Реконструкция зданий и сооружений

Усиление соединений

 

При недостаточной прочности  сварных швов их усиливают увеличением длины.

Наращивание швов следует производить электродами Э42, Э42А или Э46Т диаметром не более 4 мм при силе тока не более 220 А со скоростью, при которой за один проход размер катета не превышает 8 мм. Для элементов из уголков новые швы следует накладывать, начиная со стороны обушка от края фасонки в направлении существующих швов. Сварку последующего шва производят только после охлаждения   предыдущего до 100 °С. При усилении швов напряжения в усиливаемом элементе не должны превышать 0,8 R_у, где R_у — расчетное сопротивление стали. Усиление должны производить высококвалифицированные сварщики не ниже 5-го разряда.

Усиление заклепочных  соединений осуществляют высокопрочными болтами с предварительным напряжением. Болты устанавливают от середины узла к краям с помощью тарировочных ключей для измерения крутящих моментов. Из-за ослабления старых заклепок при установке новых высокопрочных болтов последние должны быть рассчитаны на воспринятие полной нагрузки

Из-за различной жесткости  сварных и болтовых соединений усиление последних при помощи сварки не рекомендуется.

 

 

2. Расчет  усиливаемых металлических элементов

 

При усилении сжатых элементов увеличением  их сечения (см. рис. 2) (без предварительного напряжения) расчет осуществляют по следующей схеме.

1. Определяют начальный  прогиб усиливаемого стержня в плоскости действия момента:

, (1)

где =М_н/ Р_н — случайный   начальный    эксцентриситет продольной силы относительно оси Х, принимаемый с соответствующим знаком (Р_а и М_н — расчетные значения начальной продольной силы и момента); — эйлерова сила для основного стержня - момент инерции; расчетная длина основного стержня).

При усилении центрально сжатого элемента начальный эксцентриситет равен

, (2)

где — случайный начальный относительный эксцентриситет, определяемый по графику (рис. 6); и — момент сопротивления и ядровое расстояние для крайних волокон усиливаемого элемента.

2. При заданной внешней нагрузке определяют возможность усиления основного стержня:

 (3)

 

где — характеристики усиливаемого элемента; ординаты наиболее удаленных волокон сечения относительно оси x^ос; т_с — коэффициент условий работы; — расчетное сопротивление материала основного стержня; k = 0,6 — коэффициент ограничения напряжений при усилении ненапряженными элементами с применением сварки.

Для центрально сжатых элементов  проверка производится в плоскости  максимальной гибкости, для внецентренно сжатых — в плоскости действия момента. Если хотя бы одно из условий не выполняется, необходима разгрузка элемента.

3. Определяют прогиб усиленного элемента:

при присоединении  элементов   усиления к плоским  поверхностям

; (4)

при присоединении  к вогнутой и выпуклой поверхности

,  (5)

 

где å J^ус —сумма моментов инерции элементов усиления относительно их собственных осей, параллельных оси х; J^ус — момент инерции усиленного стержня; N_э=п²ЕJ/1² — эйлерова сила усиленного стержня.

4. Выполняют расчет прикрепления элементов усиления.

Расчет швов на сдвигающие усилия

, (6)

где Q_mах— максимальная поперечная сила; S_x^ус — статистический момент элемента усиления относительно оси х; а_ω — шаг шпоночного шва.

Минимальная длина прерывистых  швов

+1см,   (7)

где a — коэффициент, учитывающий распределение усилий между швами элемента усиления;   — коэффициенты, определяемые по СНиП II-23—81 (п. 11.2); — расчетное сопротивление углового сварного шва.

Минимальная длина концевых швов

  (8)

где   (N_н — расчетное   усилие в стержне после усиления; A_р^ус  и A — соответственно площади элемента усиления и всего усиленного элемента).

Минимальная толщина  сплошных сварных швов

,  (9)

5. Определяют остаточный  сварочный прогиб

, (10)

где  l=l_еf/r — гибкость усиленного стержня в плоскости изгиба (1_еf  — расчетная   длина; r — радиус   инерции); v_x»0,04К²_f — объемное    укорочение    при сварке  (К_f —катет   шва, см);   п_i = 1-u×1n(1-ξ_i)/1n 2;   ξ_i = σ_i^ос/R_y^ос;

(у; — расстояние от центральной оси основного сечения до места наложения i-го шва; u = 0,5 при односторонних швах в сжатой зоне сечения, u =1,5 — то же, в растянутой зоне; u =1—при двусторонних швах).

6. Определяют расчетные эксцентриситеты в плоскости действия моментов:

; (11)

7. Проверяют устойчивость усиленного элемента в плоскости, действия момента

;  (12)

где φ_е принимается по СНиП II-23—81* в зависимости от условной гибкости усиленного элемента и приведенного эксцентриситета — коэффициент условия работы.

8. Проверяют устойчивость усиленного элемента в процессе сварки.

Площадь сечения элементов  усиления центрально сжатых элементов  определяют по формуле

,  (13)

где N — усилие в стойке в момент усиления; φ^ос и φ^ус — коэффициенты продольного изгиба старого и нового элементов.

При усилении сжатых элементов  телескопическими предварительно напряженными трубами условие устойчивости внутренней сжатой трубы имеет вид

;  (14)

 

где Аь — площадь сечения трубы; ; е —наружный радиус трубы; l и r_i — ее длина и радиус инерции; ; K₁ — определяется из выражения — площадь растянутой трубы).

Несущую способность  усиленной балки  (рис. 7)

проверяют с учетом пластических  деформаций. Напряжения в крайних  волокнах усиленного сечения

; (15)

Требуемая площадь   усиливающей детали

; (16)

При этом должна обеспечиваться общая устойчивость балки или соблюдаться условие

,

Касательные напряжения в зоне максимального момента не должны превышать 0,3R_S.

Расчет дополнительных сварных швов при усилении швов производят из условия

; (17)

где А_ω — площадь сварных швов до усиления; R_ωy  — расчетное сопротивление швов на срез; К — коэффициент распределения напряжений; А_ω^ус — сечение усиливающих швов; τ^ос — расчетное срезающее напряжение в швах до усиления.

 

 

 

Список использованной литературы

 

1. Реконструкция зданий и сооружений. под ред. проф. А.Л. Шагина

Москва «высшая школа» 1991