Архівний експертний вміст: Стаття зберігає історичні приклади та претензії щодо зварних сталевих балок, мостів і ферм, але не є проектом, розрахунком, специфікацією з’єднань, планом зварювання, кваліфікацією процедур, оцінкою втоми чи посібником з ремонту. Матеріал, зварюваність, міцність, товщина, підготовка з’єднання, наповнювач, попередній нагрів, послідовність, залишкові напруги, допуски, корозія, вогонь, втома та контроль повинні визначатися відповідно до конкретного проекту та застосовних стандартів. Підшипникові з’єднання проектуються, виконуються та контролюються особами з відповідною кваліфікацією.
Savo Kusić сьогодні зосереджується на дерев’яних вікнах, дерево-алюмінієвих вікнах, вікнах на замовлення, дверях та запитах на пропозиції. Ця стаття залишається як історичний архів і не є пропозицією проектувати, зварювати, випробувати або зміцнювати сталеві конструкції.
Повністю зварені кронштейни
Секції опор
Огляд наведено на рис. 1 та 2. Сл. 1a показує опору, посилену звареними рейками. Секції довільної вантажопідйомності можуть бути зібрані з широкої сталі та листів (рис. 1b до e). Слід уникати відкритого з’єднання між кутовими швами, заточуючи вертикальний лист (рис. 1c). Поперечний переріз опори можна адаптувати до необхідного моменту опору за допомогою додаткових ремінних планок. Розрізи на рис. 2d до f мають перевагу в тому, що шов на межі відбувається в області меншої товщини ребра. Тут шви можна особливо легко перевірити за допомогою рентгенівського випромінювання.
Зображення 1 — секції зварних опор.
Зображення 2 — секції опор зі спеціальних профілів.
Контроль зварювання: радіографічне випробування використовує іонізуюче випромінювання та виконується лише в контрольованих умовах уповноваженими експертами. Вибір методу контролю, обсяг приймання та критерії якості визначаються проектом і стандартом; перевірка фотографії або зовнішньої поверхні не є доказом внутрішньої якості зварного шва.
Продовження вертикального листа
Розробка відбулася цілком належним чином. Виконано подовження підв’язками. У мостобудуванні хрестоподібна прибудова не набула великого значення, але в будівництві все одно зарекомендувала себе. Оскільки вертикальні розширення до межі були неекономічними через невеликі допустимі напруги, були знайдені розширення зі збільшеною довжиною шва.
Універсальні біти
Мал. 3 показує продовження основної балки автодорожнього мосту з посиленим ребром. Сл. 4 є продовженням одного шосейного мосту. У найкращому вигляді цей подовжувач за зовнішнім виглядом і способом дії не відрізняється від нерозширеного супорта, тільки міцність на втому трохи нижча. Рішення розширення залежить від того, чи це розширення цеху чи монтажу. Оскільки кращі інструменти доступні в майстерні, зварювання на місці, якщо це можливо, обмежене. Сл. 5 показує поділ одного променя довжиною 63m. Опори доставлялися на будівельний майданчик відрізками 38m і 25m, де приварювалися лише розтяжки, позначені буквою «В». Монтажні подовжувачі зроблені як U-подібні подовжувачі, щоб уникнути зварювання зверху.
Зображення 3 — продовження балки мосту на шосе поблизу Хаттенхайма.
Зображення 4 — історична деталь продовження балки мосту.
Зображення 5 — графік розширення цеху та складання.
Безперервні повні балки зварюються під час монтажу через отвори без риштувань, як, наприклад, біля автомобільного мосту з отворами 42m. Деталі опори встановлювали плавкраном і після монтажу всіх елементів зварювали. При цьому основні опори кріпилися шурупами за допомогою підв’язок з отворами (рис. 6). Через отвори в підв’язках можна було зварити більшу частину шва вертикального листа, перш ніж підв’язки потрібно було зняти. Сл. 6 містить додаткову інформацію про підготовку U-подібних швів для спеціальних профілів у верхньому та нижньому поясі.
Зображення 6 — тимчасові підв’язки з отворами під зварювання.
Монтаж і роботи на місці: історичні приклади з плавучим краном, тимчасовими кріпленнями, роботами з люками та зварюванням на місці не є планом монтажу. Потрібні розрахунок тимчасових умов, план підйому та кріплення, контроль геометрії, захист від падіння, захист від вогню та диму та відстежуваний контроль кожного з’єднання перед видаленням тимчасових опор.
Ребра жорсткості
Суцільні зварні опори необхідно добре закріпити проти виступу вертикального листа і бічного вигину пасів, крім того, вигин при зварюванні повинен бути невеликим. Напруги усадки на вертикальних ребрах жорсткості досліджував О. Графік-а. Під час досліджуваної послідовності робіт (спочатку зварювали ребра жорсткості, потім основні шви) виникали значні усадочні напруги в ребрах жорсткості та прилеглих смугах вертикального листового металу. Якщо ребра жорсткості вже є на поясах до витягування основних швів, то запобігається усадка планок пояса. У ламелях пояса з’явилися хвилеподібні вигини в поздовжньому напрямку2mm, в поперечному напрямку прибл0,25mm(мал.7). Тому в планках пояса повинні були бути значні напруги згину в обох напрямках. Несуча здатність була обмежена виникненням великих деформацій, а не міцністю на розрив нижнього пояса. За результатами випробування на втому для мостів між ребрами жорсткості та поясом необхідно встановлювати добре підігнані пластини, які кріпляться до ребер жорсткості стиковим швом. Ребра жорсткості і з’єднання обрізають таким чином, щоб основний шов залишався вільним (рис.8). У будівельній індустрії в більшості випадків безсумнівно, що ребра жорсткості приварюють безпосередньо до балок. Краще уникати розрізання швів і їх надмірного нагромадження.
Зображення7— деформація пасів під час зварювання.
Зображення8— посилення добре підігнаними плитками.
Усадка, деформації та втома: історичні результати випробувань не можуть бути перенесені на іншу деталь без розрахунку. Ребра жорсткості, закінчення зварних швів, перетини швів, допуски та послідовність робіт впливають на залишкові напруги, прогин і втомну міцність; неприйнятні тріщини та деформації не усуваються додатковим зварюванням без затвердженої процедури ремонту.
Повні дужки та рамки
Арочні опори та тонкі арки
Аркові кріплення пропонують щось особливе порівняно зі справжніми повними кріпленнями. Проте з’єднання двостінних консольних арок з одностінними балками жорсткості, виконане на двох найбільших зварних автодорожніх мостах, є одними з найцікавіших зварних конструкцій. На шосейному мосту через річку Лех біля Дуйсбурга для полегшення зварювальних робіт у кінцевому вузлі було використано масивний оброблений шматок кованої сталі. Цей (мал. 9) сприймає зусилля від арки та передає їх на балку жорсткості. Поставляється з міцним виходом 50 mm, який проходить через один паз до верхнього пояса балки жорсткості та приварюється до вертикальної пластини, посиленої до товщини 50 mm.
Зображення 9 — кінцевий вузол арочного мосту.
Каркасні конструкції
На кутах рами найкраще видно переваги техніки зварювання, що дозволяє без особливих труднощів виготовляти складні форми. Один кут рами з великим вантажем показаний на рис. 10. Конструкція має зварні прибудови цеху. Монтажні подовжувачі кріпляться за допомогою саморізів. При зварюванні ребер жорсткості між ніжками опор, що з’єднуються, виникають великі усадочні напруги, які іноді призводять до появи тріщин. Усадкові напруги значно зменшуються, коли замість повних ребер (рис. 11a) зварюють лише листи крила (рис. 11b).
Зображення 10 — кут опори рами.
Малюнок 11 — детальне порівняння жорсткості зварного з’єднання.
Зображення 12 — Бельгійський вузол мосту з каркасними балками.
Жорсткі до вигину з’єднання поздовжніх опор
У сітці тротуарів мостів можна досягти значного спрощення шляхом застосування зварних з’єднань. Втомна міцність з’єднань поздовжніх опор і т.п. при навантаженні на вигин висвітлено випробуваннями О. Graf-a (рис. 13). Таким чином, з’єднання з стиковим швом на стороні розтягування має більш високу міцність на втому при рівномірній напрузі згину σUb, ніж з’єднання, де розтягнута нога з’єднана кутовими швами.
Зображення 13 — історичні варіанти з’єднань поздовжніх опор.
Підтримує сітку
Зварні кроквяні конструкції
Форми та з’єднання давніших решіток були копіями клепаних конструкцій (рис. 14). Це недоцільно, при виборі перерізів необхідно враховувати особливі властивості зварних з’єднань. Важлива також більша жорсткість всіх з’єднань в порівнянні з клепаними вузлами. З’єднання діагональних стрижнів у вузлах сітки з підвищеними зусиллями, особливо на будівельному майданчику, важко виконати. Оскільки тут мова йде про з’єднання з кутовими швами, втомна міцність є відносно низькою. Повністю зварений, тобто. і у вузлах зварної сітки, тому тільки в деяких спеціальних ділянках сталевих конструкцій. Наприклад, з даховими кріпленнями, з кранами з невисоким динамічним навантаженням тощо.
Зображення 14 — зварний вузол решітчастої опори.
В першу чергу для формування поперечного перерізу враховуються плоскі сталі та листовий метал. У зварних конструкціях без особливих труднощів виготовляють порожнисті профілі, які завдяки своїй жорсткості на кручення мають перевагу перед пресованими стрижнями. Окремий випадок круглої труби заслуговує окремої згадки. Широке застосування знайшли зварні трубчасті конструкції, напр. при будівництві кранів або легких конструкцій у будівельній індустрії. У разі продовження і з’єднання порожнистих профілів, насправді, необхідно враховувати певні конструктивні труднощі і додаткові витрати. Зварні секції часто збираються на кінцях, щоб легше було заклепувати з’єднання (рис. 15). Спеціальні заходи, необхідні в цеху і на будівельному майданчику для зварних гратчастих конструкцій, ускладнюють їх застосування, якщо тільки мова не йде про опори з незначним або переважно статичним навантаженням. Для динамічно навантажених решіток і для решіток з великими зусиллями зварювали лише окремі елементи, а їх взаємне з’єднання здійснювали за допомогою гвинтів. Перш за все, усунули труднощі монтажу; а решітки зі зварних елементів можна монтувати за тими ж процедурами, що й решітки з клепаних стрижнів.
Малюнок 15 — формування торця порожнистої секції для з’єднання.
Вузлові листи, які одночасно приймають діагоналі, приклепують звичайним способом до ребер поясів або зварюють їх встик (рис. 16a). Останній має недолік «стартових кутових швів», що негативно впливає на втомну міцність балки. Рішучий крок до правильного формування фермових мостів за допомогою зварювання був зроблений на залізничному мосту через Рейн біля Майнца (міст Кайзера). Там, на 50 mm, у вертикальні листи товстих пасів 30 mm вставляються посилені вузлові листи з стиковими швами. Переходи поступові, формування видно з рис. 16b. Подовження стрижнів ременя розташовані поруч із вузлами.
Малюнок 16 — вузлові листи вітрової муфти та залізничного мосту через Рейн біля Майнца (міст Кайзера, 1954).
Посилення зварюванням
Посилення сталевих конструкцій - одна з найскладніших робіт, особливо коли її потрібно виконувати на навантаженій конструкції. У разі заклепкових з’єднань вставлення арматури, свердління та з’єднання з наявними деталями потребують багато часу та витрат. Оскільки зварювання можливе без тривалих попередніх підготовок, а також без порушення існуючого зв’язку, було близько спробувати зварити арматуру перерізів і з’єднань сіток. Спільна дія заклепок і зварних швів при сприйнятті сил в стрижнях детально досліджено теоретично і експериментально. Однак на практиці тріщини та втомні розриви з’явилися, частково лише після тривалого використання. Причинами цих труднощів були наслідки виїмок під час зварювання та раптові зміни перетину, а деякі тріщини, що з’явилися, були спричинені високими напругами від усадки.
Зміцнення існуючої конструкції: зварювання напруженої або постарілої сталі може призвести до появи тріщин, крихкого руйнування, локальної втрати стабільності та нового траєкторії зусиль. Перед початком робіт необхідно визначити матеріал, наявні пошкодження та втому, фактичне навантаження, зварюваність, послідовність зняття навантаження та тимчасову страховку. Армування виконується тільки за затвердженим проектом і порядком, з наглядом і контролем.
Поєднання зварювання, клепки та загвинчування
Заборонено одночасно застосовувати зварювання та клепку. Особлива увага приділялася «повністю зварним конструкціям», в яких повністю уникали заклепок і гвинтів. Сьогодні зварювання і клепка знову застосовуються паралельно на одному об’єкті. У багатьох випадках доцільно зварювати тільки цехові надставки, а збірні, навпаки, клепати. Слід уникати застосування обох типів з’єднань в одному продовженні, оскільки чіткий розподіл сил не може бути досягнутий через усадку, пов’язану з зварюванням і ковзанням заклепок/болтів.
Останнє зауваження: спільну дію зварних швів, заклепок і гвинтів не можна припускати без розрахункової моделі, визначеної послідовності виконання, допусків і контролю ковзання. Для кожної несучої деталі необхідно знати шлях дії сили, категорію втоми, доступність зварювання та перевірки, допустимі дефекти та план технічного обслуговування протягом усього терміну служби конструкції.