17. Различные виды сварных конструкций

В качестве примеров использования сварки для получения различного вида строительных конструкций и производства оборудования для различных отраслей промышленности рассмотрим некоторые виды сварных конструкций.

17.1. Классификация сварных конструкций

Большое разнообразие сварных конструкций затрудняет применение к ним какой-либо единой классификации. Их можно классифицировать по различным методам, но при рассмотрении вопросов проектирования и изготовления сварных конструкций наиболее целесообразной является классификация в зависимости от характерных особенностей их работы.

В этом случае можно выделить следующие типы сварных элементов и конструкций и дать им соответствующие определения.

Балки - конструктивные элементы, работающие, в основном, на поперечный изгиб. Жестко соединенные между собой балки образуют балочные и рамные конструкции.

Колонны – конструктивные элементы, работающие преимущественно на сжатие или на сжатие с продольным изгибом.

Решетчатые конструкции – это система стержней, соединенных в узлах таким образом, что стержни испытывают растяжение или сжатие. К ним относятся фермы, мачты, арматурные каркасы и сетки.

Оболочковые или листовые конструкции, как правило, работают на избыточное давление; к ним предъявляют требование герметичности соединений. К этому типу относят различные емкости, сосуды и трубопроводы.

В соответствии с такой неполной классификацией рассмотрим конструктивные особенности каждого типа более подробно.

17.2. Балки и колонны

Типы поперечных сечений и размеры сварных балок весьма разнообразны. Если нагрузка приложена в вертикальной плоскости, чаще всего используют балки двутаврового сечения.

Рис. 17.1. Сплошные и сквозные колонны:

а), б) – сплошные; в) - сквозные

Обычно сварной двутавр состоит из трех основных листовых элементов - стенки и двух полок (поясов). Устойчивость вертикальной стенки обеспечивается горизонтальными и вертикальными ребрами жесткости. Профиль сечения изменяется за счет изменения размеров стенки и поясов.

Балки коробчатого сечения широко используют в конструкциях мостовых кранов. Обычно вдоль балки располагают поперечные диафрагмы, которые приваривают к сжатому верхнему поясу и к боковым стенкам. Сварные элементы коробчатого сечения используют также в качестве стержней ферм крупных мостовых пролетных строений.

Колонны цехов воспринимают нагрузку от кровли и от мостовых кранов в местах расположения опор подкрановых балок. Колонны могут быть сплошные (рис. 17.1а,б) и сквозные (рис. 17.1в).

Резкое увеличение нормальной силы и изгибающего момента в этом сечении нередко приводит к необходимости использования ступенчатых колонн (рис. 17. 1 б,в). Нижняя часть колонн имеет опорную плиту, передающую нагрузку на бетонный фундамент.

17.3. Балочные и решетчатые конструкции

Рамы представляют собой объемную пространственную конструкцию, предназначенную для объединения отдельных конструкций, узлов и деталей в единый агрегат. Одно из главных требований, предъявляемых к рамам, - жесткость конструкции, поэтому входящие в состав сварной рамы балочные заготовки соединяют друг с другом либо непосредственно, либо с помощью вспомогательных элементов жесткости. Размеры рам и их конструктивное оформление весьма разнообразны, различны и методы получения балочных заготовок.

Рис. 17.2. Различные конструкции ферм:

а) – треугольная; б) – раскосная; в),г) – щпренгельная;

д) – безраскосная; е) – с ломанным поясом

Общим для решетчатых конструкций является наличие в узлах соединений нескольких отдельных стержней того или иного сечения.

Фермы, как и балки, работают на поперечный изгиб. Конструктивные формы балок проще, однако при достаточно больших пролетах применение ферм оказывается более экономичным. Характерные схемы решеток ферм показаны на рис. 17.2. Треугольная (рис.17.2а) и раскосная (рис. 17.2б) схемы являются основными. Фермы, воспринимающие нагрузки по верхнему или нижнему поясу, изготовляют шпренгельными по схемам, изображенным на рис. 17.2в,г. Иногда применяют безраскосные фермы с жесткими узлами (рис. 17.2д). По очертанию поясов фермы могут быть с параллельными поясами или с поясами, образованными ломаной линией (рис. 17.2е). По назначению фермы разделяют на стропильные, подстропильные и мостовые.

Стропильные фермы работают при статической нагрузке. В качестве стержней используют, главным образом, прокатные и значительно реже гнутые замкнутые сварные профили и трубы.

В общем объеме производства ферм их число из прокатных профилей составляет более 90%. Стержни в узлах таких конструкций соединяют либо непосредственно, либо с помощью вспомогательных элементов, главным образом, дуговой сваркой.

Пространственные решетчатые конструкции башенного типа (радиомачты, башни, буровые вышки и т. д.) вследствие большой высоты подвергаются значительным ветровым нагрузкам, поэтому их изготовляют преимущественно из трубчатых элементов. Поскольку размеры этих конструкций превышают габариты железнодорожного подвижного состава, их монтируют из сваренных на заводе секций. Основные стойки башни располагаются по углам граней секций и являются поясами плоских ферм. Стойки составляются из отдельных труб стандартной длины и через приваренные к их торцам фланцы соединяются между собой болтами.

Мачты линий электропередачи также являются пространственными решетчатыми конструкциями, но для их изготовления используют прокат в виде уголков.

Рис.17.4. Сварной каркас

Рис. 17.3. Сетка

К решетчатым конструкциям следует отнести и сварные элементы арматуры железобетона - сетки, плоские и пространственные каркасы. Сетки из взаимно перпендикулярных стержней круглого или периодического профиля, соединяемых контактной сваркой, могут быть рулонные (рис. 17.3) и плоские. Их назначение - армирование плит перекрытий, покрытия дорог, каналов и других элементов конструкций и сооружений.

Типы сварных каркасов разнообразны. Плоские каркасы используют в балочных перекрытиях (рис. 17.4); они состоят из продольной арматуры (поясов) и соединительной решетки в виде отдельных стержней или непрерывной змейки. Плоские каркасы, как и сетки, сваривают на точечных контактных машинах. Пространственные каркасы обычно имеют поясные продольные стержни и соединительную решетку либо в виде отдельных стержней, располагаемых по каждой из граней, либо в виде непрерывной проволоки, навиваемой по спирали.