🗊Презентация Усиление металлических конструкций

Усиление металлических конструкций

Отличительные особенности металлических конструкций зданий и сооружений высокая однородность материала, обуславливающая высокую степень соответствия работы элементов и узлов расчетным предпосылкам и, соответственно малые запасы прочности, заложенные при проектировании; в результате, незначительные отклонения от расчетных положений, нарушения требуемой точности в изготовлении, монтаже, небольшие перегрузки могут привести к существенным перенапряжениям элементов металлических конструкций; высокая удельная прочность (отношение прочности к массе материала), которая обуславливает тонкостенность и гибкость несущих элементов, следовательно, подверженность под влиянием различных случайных воздействий при изготовлении, перевозке, монтаже, эксплуатации различного рода деформациям - это особенно опасно для сжатых элементов; склонность к хрупкому и усталостному разрушению при наличии различных концентраторов напряжений, особенно, трещин в сочетании с низкими температурами и динамическими нагрузками; наличие сварных соединений, имеющих отличные от основного металла физико-механические свойства и характеризуемых значительным разбросом эксплуатационных свойств в зависимости от качества наложения сварных швов; подверженность коррозии.

Особенности оценки несущей способности металлических конструкций Если замеренная величина дефекта не превышает нормативные требования на изготовление, монтаж или эксплуатацию и меньше значений, учтенных при проектировании, то расчет конструкций производится по действующим нормам проектирования. В тех случаях, когда в конструкциях обнаружены дефекты и повреждения, не учтенные нормами на проектирование, или замеренная их величина превышает требования нормативных документов, проверочный расчет металлических конструкций производят с учетом влияния этих дефектов и повреждений на несущую способность в соответствии с разработанными рекомендациями по оценке состояний эксплуатируемых металлических конструкций.

Крепление усиливающих элементов к существующим Как правило, металлические конструкции усиливаются путем приварки дополнительных стальных элементов. При необходимости, например, для повышения жесткости стальных элементов (особенно сжатых стоек) без существенного повышения прочности или для защиты стали от коррозии могут применяться бетон, железобетон, фибробетон, а для временного усиления гибких стержней может применяться дерево. При усилении бетоном сцепление бетона с металлом обеспечивается приваркой к поверхности стали стержней диаметром 5...8 мм, которые могут иметь крюки на концах. Деревянные элементы крепятся с помощью стальных скруток. Крепление усиливающих стальных элементов к усиливаемым конструкциям помимо сварки, может быть осуществлено с применением высокопрочных болтов и реже на болтах повышенной точности (класса точности А).

Крепление с помощью сварки Достоинства Простота; Технологичность; Незначительный объема дополнительного металла; Эффективное включение усиливающего элемента в работу конструкции. Недостатки: в процессе сварки снижается несущая способность элемента; при остывании получаются сварочные деформации или остаточные напряжения.

Степень снижения несущей способности и величина остаточных деформаций зависят от режима сварки (вида и силы тока, диаметра электрода, скорости сварки и т.п.); толщины и ширины элемента; последовательности наложения швов. Для продольных швов при нагреве снижение прочности находится в пределах до 15 %, для поперечных швов может достигать 40 %. Поэтому наложение швов поперек элемента при усилении его под нагрузкой запрещается. В растянутых элементах не допускаются поперечные швы в любом случае. Усиление под нагрузкой с применением сварки производят: в статически определимых конструкциях при σ ≤O.8 Rу в статически неопределимых конструкциях, при σ ≤ 0.6Rу.

Свариваемость стали оценивается по углеродному эквиваленту, который вычисляется Сэ= С + Мn/6 + Сr/5 + V/5 + Мо/4 + Ni/15 + Сu/13 + Р/2. где С – углерод, Мn – марганец, Сr – хром, V – водород, Ni - никель, Мо – молибден, Сu - медь, Р - фосфор – содержание химических элементов в %. При Сэ ≤ 0,42 сталь имеет удовлетворительную свариваемость; При Сэ > 0,42 требуется назначать специальные режимы сварки, гарантирующие качество сварного соединения.

Порядок выполнения сварки при усилении присоединение (прижатие) элементов усиления по всей длине к усиливаемой конструкции с помощью струбцин, стяжек или иных устройств. Возникающие при этом силы трения обеспечивают совместную работу элементов при наложении сварочных прихваток; приварка элементов усиления на сварочных прихватках, это обеспечивает включение элементов усиления в совместную работу на изгиб при малом разогреве основного стержня, повышает несущую способность стержня в процессе усиления и способствует значительному уменьшению сварочных деформаций. Сварочные прихватки воспринимают незначительные сдвигающие усилия, возникающие вследствие приращения прогибов стержня при наложении в последующем связующих швов. Их размещают в местах paсположения швов (для шпоночных швов) с шагом 300...500 мм и длиной 20...30 мм; сварка концевых участков, включающая в работу элементы усиления усиливаемого по всей длине, в определенной степени снижающая сварочные деформации; наложение связующих швов, обеспечивающих совместную работу усиливаемого стержня и элементов усиления.

Порядок наложения швов при сварке

Крепление с помощью болтов Применение болтов для присоединения элементов усиления рекомендуется в случаях, когда: Условия эксплуатации не допускают применения сварки; Металл усиливаемого и усиливающего элементов относится к трудносвариваемому; Желательно избежать дополнительных сварочных напряжений и деформаций. Болтовые соединения технологически более удобны;

Порядок выполнения усилений с применением болтов Производится сборка соединения на струбцинах; Устанавливаются болтов в концевых участках; От концов к середине осуществляются промежуточные соединения; Просверливание следующих отверстий производится после установки болта в предыдущее; Окончательно закручиваются болты в концевых участках. Шаг болтов s ≤ 40i – в сжатых элементах; s ≤ 80i – в растянутых элементах, i - радиус инерции усиливающего элемента.

Схемы усиления стальных балок путем увеличения сечения

Общие замечания к выбору схемы усиления Эффективны двусторонние схемы усиления, т.к. при этом достигается существенное увеличение момента инерции и момента сопротивления. Однако ввиду размещения покрытия (перекрытия) на верхнюю полку балки, двусторонняя схема осуществима не всегда; Одностороннее усиление эффективно только при учете упругопластической стадии работы материала или усилении регулированием напряжений. В противном случае необходимо существенное увеличение высоты элемента; Сварные швы преимущественно следует проектировать нижними; Применение фасонного проката, более технологично по сравнению с листовой сталью (меньший объем резки металла).

Схемы усиления колонн увеличением сечения

Ввиду сложности разгрузки усиление колонн является наиболее трудоемкой; Усиление колонн изменением конструктивной схемы применяется в двух случаях: временная нагрузка составляет более 40% полной и в период усиления может быть устранена; установка предварительно напряженных элементов практически не осуществима; Несимметричные схемы усилений рационально использовать при преобладании моментов одного знака; При усилении колонн крайних рядов следует учитывать отсутствие доступа или необходимость разборки стены.

Схемы усиления деформированных стержней стропильных ферм при искривлении из плоскости фермы – а, г; в плоскости фермы в сторону пера уголков – б; в плоскости фермы в сторону обушка уголков - в

Установка наклонных ребер жесткости без пригонки к поясам (а,б) и с пригонкой к поясам (в,г)

Усиление сварных соединений Требуется при: Обнаружении трещин или дефектов в швах или околошовной зоне; Недостаточной длине или толщине шва (по результатам расчетов) Усиление выполняется: Путем увеличение длины шва; Увеличения толщины шва; Устройством дополнительных промежуточных деталей.

Требования при усилении сварных швов Диаметр электродов не более 4 мм; Сила тока не более 220 А; Толщина шва за один проход не более 4 мм; При послойном наложении – толщина слоев не более 2 мм; Сварка последующего слоя производится после охлаждения предыдущего шва до температуры t ≤ 100 0 C; Сварка производится при t ≥ -15 0 C для толщин до 30 мм и t ≥ 0 0 C для толщин свыше 30 мм; Предпочтение отдается длинным и тонким швам.

Усиление сварных швов узлов стропильных ферм: а -увеличением длины швов; б – с введением коротышей; в – удлинением фасонок

Усиление болтовых соединений При недостаточной несущей способности устанавливаются дополнительные болты; Наиболее нагруженные крайние болты могут заменяться высокопрочными болтами; Усиление обычных болтовых соединений сваркой допускается только при восприятии всех усилий сварными швами; Усиление соединений на высокопрочных болтах с применением сварки допускается при соответствующем обосновании деформативности соединения.

Устранение повреждений Устранение местных погнутостей стальных уголков (а,б) и выпучивания стенок двутавра (в)

Восстановление выреза нижней полки и стенки двутавра: 1 – линия выреза; 2 – стальные накладки

Усиление колонны