Узловое бесфасоночное соединение трубчатых элементов фермы (варианты)

Узловое бесфасоночное соединение трубчатых элементов фермы (варианты)

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к строительству, в частности к узловым соединениям трубчатых бесфасоночных ферм.

Известен узел фермы из прямоугольных труб, в котором продольное соединение пояса с элементами решетки осуществляется при помощи соединительной профильной фасонки с параллельными стенками и полкой. [Авторское свидетельство СССР №844711, кл. Е04В 1/68, 1981, БИ №25].

Недостатками известного узла являются большая неравномерность распределения контактных напряжений в соединительных сварных швах стенок трубчатого пояса и профильной фасонки, а также увеличение металлоемкости фермы за счет использования дополнительных деталей значительной длины.

Наиболее близким к изобретению техническим решением является узловое соединение стержней трубчатой фермы, состоящее из пояса и жестко прикрепленных к нему раскосов, продольные оси которых проходят через центр узла и совпадают с осевой плоскостью фермы. При этом в торцах последних расположены усилительные элементы в виде диафрагм, жестко закрепленных в полости раскосов. [Авторское свидетельство СССР №540019, кл. Е04В 1/58, 1976, БИ №47].

Недостатками известного узла-прототипа являются большая неравномерность контактных напряжений в сварных швах, соединяющих раскосы и пояс, недостаточная надежность и жесткость соединения, связанные с существенной концентрацией напряжений в узле из-за большого объема сварки, повышенная сложность и трудоемкость изготовления, обусловленные принятым конструктивным решением, а также увеличенная металлоемкость за счет использования дополнительных деталей и объема наплавленного металла.

Задачей изобретения является повышение несущей способности, надежности и жесткости узлового бесфасоночного соединения трубчатых элементов фермы за счет снижения концентрации напряжений и объема сварки в узле, а также упрощение его конструктивного решения и снижение металлоемкости и трудоемкости изготовления.

Это достигается двумя вариантами решения задачи.

Согласно первому варианту узловое бесфасоночное соединение трубчатых элементов фермы состоит из пояса прямоугольного сечения и жестко прикрепленных к нему трубчатых элементов решетки, продольные оси которых проходят через центр узла и совпадают с осевой плоскостью фермы. В соответствии с предлагаемым решением диагональ поперечного сечения пояса расположена в осевой плоскости фермы, а элементы решетки в месте крепления к поясу имеют сквозной вырез, полностью повторяющий геометрию этого примыкания, при этом соединение каждого из элементов решетки с поясом осуществляется по двум смежным его стенкам.

Согласно второму варианту узловое бесфасоночное соединение трубчатых элементов фермы состоит из пояса и жестко прикрепленных к нему трубчатых элементов решетки, продольные оси которых проходят через центр узла и совпадают с осевой плоскостью фермы. В соответствии с предлагаемым решением пояс выполнен треугольного сечения, а элементы решетки в месте крепления к поясу имеют сквозной вырез, полностью повторяющий геометрию этого примыкания, при этом соединение каждого из элементов решетки с поясом осуществляется по двум смежным его стенкам.

Оба варианта узловых соединений могут содержать между элементами решетки и поясом уголковый профиль, являющийся накладкой, расположенный между поясом и элементами решетки и жестко соединенный с ними.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое узловое соединение согласно первому варианту с поясом прямоугольного сечения отличается тем, что диагональ поперечного сечения пояса расположена в осевой плоскости фермы, а элементы решетки в месте крепления к поясу имеют сквозной вырез, полностью повторяющий геометрию этого примыкания, при этом соединение каждого из элементов решетки с поясом осуществляется по двум смежным его стенкам.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое узловое соединение согласно второму варианту отличается тем, что пояс выполнен треугольного сечения, а элементы решетки в месте крепления к поясу имеют сквозной вырез, полностью повторяющий геометрию этого примыкания, при этом соединение каждого из элементов решетки с поясом осуществляется по двум смежным его стенкам.

Таким образом, оба заявляемых решения соответствует критерию изобретения «новизна».

Сравнение заявляемых решений не только с прототипом, но и другими техническими решениями в данной области техники не выявило в них признаки, отличающие заявляемые решения от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «изобретательский уровень».

Изобретение поясняется чертежами. На фиг.1 изображено узловое бесфасоночное соединение трубчатых элементов решетки с поясом прямоугольного сечения; на фиг.2 - разрез 1-1 на фиг.1; на фиг.3 - узловое бесфасоночное соединение трубчатых элементов решетки с поясом треугольного сечения и с уголковым профилем; на фиг.4 - разрез 2-2 на фиг.3; на фиг.5 - узловое бесфасоночное соединение трубчатых элементов решетки с поясом прямоугольного сечения и с уголковым профилем; на фиг.6 - разрез 3-3 на фиг.5.

Узловое соединение согласно первому варианту включает пояс 1 прямоугольного сечения, к которому жестко прикреплены, например сваркой, трубчатые элементы решетки 2, выполненные, например, в виде раскосов или раскоса и стойки. Узел может содержать расположенный между элементами решетки и поясом уголковый профиль 3, также жестко закрепленный на поясе, например, сваркой. Прямоугольный пояс фермы расположен относительно своей продольной оси так, что диагональ его поперечного сечения находится в осевой плоскости фермы. Элементы решетки в месте крепления к поясу имеют сквозной вырез, полностью повторяющий геометрию этого примыкания.

Узловое соединение согласно второму варианту включает пояс треугольного сечения 4, к которому жестко прикреплены, например сваркой, трубчатые элементы решетки 2, выполненные, например, в виде раскосов или раскоса и стойки. Узел может содержать расположенный между элементами решетки и поясом уголковый профиль 3, также жестко закрепленный на поясе, например сваркой. Элементы решетки в месте крепления к поясу имеют сквозной вырез, полностью повторяющий геометрию этого примыкания.

Узловые соединения согласно обоим вариантам изготавливаются, например, следующим образом. Предварительно в торце каждого из элементов решетки в месте крепления его к поясу выполняется сквозной вырез, полностью повторяющий геометрию этого примыкания. Согласно общеизвестным требованиям первоначально осуществляется крепление растянутого, а затем сжатого элементов решетки к поясу фермы. Каждый из элементов решетки торцом присоединяют к двум смежным стенкам пояса. По контуру их примыкания производится заводская полуавтоматическая сварка в среде углекислого газа.

В случае необходимости усиления узлового соединения, на поясе закрепляется уголковый профиль, к которому затем крепятся элементы решетки.

Известно, что передача усилий от сжатого элемента решетки к растянутому осуществляется по направлению их геометрических осей, проходящих через центр узла. Для работы узлового соединения в составе трубчатой фермы по первому варианту необходимо пояс прямоугольного сечения расположить так, чтобы диагональ поперечного сечения пояса находилась в осевой плоскости фермы, а элементы решетки закрепить на поясе таким образом, чтобы их торцы сквозным вырезом охватили с полным примыканием две смежные стенки пояса - это приведет к достаточно близкому расположению торцов элементов решетки к центру узла, следовательно, и к друг другу. Тогда предлагаемое узловое соединение в составе трубчатой фермы работает следующим образом. Передача усилий от сжатого элемента решетки к растянутому происходит по кратчайшему пути, вовлекая в работу лишь небольшую часть пояса в области примыкания элементов решетки к двум смежным стенкам пояса.

В узле-прототипе усилие сжатого раскоса воспринимается верхней и двумя боковыми стенками пояса, располагающимися непосредственно на пути передачи усилий, а также, работающим совместно с поясом усилительным элементом, и передается растянутому раскосу. Помимо этого для крепления усилительных элементов требуется дополнительный объем наплавленного металла, что в свою очередь приводит к дополнительной концентрации напряжений в узле.

В предлагаемом решении в связи с сокращением пути передачи сдвигающих усилий и снижения объема наплавленного металла, значительно уменьшается концентрация напряжений в поясе, следовательно, увеличивается несущая способность и надежность соединения. При этом в предлагаемом соединении стенки пояса фиксируются от потери устойчивости участками стенок элементов решетки в местах образования сквозного выреза, полностью повторяющего геометрию этого примыкания, вследствие чего значительно увеличивается жесткость узлового соединения. Из вышеперечисленного следует, что данное конструктивное решение узлового соединения компенсирует усилительные элементы в виде диафрагм, присущих узлу-прототипу, в результате чего значительно снижаются расход и объем наплавленного металла, а также трудоемкость изготовления.

Для работы узлового соединения в составе трубчатой фермы по второму варианту необходимо расположить пояс треугольного сечения так, чтобы каждый из элементов решетки непосредственно примыкал к двум смежным стенкам пояса, при этом в торце каждого элемента решетки выполнить вырез, полностью повторяющий геометрию этого примыкания. Тогда узловое соединение в составе трубчатой фермы работает по принципу работы узлового соединения по первому варианту.

При необходимости усиления узлового соединения в обоих вариантах, вследствие значительных внутренних усилий в элементах фермы, вызванных большими нагрузками, может быть использован дополнительный элемент в виде уголкового профиля, являющийся накладкой, расположенный между поясом и элементами решетки и жестко соединенный с ними, например сваркой.

Оба варианта предлагаемого конструктивного решения узлового бесфасоночного соединения трубчатых элементов фермы обладают повышенной несущей способностью и надежностью за счет кратчайшего пути передачи внутренних усилий элементов решетки через пояс фермы, большей жесткостью, так как стенки пояса зафиксированы от потери устойчивости участками стенок элементов решетки в местах образования выреза, полностью повторяющего геометрию этого примыкания, а также отличаются низкой металлоемкостью и трудоемкостью изготовления, в связи с упрощением конструктивного решения узлового соединения и снижением объема наплавленного металла, влияющего на концентрацию напряжений в узле.

1. Узловое бесфасоночное соединение трубчатых элементов фермы, состоящее из пояса прямоугольного сечения и жестко прикрепленных к нему трубчатых элементов решетки, продольные оси которых проходят через центр узла и совпадают с осевой плоскостью фермы, отличающееся тем, что диагональ поперечного сечения пояса расположена в осевой плоскости фермы, а элементы решетки в месте крепления к поясу имеют сквозной вырез, полностью повторяющий геометрию этого примыкания, при этом соединение каждого из элементов решетки с поясом осуществляется по двум смежным его стенкам.

2. Узловое соединение по п.1, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит жестко соединенный с элементами решетки и поясом фермы уголковый профиль, являющийся накладкой, расположенный между поясом и элементами решетки.

3. Узловое бесфасоночное соединение трубчатых элементов фермы, состоящее из пояса и жестко прикрепленных к нему трубчатых элементов решетки, продольные оси которых проходят через центр узла и совпадают с осевой плоскостью фермы, отличающееся тем, что пояс выполнен треугольного сечения, а элементы решетки в месте крепления к поясу имеют сквозной вырез, полностью повторяющий геометрию этого примыкания, при этом соединение каждого из элементов решетки с поясом осуществляется по двум смежным его стенкам.

4. Узловое соединение по п.2, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит жестко соединенный с элементами решетки и поясом фермы уголковый профиль, являющийся накладкой, расположенный между поясом и элементами решетки.