Присоединение элементов усиления

При использовании сварки необходимо предусматривать меры по уменьшению и регулированию сварочных деформаций. Катеты швов для этого следует принимать минимально допустимыми по расчету (с учетом требований п. 12.8 СНиП II-23-81*). Рекомендуется также использование односторонних швов.

При усилении статически нагруженных конструкций III и IV классов, эксплуатируемых при температуре выше минус 30 °С в неагрессивной среде, рекомендуется использовать прерывистые (шпоночные) швы (рис. 16, а). Шаг шпонок следует принимать максимально допустимым по расчету, но не свыше 80i_min в растянутых и 40 i_min в сжатых элементах усиления. Здесь i_min — минимальный радиус инерции элемента усиления относительно его собственной центральной оси.

Для конструкций I и II классов использование прерывистых швов не допускается.

Расчет непрерывных участков шпоночных швов осуществляется на сдвигающее усилие

где Q_max — наибольшая поперечная сила в пределах элементов усиления.

Для сжатых стержней Q_max≥ Q_fic, где Q_fic — условная поперечная сила для усиленного стержня, определяемая по п. 5.8 СНиП II-23-81*; S_r - статический момент элемента усиления относительно центральной оси усиленного сечения; a_w — шаг шпонок шва (см. рис. 16, а).

Рис. 16. Присоединение элементов усиления

а — прерывистыми швами; б — сплошными швами; в — на болтах

Минимальные длины участков шпоночных швов определяют по выражению

где a_w — коэффициент, характеризующий распределение усилий между швами, прикрепляющими элемент усиления к основному стержню и равный доле общего усилия Т, относящийся к рассматриваемому шву. Здесь и далее под β _w, γ _w и R_w, подразумеваются значения β _f и β _z, γ _wf и γ _wz, R_wf и R_wz, принимаемые по п. 11.2 СНиП II-23-81* для двух расчетных сечений. Длину участка шпоночного шва следуете принимать не менее 50 мм.

Концевые участки шпоночных швов присоединения элементов усиления к основному стержню или узловым фасонкам должны обеспечивать передачу продольных усилий на элементы усиления и вовлечение их в совместную с основным стержнем работу. Их толщина может назначаться большей, чем толщина связующих швов. Минимальные длины концевых участков подсчитываются по формуле

где N_r = (N—N_o)A_r/A; A_r — площадь поперечного сечения элементам усиления.

При усилении изгибаемых элементов (N = 0) следует принимать N_r = 0, 5A_rR_yr.

Минимальный катет сплошных швов (рис. 16, б), крепящих элементы усиления, определяется выражением

Концевые участки швов могут назначаться с увеличенным катетом, а их прочность (при расчетной длине 85β _wk_f) проверяется по формуле

Применение болтов (рис. 16, в) для присоединения элементов усиления рекомендуется в случаях, когда:

болтовые соединения технологически более удобны;

материал усиливаемого элемента не допускает применения сварки;

желательно избежать возникновения дополнительных сварочных напряжений и деформаций.

Проектировать соединения следует с учетом минимального ослабления сечений. С этой целью диаметр болтов следует принимать минимальным, а их размещение задавать со сбитым шагом по отношении к существующим болтам или заклепкам. Шаг промежуточный соединений принимается не более 40i в сжатых и 80i в растянутых элементах усиления и определяется по формуле

где [N_в]_min — минимальная несущая способность болта (по сдвигу, срезу или смятию, определяемая по п. 3.5 СНиП II-23-81*).

Прочность концевых участков соединений элемента усиления проверяется по формуле

где n — количество болтов на концевом участке соединения (см. рис. 16, в); а_в — расчетный шаг болтов.

РАСЧЕТНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРОГИБОВ ЭЛЕМЕНТОВ,

ВОЗНИКАЮЩИХ ПРИ УСИЛЕНИИ И СВАРКЕ

Дополнительные прогибы, возникающие при присоединении цементов усиления (их прижатия к криволинейным усиливаемым элементам или приварке), следует учитывать в расчетах изгибаемых моментов конструкций на деформативность и в расчетах сложных моментов на устойчивость.

Деформации при прижатии элементов усиления к криволинейным выпуклым и вогнутым поверхностям усиливаемого элемента приводят к их изгибу.

Значение прогиба после присоединения элементов усиления допускается определять по формуле

где f₀ — начальный прогиб усиливаемого элемента. В расчетах сжатых стержней на устойчивость значение f_o определяется по указаниям и 4.11 от расчетных начальных нагрузок; в расчетах на деформативность — от нормативных начальных нагрузок; Σ I_r — сумма моментов инерции элементов усиления, присоединяемых одновременно, относимо их собственных центральных осей, перпендикулярных плоскости изгиба; а = N_э/N_э-N_о коэффициент, учитывающий влияние продольной силы.

При расчете изгибаемых элементов a_N = 1.

При малых значениях собственных моментов инерции элементов усиления (Σ I_r/I < 0, 1) допустимо не учитывать деформации при усилении и принимать f_* = f_o.

При присоединении элементов усиления к плоским поверхностям усиливаемого элемента, например, параллельным плоскости изгиба, принимается f_* = f_o.

Дополнительный остаточный прогиб, возникающий вследствие приварки элементов усиления, определяется по формуле

где а — средний коэффициент прерывности шпоночного шва с учетом протяженности концевых его участков (при сплошных швах а = 1); V = 0, 04k²_f —параметр продольного укорочения элемента от наложения одиночного шва; k_f — катет связующих швов в см; l_o = l_ef — расчетная длина элемента в плоскости изгиба (для однопролетных балок 1₀ — пролет балки); y_i — расстояние от i-го шва до центральной оси усиленного сечения, принимаемое со своим знаком; n_i = 1 — u· — коэффициент, учитывающий начальное напряженно-деформированное состояние элемента и схему его усиления; ξ _i = σ _oi/R_yo — коэффициент, характеризующий уровень начальных напряжений в зоне i-го шва в наиболее нагруженном сечении элемента.

u принимается равным: при швах, расположенных в растянутой |

зоне сечения, u = 1, 5; при швах, расположенных в сжатой зоне, в расчетах на устойчивость u = 0, 5; в расчетах на деформативность — u = 0, 7; при схемах усиления, связанных с наложением двусторонних швов, расположенных в растянутой и сжатой зонах сечения, допускается для всех швов принимать u = 1. Зависимости n(ξ _i) показаны на рис. 17;

σ _oi определяются по формуле (25) при характеристиках брутто; положительными считаются напряжения сжатия. Для сжатых цементов М₀ подсчитываются по формуле (26) при подстановке в нее f_* вместо f₀.

Рис. 17. Зависимости n(ξ) (сплошными линиями обозначены рекомендуемые значения, пунктирными — допускаемые)