструкций повышением степени внутренней статической неопределимости устройствами предварительно напряженной горизонтальной и шпренгельной затяжки.

Рис. 15.17. Схемы усиления стальных балок повышением степени внутренней
статической неопределимости: а – предварительно напряженной горизонтальной затяжкой; б – предварительно напряженной шпренгельной затяжкой: 1 – горизонтальная затяжка, 2 – натяжное приспособление, 3 – анкерное устройство, 4 – шпренгельная затяжка,
5 – дополнительная стойка, 6 – дополнительный подкос

При этом анкерные устройства по концам затяжки могут быть размещены в любом месте по длине пролета усиливаемой конструкции. Принципы расчета стальных балочных элементов, усиленных предварительно напряженными затяжками, не имеют отличий от расчета усиленных железобетонных элементов. Расчет узлов сопряжения затяжки с усиливаемым элементом производится на действие усилий в затяжке в предельном состоянии по действующим нормативным документам для стальных конструкций.

Вопросы для самоконтроля

1. Назовите основные особенности усиления металлических конструкций.

2. Приведите примеры усиления растянутых стальных элементов увеличением их поперечного сечения.

3. Как, в общем случае, производится усиление сжатых элементов стальных конструкций?

4. Приведите примеры усиления сжатых стальных элементов увеличением их поперечного сечения с уменьшением их гибкости.

5. В чем состоит особенность усиления изгибаемых металлических конструкций?

6. Приведите примеры усиления изгибаемых стальных элементов увеличением их поперечного сечения.

7. Как производится усиление стенок стальных элементов с целью повышения их местной устойчивости?

8. Приведите примеры усиления металлических конструкций за счет уменьшения их расчетной длины.

9. Изложите методику расчета прочности усиленных увеличением поперечного сечения растянутых металлических элементов.

10. Изложите методику расчета прочности усиленных увеличением поперечного сечения сжатых стальных элементов (из условия обеспечения прочности и устойчивости).

11. Изложите методику расчета прочности усиленных увеличением поперечного сечения изгибаемых металлических элементов (по упругой и пластической стадии).

12. Как производится усиление стальных элементов, имеющих повреждения?

13. Назовите методы усиления сварных соединений стальных элементов.

14. Приведите примеры усиления металлических конструкций повышением степени внешней статической неопределимости.

15. Приведите примеры усиления металлических конструкций повышением степени внутренней статической неопределимости.