Колонны и элементы стержневых конструкций, их характеристики
Колонна является древнейшей строительной конструкцией. Рассмотрим краткую характеристику конструкций, работающих на сжатие.
Колонны, стойки, стрелы кранов и другие продольно сжатые конструкции с точки зрения их расчета имеют общие черты с отдельными элементами, входящими в состав других конструкций или стержневых систем, например со стержнями ферм, элементами связей и т.п. При всем многообразии такие конструкции имеют общие формальные признаки - все они работают на сжатие или на сжатие с изгибом, а их длина в 10...20 раз и более превышает размеры поперечных сечений. Конструкция состоит из собственно стержня и опорных устройств, технические решения которых зависят от назначения конструкции и особенностей, узловых сопряжении.
По форме силуэта конструкции могут быть постоянного сечения, переменного сечения и ступенчатыми. Изменение сечения по длине позволяет снизить металлоемкость, но незначительно, поэтому такие стержни проектируют из архитектурных соображений либо когда снижение массы приводит к дополнительным эффектам, например в подвижных конструкциях типа крановых стрел.
Типичными представителями сжатых стержневых конструкций являются колонны и стойки, состоящие из стержня, оголовка, базы, иногда консоли. Оголовок служит для опирания и крепления вышележащих конструкций. База выполняет две функции - распределяет усилие, передаваемое колонной на фундамент, снижая напряжение до расчетного сопротивления фундамента, и обеспечивает прикрепление к нему колонны с помощью анкерных болтов. На консоли могут опираться подкрановые балки, стеновые панели, технологические коммуникации и т. п.
Мощные стержни типа колонн, стоек, элементов тяжелых ферм выполняют из одиночных широкополочных двутавров или составляют их из нескольких прокатных профилей. Составные стержни могут быть сплошностенчатыми - сплошными - и сквозными.
Последние в свою очередь делят на стержни с безраскосной решеткой, решетчатые и перфорированные. Ветви (пояса) безраскосных стержней объединяют планками из листовой стали, жесткими вставками или перфорированными листами. Перфорированные стержни могут быть выполнены также гнуто сварными из зигзагообразно разрезанных листов или из прокатных профилей, которые после предварительной фигурной резки объединяют в крестообразное сечение. При всей своей привлекательности перфорированные стержни находят ограниченное применение, что связано с дополнительными операциями и необходимостью иметь оборудование для фигурной резки и гибки заготовок в форме гнутых швеллеров или уголков. При изготовлении стоек из перфорированных прокатных профилей необходимы операции правки, так как после резки исходного профиля полученные заготовки изгибаются в разные стороны вследствие наличия в исходном металлопрокате остаточных напряжений.
Элементы стержневых конструкций небольших поперечных размеров проектируют из круглых или прямоугольных труб, одиночных либо спаренных уголков.
По виду напряженного состояния стержни делят на центрально-сжатые, внецентренно сжатые и сжато-изгибаемые. Аналогичную классификацию используют для наименования растянутых элементов.
3. Фермы. Общая характеристика и классификация ферм
Фермой называют систему стержней (обычно прямолинейных), соединенных между собой в узлах и образующих геометрически неизменяемую конструкцию.
Если нагрузка приложена в узлах, а оси элементов фермы пересекаются в одной точке (центре узла), то жесткость узлов несущественно влияет на работу конструкции и в большинстве случаев их можно рассматривать как шарнирные. Тогда все стержни фермы испытывают только осевые усилия (растяжение или сжатие). Благодаря этому металл в фермах используется более рационально, чем в балках, и они экономичнее балок по расходу материала, но более трудоемки в изготовлении, поскольку имеют большое число деталей. С увеличением перекрываемых пролетов и уменьшением нагрузки эффективность ферм по сравнению со сплошностенчатыми балками растет.
Стальные фермы получили широкое распространение во многих областях строительства: в покрытиях и перекрытиях промышленных и гражданских зданий, мостах, опорах линий электропередачи, объектах связи, телевидения и радиовещания (башни, мачты), транспортерных галереях, гидротехнических затворах, грузоподъемных кранах и т.д.
Фермы бывают плоскими (все стержни лежат в одной плоскости) и пространственными.
Плоские фермы могут воспринимать нагрузку, приложенную только в их плоскости, и нуждаются в закреплении из своей плоскости связями или другими элементами. Пространственные фермы образуют жесткий пространственный брус, способный воспринимать нагрузку, действующую в любом направлении. Каждая грань такого бруса представляет собой плоскую ферму. Примером пространственного бруса может служить башенная конструкция.
Основными элементами ферм являются пояса, образующие контур фермы, и решетка, состоящая из раскосов и стоек.
Расстояние между узлами пояса называют панелью, расстояние между опорами - пролетом, расстояние между осями (или наружными гранями) поясов - высотой фермы.
Пояса ферм работают в основном на продольные усилия и момент (аналогично поясам сплошных балок); решетка ферм воспринимает в основном поперечную силу, выполняя функцию стенки сплошной балки.
Соединения элементов в узлах осуществляют путем непосредственного примыкания одних элементов к другим или с помощью узловых фасонок. Для того чтобы стержни ферм работали в основном на осевые усилия, а влиянием моментов можно было пренебречь, элементы ферм следует центрировать по осям, проходящим через центры тяжести.
В зависимости от назначения, архитектурных требований и схемы приложения нагрузок фермы могут иметь самую разнообразную конструктивную форму. Их можно классифицировать по следующим признакам: статической схеме, очертанию поясов, системе решетки, способу соединения элементов в узлах, величине усилия в элементах.
По статической схеме фермы бывают: балочные (разрезные, неразрезные, консольные), арочные, рамные и вантовые.
В покрытиях зданий, мостах, транспортерных галереях и других подобных сооружениях наибольшее применение нашли балочные разрезные системы. Они просты в изготовлении и монтаже, не требуют устройства сложных опорных узлов, но весьма металлоемки. При больших пролетах (более 40 м), разрезные фермы получаются негабаритными и их приходится собирать из отдельных элементов на монтаже. При числе перекрываемых пролетов два и более применяют неразрезные фермы. Они экономичнее по расходу металла и обладают большей жесткостью, что позволяет уменьшить их высоту. Но как во всяких внешне статически неопределимых системах, в неразрезных фермах при осадке опор возникают дополнительные усилия, поэтому их применение при слабых просадочных основаниях не рекомендуется. Кроме того, необходимость создания неразрезности усложняет монтаж таких конструкций. Консольные фермы используют для навесов, башен, опор воздушных линий электропередач. Рамные системы экономичны по расходу стали, имеют меньшие габариты, однако более сложны при монтаже. Их применение рационально для большепролетных зданий. Применение арочных систем, хотя и дает экономию стали, приводит к увеличению объема помещения и поверхности ограждающих конструкций. Их применение диктуется в основном архитектурными требованиями. В вантовых фермах все стержни работают только на растяжение и могут быть выполнены из гибких элементов, например стальных тросов. Растяжение всех элементов таких ферм достигается выбором очертания поясов и решетки, а также созданием предварительного напряжения. Работа только на растяжение позволяет полностью использовать высокие прочностные свойства стали, поскольку снимаются вопросы устойчивости. Вантовые фермы рациональны для большепролетных перекрытий и в мостах. Промежуточными между фермой и сплошной балкой являются комбинированные системы, состоящие из балки, подкрепленной снизу шпренгелем или раскосами, либо сверху аркой. Подкрепляющие элементы уменьшают изгибающий момент в балке и повышают жесткость системы. Комбинированные системы просты в изготовлении (вследствие меньшего числа элементов) и рациональны в тяжелых конструкциях, а также в конструкциях с подвижными нагрузками. Весьма эффективно применение комбинированных систем при усилении конструкций, например, подкрепление балки, при недостаточной ее несущей способности, шпренгелем или подкосами.
В зависимости от очертания поясов фермы подразделяют на сегментные, полигональные, трапецеидальные, с параллельными поясами и треугольные.
Очертание поясов ферм в значительной степени определяет их экономичность. Теоретически наиболее экономичной по расходу стали является ферма, очерченная по эпюре моментов. Для однопролетной балочной системы с равномерно распределенной нагрузкой это будет сегментная ферма с параболическим поясом . Однако криволинейное очертание пояса повышает трудоемкость изготовления, поэтому такие фермы в настоящее время практически не применяют.
Более приемлемым является полигональное очертание с переломом пояса в каждом узле. Оно достаточно близко соответствует параболическому очертанию эпюры моментов, не требует изготовления криволинейных элементов. Такие фермы иногда применяют для перекрытия больших пролетов и в мостах, т.е. в конструкциях, поставляемых на строительную площадку "россыпью" (из отдельных элементов). Для ферм покрытий обычных зданий, поставляемых на монтаж, как правило, в виде укрупненных отправочных элементов из-за усложнения изготовления эти фермы в настоящее время не применяют. Вы их можете встретить только в старых сооружениях, построенных до 50-х годов.
Фермы трапецеидального очертания, хотя и не совсем соответствуют эпюре моментов, имеют конструктивные преимущества, прежде всего за счет упрощения узлов. Кроме того, применение таких ферм в покрытии позволяет устроить жесткий рамный узел, что повышает жесткость каркаса.
Фермы с параллельными поясами по своему очертанию далеки от эпюры моментов и по расходу стали не экономичны. Однако равные длины элементов решетки, одинаковая схема узлов, наибольшая повторяемость элементов и деталей и возможность их унификации способствует индустриализации их изготовления. Благодаря этим преимуществам фермы с параллельными поясами стали основными для покрытия зданий.
Фермы треугольного очертания рациональны для консольных систем, а также для балочных систем при сосредоточенной нагрузке в середине пролета (подстропильные фермы). При распределенной нагрузке треугольные фермы имеют повышенный расход металла. Кроме того, они имеют ряд конструктивных недостатков. Острый опорный узел сложен и допускает только шарнирное сопряжение с колоннами. Средние раскосы получаются чрезвычайно длинными, и их сечение приходится подбирать по предельной гибкости, что вызывает перерасход металла. Однако в ряде случаев их применение для стропильных конструкций диктуется необходимостью обеспечения большого (свыше 20 %) уклона кровли или требованиями создания одностороннего освещения (шедовые покрытия).
Системы решетки. Выбор типа решетки зависит от схемы приложения нагрузок, очертания поясов и конструктивных требований. Так, во избежание изгиба пояса места приложения сосредоточенных нагрузок следует подкреплять элементами решетки. Для обеспечения компактности узлов угол между раскосами и поясом желательно иметь в пределах 30...50°.
Для снижения трудоемкости изготовления ферма должна быть по возможности простой с наименьшим числом элементов и дополнительных деталей.
Треугольная система решетки имеет наименьшую суммарную длину элементов и наименьшее число узлов. Различают фермы с восходящими и нисходящими опорными раскосами. Если опорный раскос идет от нижнего опорного узла фермы к верхнему поясу, то его называют восходящим. При направлении раскоса от опорного узла верхнего пояса к нижнему - нисходящим. В местах приложения сосредоточенных нагрузок (например, в местах опирания прогонов кровли) можно установить дополнительные стойки или подвески. Эти стойки служат также для уменьшения расчетной длины пояса. Стойки и подвески работают только на местную нагрузку.
Недостатком треугольной решетки является наличие длинных сжатых раскосов, что требует дополнительного расхода стали для обеспечения их устойчивости.
В раскосной системе решетки все раскосы имеют усилия одного знака, а стойки - другого. Так, в фермах с параллельными поясами при восходящем раскосе стойки растянуты, а раскосы сжаты; при нисходящем - наоборот. Очевидно, при проектировании ферм следует стремиться, чтобы наиболее длинные элементы были растянуты, а сжатие воспринималось короткими элементами. Раскосная решетка более металлоемка и трудоемка по сравнению с треугольной, так как общая длина элементов решетки больше и в ней больше узлов. Применение раскосной решетки целесообразно при малой высоте ферм и больших узловых нагрузках.
Шпренгельную решетку применяют при внеузловом приложении сосредоточенных нагрузок к верхнему поясу, а также при необходимости уменьшения расчетной длины пояса. Она более трудоемка, но в результате исключения работы пояса на изгиб и уменьшения его расчетной длины может обеспечить снижение расхода стали.
Если нагрузка на ферму может действовать как в одном, так и в другом направлении (например, ветровая нагрузка), то целесообразно применение крестовой решетки. Раскосы такой решетки могут быть выполнены из гибких элементов. В этом случае сжатые раскосы вследствие большой гибкости выключаются из работы и решетка работает как раскосная с растянутыми раскосами и сжатыми стойками.
В фермах с поясами из тавров можно применить перекрестную решетку из одиночных уголков с креплением раскосов непосредственно к стенке тавра.
Ромбическая и полураскосная решетки благодаря двум системам раскосов обладают большой жесткостью; эти системы применяют в мостах, башнях, мачтах, связях для уменьшения расчетной длины стержней. Они рациональны при большой высоте ферм и работе конструкций на значительные поперечные силы.
Возможна в одной ферме комбинация различных типов решетки.
По способу соединения элементов в узлах фермы подразделяют на сварные и болтовые. В конструкциях, изготовленных до 50-х годов, применялись также клепаные соединения. Основными типами ферм являются сварные фермы. Болтовые соединения, как правило, на высокопрочных болтах применяют в монтажных узлах.
По величине максимальных усилий условно различают легкие фермы с сечениями элементов из простых прокатных или гнутых профилей и тяжелые фермы с элементами составного сечения.
Эффективность ферм может быть повышена при создании в них предварительного напряжения.
4. Технологические площадки. Общие сведения. Классификация
Площадки предназначены для размещения технологического оборудования, организации его обслуживания, ремонта и состоят из несущих балок, настила, лестниц и ограждения. В зависимости от величины полезной нагрузки и назначения площадки подразделяют на три группы.
1. Площадки под тяжелое стационарное оборудование и подвижную нагрузку (рабочая площадка сталелитейных и литейных цехов, главных корпусов ТЭЦ и т.п.) с полезной нагрузкой р > 20 кН/м2.
2. Ремонтные площадки ходовых колес кранов, площадки под транспортеры, трубопроводы, вентиляторы с р =4...20 кН/м2.
3. Посадочные площадки на опорные (мостовые) и подвесные краны, смотровые площадки с полезной нагрузкой р = 2,0...4,0 кН/м2.
Площадки первой группы выполняют в виде самостоятельных встроенных в здание сооружений. Такие площадки опираются на отдельные колонны, сетка которых обычно кратна модулю, принятому в строительстве (М = 6 м или реже 3 м). По колоннам устанавливают систему несущих балок (балочную клетку) и устраивают настил. Геометрическую неизменяемость такого встроенного сооружения и его жесткость обеспечивают системой вертикальных связей.
Площадки второй группы обычно выполняют в виде стального настила из плоской или рифленой стали, подкрепленного снизу ребрами жесткости из стальной полосы или уголков. Балки площадок опирают на кронштейны, которые в свою очередь крепят к стенам, колоннам, ветровым фермам торцевых стен зданий либо в качестве балок площадки используют подкрановые балки, к которым крепят рифленый стальной лист. Иногда балки опирают на отдельные колонны, аналогично площадкам первой группы.
Площадки третьей группы чаще всего собирают из унифицированных стальных элементов (балок, настила, лестниц). Балки этих площадок крепят, как правило, к основным несущим конструкциям здания (колоннам, стенам, подкрановым балкам, стропильным конструкциям) или к конструкциям технологического оборудования.
В качестве настила применяют листы из плоской или рифленой стали с подкреплением их ребрами жесткости, плиты из сборного железобетона, а также железобетонный настил, выполняемый по опалубке из стального гофрированного листа (сталежелезобетонный настил).
Стальной настил в площадках первой группы применяют, если возможно быстрое разрушение бетона от действия высоких температур и больших циклических нагрузок (сталелитейные и литейные цехи).
4.1 Балочные клетки
Схемы балочных клеток определяются расположением оборудования и типом настила. Выбирают их из условия обеспечения наименьших затрат металла, бетона и труда на изготовление и монтаж, для чего схемы балочных клеток применяют с наиблее коротким и простым путем передачи нагрузки на колонны или другие опоры.
Балки настила в плане размещают с постоянным шагом по длине поддерживающих их балок (главных или второстепенных), шаг этих балок определяется несущей способностью и жесткостью настила, Необходимо иметь в виду, что при уменьшении шага балок настила толщина последнего и суммарный расход материалов на настил к поддерживающие его балки будут уменьшаться до определенного предела, после которого сечения балок будут определяться не условиями прочности, а требованиями жесткости, и может оказаться целесообразным увеличить шаг балок.
Главные балки ориентируют в направлении большего шага колонн (продольного или поперечного) и проектируют обычно разрезными. Учитывая значительные пролеты главных балок, составляющие, как правило, 9...12 м и более, их проектируют составного двутаврового сечения с членением при необходимости на отправочные элементы. На монтаже отправочные элементы объединяют в единую конструкцию сваркой либо высокопрочными болтами с накладками.
Балки настила проектируют двутаврового или реже швеллерного сечения. Необходимо иметь в виду, что в площадках с балочной клеткой нормального и усложненного типов прокатные балки рациональны при пролетах до 8...9 м, нагрузках до 10...12 кН/м2 и железобетонном настиле. Если расстояние между главными балками более 9 м. то экономичнее переходить на балочную клетку усложненного типа с 2...3 вспомогательными балками, которые выполняют двутаврового и таврового сечения или из уголков.
Балки настила можно проектировать разрезными и неразрезными. Последняя статическая схема удобнее при этажном сопряжении балок. В плане второстепенные балки размешаются либо с постоянным шагом по длине поддерживающих их балок при равномерно распределенной полезной нагрузке, либо с нерегулярным шагом при установке на площадке стационарного оборудования. Шаг балок настила определяется конструкцией настила и величиной полезной нагрузки.
4.2 Настилы
В конструкциях технологических площадок применяют стальные сплошные настилы из плоского или рифленого листа, железобетонные (из сборных плит или монолитной плиты) и сталежелезобетонные
Выбор материала настила и его конструктивное решение (стационарный или съемный щитовой) выбирают с учетом технологического назначения площадки, характера и величины полезной нагрузки, температурно-влажностного режима эксплуатации, агрессивности среды, экономического фактора.
Поверх несущего настила часто устраивают защитный настил (асфальтовый или бетонный пол толщиной 40...60 мм на несущем железобетонном настиле, деревянный из торцевых брусков - на стальном).
Щиты съемных настилов могут иметь размеры в плане до 3х12 м (для ручного открывания щиты, как правило, имеют меньшие размеры и массу не более 75 кг). Щиты состоят из системы второстепенных и вспомогательных балок, стального настила, подкрепленного ребрами жесткости, и укладываются на поддерживающие главные балки. Применение подобного конструктивного решения повышает степень заводской готовности и снижает трудозатраты при монтаже.
4.3 Лестницы и переходные площадки
Настилы технологических площадок могут располагаться в один или несколько ярусов в зависимости от вида оборудования и его высоты. Для доступа обслуживающего персонала к технологическому оборудованию устраиваются лестницы в виде лестничных маршей или стремянок.
Лестничные марши состоят из косоуров (тетивы), опорных элементов, ступеней, ограждения (перил, стоек) и устанавливаются с углом наклона ? = 45° и 60°, который зависит от частоты обслуживания оборудования и наличия свободных площадей для размещения лестниц. При большой частоте использования лестницы принимается угол наклона ? = 45°. Для последних ширину маршей (расстояние между перилами ограждения) принимают 600, 800 и 1000 мм с шагом ступеней 200 мм. Марши с углом наклона 60° выполняют шириной 600 и 800 мм с шагом ступеней 300 мм. Проектирование лестниц производят в соответствии с указаниями типовой серии 1.459-2 "Стальные лестницы, переходные площадки и ограждения".
Тетиву выполняют из холодногнутого профиля. Расчетную схему тетивы принимают в виде однопролетной наклонной балки при одномаршевой лестнице или многопролетной балки ломаного очертания при двух- и более маршевой прямой лестнице. Косоуры работают на поперечный изгиб от массы металлоконструкций лестниц и полезной нагрузки.
Ступени лестниц изготовляют из стального листа: гнутые из рифленой стали, гнутые из просечно-вытяжного листа с отгибом подступенка из непросеченной части листа, ребристые из полос стали или арматурной стали с подступенком из прокатного уголка и из штампованных профилированных элементов швеллерного сечения. Переходные площадки состоят из стального настила (применяют тот же материал, что и для ступеней маршей), ребер жесткости и балок площадки. Настил приваривают к продольным балкам.
Переходные площадки крепят к стенам и колоннам каркаса здания или несущим элементам технологического оборудования кронштейнами и консольными балками.
Поручни рассчитывают как многопролетную балку, опорами которой служат стойки перил, если же технологическая площадка предназначена для непродолжительного пребывания людей (например, посадочная площадка на мостовой кран), то расчет перил ведут на горизонтальную сосредоточенную нагрузку интенсивностью 0,8 кН. Стойки перил рассчитывают как консольные элементы, загруженные сосредоточенной горизонтальной нагрузкой, равной отпору поручня перил.
Стремянки применяют в тех случаях, когда невозможно или нецелесообразно ставить лестницы из-за их редкого использования (например, подъем одного рабочего один-два раза в смену). Угол наклона стремянок принимают равным 90°, ширину 600 мм и высоту от 2400 до 6000 мм. Стремянки состоят из тетивы, ступеней и ограждения.
Какие бывают металлоконструкции?
Какие металлические конструкции применяются в строительстве?
Металлические конструкции можно классифицировать по размеру, способу изготовления, конфигурации и принципу действия. В зависимости от способа изготовления металлоконструкции могут быть литыми, коваными, точеными, клепаными, штампованными, сварными и комбинированными (клеесварными, штампосварными и т. д.).
Наиболее распространены следующие строительные металлоконструкции:
- арматурные сетки и каркасы;
- балки, колонны;
- панели, витражи, оконные переплеты, ворота и другие ограждающие конструкции;
- обслуживающие конструкции (лестницы, ограждения, площадки), а также резервуары различного типа, диафрагмы и мембраны, опорные конструкции (мачты ЛЭП).
________________________________________
По каким внешним признакам различаются строительные металлоконструкции?
К решетчатым конструкциям относят фермы, связи по поясам ферм, вертикальные связи и т.п. К сплошным конструкциям - колонны и балки Н-образного сечения и т.п. ________________________________________
Каковы достоинства металлических конструкций?
Металлические конструкции обладают рядом достоинств:
- меньшей массой (если сравнить с железобетонными изделиями);
- простотой и серийностью изготовления;
- легкостью монтажа и демонтажа;
- удобством и быстротой возведения;
- возможностью осуществления монтажа крупными блоками;
- транспортабельностью;
- прочностью и долговечностью;
- надежностью в эксплуатации.
Вместе с тем, подверженность металлоконструкций (особенно стальных) коррозии, вызывает необходимость их защиты от внешних воздействий в виде оцинковки, нанесения других защитных эмалевых или полимерных покрытий (окраски).
________________________________________
Какая сталь применяется для изготовления арматурных каркасов?
Круглая, горячекатаная и холодносплющенная сталь периодического профиля. Арматурную сталь и сетки следует предохранять от загрязнений и атмосферных воздействий. ________________________________________
Что означает термин «арматурная сталь периодического профиля»?
Это металлические стержни с равномерно расположенными на их поверхности под углом к продольной оси стержня поперечными выступами (рифлением) для улучшения сцепления с бетоном. ________________________________________
Каковы требования к армированию бетонных конструкций?
От правильной укладки арматурных стержней зависит несущая способность железобетона. В консольных конструкциях, защемленных с одной стороны, арматуру укладывают в верхней части бетонной массы, в конструкциях, защемленных с обеих сторон, - в нижних слоях. В наиболее ответственных конструкциях сталь распределяют равномерно по всей массе бетона, связывая (сваривая) в каркас. Но в любом случае арматура должна находиться в толще бетона, приближаясь к краям на расстояние не менее 5 см. При правильном соотношении вяжущих, заполнителей и арматуры получается мощная конструкция, способная выдержать очень большие нагрузки. ________________________________________
Можно ли изготовить арматурный каркас непосредственно на стройплощадке?
Как правило, эти конструкции производятся на заводах, технологическая оснащенность которых позволяет применять наиболее эффективные способы сварки. При сварке арматурного каркаса на строительном объекте эту работу следует поручать специалистам, имеющим спецподготовку и допуск к данному виду работ. Ручная вязка арматуры может применяться лишь в исключительных случаях при выполнении мелких работ.
________________________________________
Как выполняется крепление штучной арматуры в местах пересечения?
Необходимо соблюдать следующие требования:
- стержни диаметром до 25 мм скрепляются точечной сваркой, вязальной проволокой, пластмассовыми соединительными элементами;
- стержни диаметром более 25 мм соединяют только дуговой сваркой, если проектом не предусмотрены другие скрепления;
- перевязкой или сваркой должно быть соединено не менее 50% пересечений, при этом пересечения в углах обязательно скрепляются;
- перелом осей стержней арматуры классов А-I, А-II, А-III диаметром до 40 мм в сварных стыковых соединениях осуществляются с накладками, выполненными дуговой сваркой протяженными швами.
________________________________________
Где чаще всего применяются стальные конструкции?
Стальные конструкции легче железобетона, но тяжелее алюминиевых изделий. Благодаря высоким механическим характеристикам и однородности структуры сталь применяют там, где конструкции подвергаются высоким напряжениям.
________________________________________
Что является материалом для изготовления стальных строительных конструкций?
Мартеновские углеродистые горячекатаные стали и низколегированные стали. При подсчете собственной массы стальных конструкций учитывается объемный вес (в кг/м3):
- для сталей всех марок 7850
- для чугуна 7200
________________________________________
Как производится соединение стальных конструкций?
В строительной практике применяют три вида соединений: болтовое, заклепочное и сварочное.
________________________________________
Как рассчитываются болтовые и заклепочные соединения?
Такие соединения воспринимают нагрузки на срез, смятие и растяжение.При расчете на центрально-приложенную в отношении соединения силу принимается равномерное распределение ее между всеми заклепками или болтами. В соединениях внахлестку в расчет включают полное число заклепок или болтов, а в соединении с накладками - число заклепок или болтов, расположенных по одну сторону от оси стыка.
Проверка прочности соединения, работающего на силу, приложенную вне центра соединения, производится на усилие, воспринимаемое наиболее напряженным болтом (заклепкой). Соединения, работающие одновременно на срез и растяжение, проверяют отдельно на каждое из этих воздействий. В креплениях одного элемента к другому через прокладки или иные промежуточные элементы, а также в соединениях с односторонними накладками, число заклепок или болтов принимается на 10% больше против необходимого по расчету. При креплении выступающих полок уголков или швеллеров с помощью коротышей число заклепок или болтов, прикрепляющих одну из полок коротыша, должно быть увеличено против расчета на 50%.
________________________________________
Есть ли смысл применять стальные несущие конструкции в одноэтажных зданиях?
Облегченные стальные строительные конструкции с успехом используют для строительства зданий и сооружений с легкими кровлями и стенами с применением легких утеплителей. При этом расход стройматериалов существенно сокращается.
________________________________________
Каковы достоинства алюминиевых конструкций?
Конструкции из алюминиевых сплавов обладают общими для металлических конструкций достоинствами. В то же время отношение расчетного сопротивления к плотности при одинаковой прочности сопоставляемых материалов у алюминиевого сплава примерно в 3 раза выше, чем стали. Поскольку алюминий весит намного меньше, чем сталь, то можно легко добиться снижения собственной массы конструкции, что в свою очередь позволит:
- уменьшить усилия в элементах конструкций, особенно большепролетных, а также подвергающихся сейсмическим воздействиям;
- снизить транспортные расходы, объемы и сроки монтажа;
- сократить расход энергии при эксплуатации подвижных конструкций.
Благодаря значительной антикоррозийной стойкости алюминия, которая к тому же может быть повышена оксидированием, эмалированием и другими способами, снижаются эксплуатационные расходы и возрастает долговечность конструкций, что особенно важно при наличии агрессивной среды.
________________________________________
В чем еще проявляются отличительные особенности алюминиевых конструкций по сравнению со стальными?
Прежде всего, возможность обеспечения особых эксплутационных требований благодаря таким свойствам материала, как высокая отражательная способность поверхности, отсутствие токсичности, а также неспособность к намагничиванию и образованию искр при ударах. Некоторые алюминиевые сплавы, используемые в металлоконструкциях, по сравнению со сталью имеют более высокую атмосферную стойкость (при температуре ниже 0°С их хрупкость практически не снижается).
________________________________________
Каковы недостатки алюминиевых конструкций?
Они имеют ряд недостатков. Стоимость алюминиевых конструкций в несколько раз выше стальных. Модуль упругости алюминиевых сплавов приблизительно в три раза меньше, чем стали. Поэтому угроза прогибов алюминиевых балок и ферм при прочих равных условиях в три раза больше, чем стальных. Поскольку коэффициент линейного расширения почти в два раза больше, то необходимо частое устройство температурных швов. В местах контакта алюминиевых сплавов с другими материалами легко возникает электрохимическая коррозия, поэтому поверхности, соприкасающиеся со сталью или бетоном, нужно изолировать окраской или с помощью прокладок из пластмассы или других материалов.
________________________________________
Где применяются конструкции из алюминиевых сплавов?
Для кровельных панелей зданий, где особенно важно уменьшение собственной массы кровли, а также при устройстве витражей, оконных переплетов и других архитектурных деталей, где наиболее полно используется возможность легкого получения сложных профилей и высокая стойкость алюминия против коррозии.
________________________________________
Каков принцип работы панельно-блочной конструкции?
В конструкциях покрытий и ограждений промышленных зданий применяются панели, состоящие из каркаса и тонких металлических обшивок с двух или одной стороны. В верхней обшивке создается предварительное напряжение - растяжение, что позволяет ей воспринимать сжимающие напряжения при эксплуатационной нагрузке. Обшивка в этом случае совмещает функции ограждающей и несущей конструкции. Между верхней и нижней обшивками размещается утеплитель.
________________________________________
Что нужно учитывать при сборке панельной конструкции?
Предварительно напрягать конструкцию можно присоединением обшивки к изогнутым элементам каркаса с последующим их выпрямлением и соединением по нейтральной оси. Соединять элементы каркаса между собой и прикреплять к ним обшивки можно точечной сваркой, холодной клепкой или самонарезающимися болтами со специальными шайбами, обеспечивающими плотность соединения. Верхние и нижние обшивки по конструктивным соображениям, как правило, принимают одинаковой толщины. Напряжение в конструкции панелей со сплошным каркасом складывается из трех компонентов: предварительного напряжения, основных напряжений от расчетной вертикальной нагрузки и напряжений от распора верхней обшивки, работающей под нагрузкой как мембрана.
________________________________________
Что представляют собой панельно-блочные металлоконструкции?
Такая конструкция, как правило, состоит из двух панелей, соединенных в пространственный блок вертикальной решеткой и поперечными связями. Панели работают как верхние и нижние пояса блока. Нижние панели нужны при наличии подвесного потолка. При небольших пролетах (до 30 м) применение панелей по нижним поясам блоков нерационально. Тогда вместо вертикальной решетки применяется продольная ферма.
________________________________________
В каком виде поступают панельно-блочные металлоконструкции к месту монтажа?
Они поступают на монтаж с полной заводской готовностью. Ширина блоков ограничивается провозными габаритами панелей (до 3,8 м). Возможность заводского изготовления панелей на автоматизированных поточных линиях - основное преимущество такой строительной конструкции.
________________________________________
Как осуществляется монтаж металлоконструкций?
На монтаже из панелей и получаемых россыпью элементов решетки ферм и связей собираются пространственные блок-панели, шириной и длиной равные размерам панели. Затем из блок-панелей собирается полный монтажный блок на весь пролет.
________________________________________
Где применяются панельные и блочно-балочные конструкции?
При строительстве промышленных зданий широко применяются конструкции покрытий зданий в виде пространственного каркаса с обшивками из тонких предварительно натянутых листов. Это панельные и блочно-балочные конструкции. Они могут быть обшиты с одной стороны каркаса (обычно с наружной), но иногда выполняется обшивка с двух сторон.
________________________________________
Каковы преимущества панельных и блочно-балочных конструкций?
Преимуществами таких конструкций являются: совмещение несущих и ограждающих функций, возможность совместной работы на сжимающие усилия тонколистовой обшивки и каркаса, высокая заводская готовность и крупноблочный монтаж, а также сокращение сроков строительства. Конструкции получаются экономичными по расходу металла и технологичными в изготовлении и монтаже.
________________________________________
Чем обусловливается прочность панельных и блочно-балочных конструкции?
Повышенная жесткость панельных и блочно-балочных конструкций обусловливается совместной работой растянутой обшивки со сжатыми продольными элементами каркаса. По статической схеме - это однопролетные балочные системы с предварительно напряженными элементами. В блочных конструкциях предварительно напряженная обшивка совмещает функции кровельного настила и участие в работе поясов ферм при полной загрузке блока. В кровельной конструкции обшивка работает как мембрана, прикрепленная к продольным (пояса ферм) и поперечным элементам каркаса.
________________________________________
Что представляют собой блочные конструкции?
При строительстве промышленных зданий применяются и блочные конструкции. Они представляют собой пространственный каркас, на который обшивка или две обшивки (сверху и снизу) натягиваются на монтажной площадке. Верхняя обшивка образует кровельный настил, работает совместно с верхними поясами каркаса и может совмещать функции гидроизоляционного покрытия. Нижняя обшивка работает совместно с нижними поясами каркаса.
________________________________________
В каких случаях отдается предпочтение блочным конструкциям?
Блочные конструкции применяется при необходимости иметь потолок, отвечающий эксплуатационным или архитектурным требованиям.
________________________________________
Насколько прочна блочная конструкция?
Каркас блочной конструкции состоит из двух вертикальных ферм, соединенных поперечными вертикальными связями и поперечными ребрами (прогонами) по верхним и нижним поясам ферм. Горизонтальную жесткость в плоскости поясов обеспечивают предварительно напряженные обшивки. В торцах каркаса имеются горизонтальные фермы или балки, воспринимающие усилия натяжения обшивки и передающие их на пояса ферм.
________________________________________
Каков принцип работы поясов ферм и как их собирают?
Пояса ферм работают на местный изгиб от вертикальной нагрузки, поэтому их собирают из швеллеров или из неравнополочных уголков с большими полками, поставленными вертикально. Решетка фермы проектируется из одиночных уголков, а поперечные ребра - из швеллеров. Верхние плоскости стержней поясов ферм, поперечных ребер, связей должны образовывать одну поверхность (быть заподлицо) для укладки по ней обшивки.
________________________________________
Каким образом выполняется обшивка каркаса?
После сборки каркаса по нему раскатывают рулоны тонколистовой (1-2,5 мм) обшивки. Толщина обшивки назначается конструктивно с учетом допустимого прогиба, требований долговечности и технологичности. Она крепится к каркасу электросваркой (сплошным швом) или электрозаклепками. Блочный тип каркаса имеет хорошие показатели по расходу металла, однако трудоемкие работы на монтаже по предварительному напряжению и прикреплению к каркасу обшивки снижают его производственные показатели.
________________________________________
Как уменьшить металлоемкости конструкций?
В своем развитии металлоконструкции имеют тенденцию к уменьшению их металлоемкости. В этом контексте сварные балки решают проблему уменьшения массы несущих конструкций. В балке, работающей на изгиб, наиболее напряженная зона - полка. Стенка нагружена в меньшей степени. Следовательно, основная масса металла должна находиться в полках, а в стенках - меньшая доля.
________________________________________
Насколько рационально применение сварки в блочных конструкциях?
Сварка позволяет создавать рациональные профили. Именно благодаря применению сварки удается создавать балки разнообразных размеров - высотой до 3 - 4 м и более, а также любой длины. Кроме того, сварка позволяет наиболее рациональным образом сочетать размеры горизонтальных листов, часто называемых поясами, с вертикальной стенкой. Применяются балки с толстыми широкими поясами в сочетании с высокими тонкими стенками. Пояса часто выполняются не только из листового проката, но и из других профилей, например прокатных швеллеров, а также при необходимости из гнутых профилей. Пояса могут состоять из двух листов и более, при необходимости обладающих разными свойствами.
________________________________________
Как определяется экономичность сечения балки?
Показателем экономичности сечения балки служит параметр W/A, где W - момент сопротивления профиля; A - площадь сечения профиля. Чем выше это отношение, тем меньшая масса металла необходима для увеличения сопротивления профиля на изгиб. Однако создавать чрезмерно тонкие вертикальные стенки невозможно из-за недостатка местной устойчивости. Необходим оптимальный выбор размеров.
________________________________________
Что выгоднее - двутавровый прокат или сварная балка?
Прокат двутавровых профилей производительней сварки. Но возможность создавать сварные конструкции с желаемыми соотношениями размеров снижает расход металла и делает их более экономичными. Большое значение имеет характер производства. При крупносерийном производстве нередко оказывается рентабельнее прокатка, а при мелкосерийном и особенно в индивидуальном производстве - сварка. Широкая автоматизация производственного процесса позволяет значительно расширить сферу применения сварных конструкций.
________________________________________
Как добиться наибольшей прочности конструкций при меньшей затрате материала?
Поперечные сечения балок, в особенности двутаврового профиля, иногда изменяются по длине. Иногда горизонтальные пояса делают составными по толщине, если она больше или равна 25-30 мм, при этом в менее нагруженных местах число листов уменьшают. Балки переменного сечения позволяют лучше использовать несущую способность металла по всей их длине. Они дают экономию металла в сравнении с балками постоянного профиля, значительная часть которых работает при напряжениях, заметно меньших допустимых. В технологическом отношении изготовление балок переменного профиля несколько сложнее. Вопрос выбора конструкций решается не только с экономических позиций, но и с учетом общей компоновки и эстетики.
________________________________________
Как проектируются и где применяются балки переменного сечения?
Балки переменного сечения применяют в качестве несущих конструкций покрытий, перекрытий, площадок под оборудование, лестниц и т.д. Если балки опираются непосредственно на стенки или колонны, то их называют главными. Балки, опирающиеся на главные, называют второстепенными. Изготовление балок проектируют из прокатных двутавров (обычных или широкополочных), имеющих высоту сечения до 1 м. Если большие профили не обеспечивают заданной жесткости, то балки проектируют сварными из трех листов - стенки и двух поясов, укрепляя при необходимости стенку ребрами.
________________________________________
Как выполняются соединения металлоконструкций с помощью сварки?
Сварные соединения могут быть стыковыми, угловыми, нахлесточными, тавровыми и торцевыми. Кромки свариваемых деталей стачиваются под углом шлифовальной машиной или напильником. Наилучшее формирование сварочного шва обеспечивает Х-образная разделка кромок, которая позволяет уменьшить объем наплавленного металла в 1,6-1,7 раза. Такая разделка обеспечивает наименьшую величину деформации после сварки и достаточную прочность сварочного шва. Объемные металлические конструкции перед сваркой собирают согласно чертежу, временно закрепляют сопряжения. Связи собирают на болтах, что позволяет придать конструкции правильное геометрическое положение. Свариваемые детали совмещают между собой и плотно сжимают любым доступным механическим способом. Для этого чаще всего пользуются различными конструкциями тисков, струбцин, систем пазов и т.д.
________________________________________
Какие бывают дефекты сварного шва металлоконструкций?
При сварке металлоконструкций случаются следующие дефекты: наплыв, прожог, непровар, трещина, пористость, перегрев, пережог, подрез, образование кратера, шлакоотложение.
________________________________________
Отчего образуются сварочные наплывы и как их устраняют?
Наплывы образуются в результате натекания жидкого металла на кромки недостаточно прогретого основного металла, чаще всего при сварке горизонтальных швов. Наплывы срубают и проверяют, нет ли в этом месте непровара.
________________________________________
Как устраняются сварочные прожоги?
Прожоги (сквозное проплавление с натеками с обратной стороны свариваемого металла) возникают при большом зазоре между свариваемыми кромками, недостаточном притуплении кромок, завышенной мощности сварочного пламени, недостаточной скорости сварки. Прожоги исправляют вырубкой дефектных мест с последующей их заваркой.
________________________________________
Отчего образуется непровар металла?
Непровар (местное несплавление основного металла с наплавленным, а также несплавление между собой слоев шва при многослойной сварке) образуется из-за неправильной подготовки кромок под сварку, недостаточной мощности сварочного пламени, большой скорости сварки, плохой зачистки кромок перед сваркой от окалины, шлака, ржавчины и других загрязнений. Непровары, особенно по кромкам и между слоями, самые опасные, так как влияют на прочность сварочного шва. Участки с непроваром вырубают до основания металла, зачищают и заваривают.
________________________________________
Каковы причины образования трещин?
Это наиболее опасные дефекты сварных швов. Они могут возникать в сварном шве и в околошовной зоне. По происхождению делятся на холодные и горячие, по расположению - на поперечные и продольные, по размерам - на макро- и микроскопические. Трещины образуются в процессе и после сварки. Образованию трещин способствует повышенное содержание углерода в наплавленном металле, а также серы, фосфора и водорода. Холодные трещины возникают при температурах 100-300°С в легированных сталях и при нормальных температурах в углеродистых сталях. Причины образования трещин следующие: несоблюдение технологии и режимов сварки, неправильное расположение швов в сварной конструкции, что вызывает высокую концентрацию напряжений, приводящих к полному разрушению изделия. Большие напряжения в сварных конструкциях возникают при несоблюдении заданного порядка наложения швов. Поверхностные трещины в сварных швах вырубают полностью и заваривают. Чтобы во время вырубки трещина не распространялась дальше по шву, концы ее засверливают.
________________________________________
Отчего в сварных швах появляется пористость и как ее устранить?
Пористость в сварных швах появляется потому, что газы, растворенные в жидком металле, не успевают выйти наружу до затвердевания поверхности шва. Поры уменьшают механическую прочность шва. Они образуются при плохой зачистке свариваемых кромок и присадочной проволоки от грязи, ржавчины, масла, а также при повышенном содержании углерода в основном металле, большой скорости сварки, неправильном выборе сварочного пламени и марки проволоки. Газовые поры располагаются цепочкой на некотором расстоянии друг от друга или в виде скоплений размером от сотых долей миллиметра до нескольких миллиметров. Иногда поры выходят на поверхность, образуя свищи. Поры могут быть внутренние, наружные и сквозные. Участки сварных швов с порами вырубают до основного металла и заваривают.
________________________________________
Влияет ли перегрев металла на качество сварки?
Перегрев металла возникает при большой мощности сварочного пламени и малой скорости сварки. При этом увеличиваются размеры зерен в металле шва и в околошовной зоне, что снижает механические свойства сварного соединения, в особенности ударную вязкость. Перегрев металла исправляют последующей термической обработкой.
________________________________________
Насколько опасен пережог металла?
При пережоге в металле шва образуются окисленные зерна, обладающие малым взаимным сцеплением из-за наличия на них пленки окислов. Пережженный металл хрупок и не поддается исправлению. Пережог возможен при сварке окислительным сварочным пламенем и плохой защите расплавленного металла сварочной ванны от кислорода и азота воздуха. Участки с пережженным металлом вырубают до основания металла и заваривают.
________________________________________
Что такое подрез и как его устраняют?
При газовой сварке подрезы (уменьшение толщины основного металла в месте его перехода к усилению шва) образуются в результате повышения мощности сварочного пламени, а при электродуговой сварке - при повышенном токе и напряжении дуги. Подрезы приводят к ослаблению сечения основного металла и могут стать причиной разрушения сварного соединения, а также вызвать местную концентрацию напряжений от рабочих нагрузок. Подрезы исправляют подваркой ниточного шва. Правильный выбор режимов предотвратит образование подрезов.
________________________________________
Отчего образуется кратер?
Незаваренные кратеры образуются в результате резкого обрыва пламени в конце сварки. Кратеры уменьшают рабочее сечение шва, снижают его прочность и могут стать причиной образования трещин. Кратеры исправляют заваркой с предварительной вырубкой до основного металла.
________________________________________
Отчего образуются шлакоотложения на месте сварочного шва?
Шлаковые включения в сварном шве образуются при плохой зачистке свариваемого металла и присадочной проволоки, а также при неправильном выборе режимов сварки. Шлаковые включения ослабляют сечения шва, снижают прочность и являются зонами концентрации напряжений. Места швов со шлаковыми включениями вырубают и заваривают.
________________________________________
Каков фактический предел огнестойкости стальных конструкций?
Как ни парадоксально это утверждение, но металлы обладают высокой чувствительностью к высоким температурам и к действию огня. Они быстро нагреваются, что заметно снижает их прочностные свойства. Фактический предел огнестойкости стальных конструкций в зависимости от толщины элементов сечения и действующих напряжений составляет от 0,1 до 0,4 часа. В то время как минимальные значения требуемых пределов огнестойкости основных строительных конструкций, в том числе металлических, составляют от 0,25 до 2,5 ч в зависимости от степени огнестойкости зданий и типа конструкций. Для обеспечения данных требований необходимо проведение мероприятий по огнезащите металлических поверхностей.
________________________________________
Как лучше выполнить огнезащиту металлических конструкций?
Надо создать на поверхности конструкций теплоизолирующие экраны, выдерживающие высокие температуры и непосредственное действие огня. Это позволяет замедлить прогревание металла и обеспечить сохранение конструкцией своих функций при пожаре в течение заданного периода времени.
________________________________________
Какими методами осуществляется огнезащита металлических конструкций?
Наиболее доступны традиционные методы (обетонирование, оштукатуривание цементно-песчаными растворами, облицовка кирпичной кладкой, окрашивание вспучивающейся краской). Также можно применить новые современные методы, основанные на механизированном нанесении облегченных материалов и легких заполнителей (асбеста, вспученного перлита и вермикулита, минерального волокна, обладающих высокими теплоизоляционными свойствами) или на использовании плитных и листовых теплоизоляционных материалов (гипсокартонных и гипсоволокнистых листов, асбестоцементных и перлитофосфогелевых плит и др.).
________________________________________
Какова эффективность современных методов огнезащиты металлических конструкций?
В зависимости от толщины слоя штукатурного состава, конструктивных огнезащитных листов и плит обеспечивается предел огнестойкости стальных конструкций от 0, 25 до 2,5 часов. Действие огнезащитных красок основано на вспучивании нанесенного состава при температурах 170-200°С и образовании пористого теплоизолирующего слоя, толщина которого составляет несколько сантиметров. Вспучивающиеся краски обеспечивают защиту стальных конструкций от огня в течение 1 часа.
Разновидности строительных стальных балок
В строительстве сварная балка имеет огромное значение, которое трудно недооценивать. Балки применяются как несущие конструкции, используются для снижения общей массы несущих конструкций, позволяют увеличить ширину пролетов зданий, вносят заметное архитектурное разнообразие и уменьшают стоимость строения.
Металлопрокат балку в промышленном и гражданском строительстве используют в крупнопанельных, колонных металлоконструкциях, в сооружении мостов, опор и подвесных путей. Балка различается по толщине стенки и полки, а также по расположению граней полок. Также металлопрокат балка отличается по способу производства, по техническим характеристикам и по назначению (для строительства подвесных путей, для армирования шахтных стволов и т.д.) . В большинстве своем такие балки делаются из прокатного двутавра - обычного или широкополочного, с высотой сечения до метра. Балки в основном производят из углеродистой и низколегированной стали.
Двутавры по своим характеристикам, то есть по виду и характеру силового воздействия, назначению и несущей способности, делятся так:
Б - нормальные
Ш - широкополые
К - колонные
Д - дополнительной серии
У - усиленные балки двутавровые с уклоном внутренних граней:
- обычные (уклон внутренних граней полок 6-12%)
- специальных (М и С), где М - балки для подвесных путей, С - балки для армирования шахтных стволов.
Однако в тех случаях, когда металлопрокат балка не обеспечивает необходимая жесткость, используются сварные балки из трех листов - стенки и двух горизонтальных листов, иначе называемых поясами. В случае нужды стенку дополнительно укрепляют ребрами. Сварная балка - это сварная металлоконструкция из листов стали, у которых механические характеристики эквивалентны балке горячекатаной. В строительстве балка сварная гарантирует механические свойства металлоконструкций аналогичные соответствующей балке горячекатаной.
Для производства двутавровых сварных балок постоянного и переменного сечения сегодня чаще всего используют сборочный стан или сборочные линии. Они позволяет собирать тавровые, двутавровые равнополочные и неравнополочные симметричные балки, балки переменного сечения с углом наклона полки до15 градусов.
После того как стальные листы собраны на прихватках стана, заготовку сваривается по швам. Затем происходит правка геометрии полок балки на специальном стане для правки - таким образом, они принимают нужную форму. Далее следует фрезеровка торцов балки и ее распил. После обработки балку окрашивают и в итоге получен готовый продукт.
Сварка металлоконструкций
и другие способы соединения материалов
Проходящая в германском городе Эссене каждые четыре года Международная выставка по сварке в очередной раз подтвердила свой статус Всемирной сварочной Олимпиады - самого представительного в мире отраслевого смотра достижений. Из 1052 фирм-участниц больше половины прибыли из-за границы, что необычайно много даже для выставки такого масштаба. Наиболее заметным было присутствие итальянских (133), а также китайских (71), американских (52), французских (34) и британских (тоже 34) фирм.
Впервые в истории выставки были организованы два китайских и два американских совместных стенда. Олимпийская сварочная сборная России в составе 14 фирм по количеству участников вышла на почетное восьмое место, а не занимала скромную строчку в конце списка, как это обычно бывает на большинстве международных выставок. Наряду с главной темой - сварка различных металлов и неметаллов -выставка охватила широкий круг отраслевых проблем, представив заинтересованному вниманию посетивших ее специалистов новые технологии в области резки, наплавки и нетермические методы соединения материалов. Практически незаметная в экспозициях прошлых лет тема склейки приобрела настолько большое значение, что организаторы выставки впервые выделили для нее целый раздел.
Технологии сварки с использованием компьютера
Один из основных путей совершенствования технологии сварки связан с переходом на компьютерное регулирование сварочного процесса. Там, где раньше для сварки приходилось использовать самые разнообразные методы и аппараты, сегодня достаточно одного аппарата, оснащенного периферийными дополнительными устройствами и компьютерным управлением - электронным регулированием показателей электрического импульса и характера электрической дуги (Waveform Control Technology). Испанская фирма Lincoln Electric Europa является одним из инициаторов этого направления. Ею разработаны восемь методов и 80 вариантов их применения, включающие весь комплекс от программ по управлению дугой до механических устройств, роботизации и аппаратов для полуавтоматической сварки. Метод сварки пульсирующей дугой MIG/MAG-Puls предусматривает работу в трехступенчатом режиме, включающем этап быстрого увеличения тока до предельных значений, этап кратковременного выдерживания сильного тока с образованием капли на электроде и глубоким прогревом зоны шва и заключительный третий этап сброса тока до базового значения, необходимого для поддержания дуги. Дополнительно в процессе варьируется частота тока: увеличение частоты служит для сужения конуса электрической дуги, уменьшение частоты - для расширения конуса дуги. Заключительный оплавляющий импульс заостряет конец электрода и улучшает условия запуска дуги для следующего процесса. Метод пульсирующей дуги служит для сварки стали, алюминия, нержавеющей стали, никелевых сплавов. Особенно выгодно его применять для тонколистовых материалов.
Несколько иная последовательность импульсов положена в основу метода Puls-on-puls, представляющего собой комбинацию высоких и низких импульсов тока. Высокоэнергетический импульс очищает и плавит материал, низкоэнергетический импульс остужает расплав и ведет к образованию плотного волнистого шва. Регулируемый поток тепла дает возможность сваривать даже тонкие алюминиевые листы и получать аккуратный качественный шов при средней квалификации сварщика. Метод быстрой дуги RapidArc представляет собой процесс с более сложным регулированием импульса. Он состоит из четырех этапов. На первом этапе обеспечивается рост тока и напряжения до предельных значений с образованием капли расплава, на втором происходит резкий сброс тока и частичное снижение напряжения с развитием плазменного эффекта, на третьем - резкий сброс напряжения при минимальном токе с обрывом дуги и стеканием капли в шов, на четвертом - подача нового импульса тока и напряжения с восстановлением дуги после паузы. При этом поток плазмы сдвигает расплав, отделяет электрод от расплава и охлаждает его.
Метод RapidArc позволяет при той же скорости подачи электрода увеличить на 30% скорость сварки, уменьшить разбрызгивание и обгорание металла. Это достигается за счет снижения напряжения в дуге и уменьшения теплопередачи благодаря обрыву дуги. Метод RapidArc особенно перспективен для автоматической и полуавтоматической сварки материалов толщиной 1,5-4 мм. Например, при сварке нелегированной стали методом RapidArc при токе 300 А, напряжении 28 В и скорости подачи сварочной проволоки 10 м/мин. была достигнута скорость сварки 62 см/мин. при теплозатратах 0,82 кДж/мм, в то время как в обычном MAG-процессе с постоянным напряжением и скоростью подачи проволоки 13 м/мин. скорость сварки была 44 см/мин., а теплозатраты - 1,13 кДж/мм.
Размеры и вес имеют значение
Совершенствование сварочной техники идет в том числе и по пути создания компактных и легких сварочных аппаратов. Финская фирма Kemрpi показала на выставке оригинальные переносные сварочные аппараты MinarcMig типа MIG/MAG, предназначенные для механизированной дуговой сварки листового и профильного металла в среде инертных и активных защитных газов.
Стандартный режим работы, горелка и механизм подачи у них рассчитаны на сварочную проволоку диаметром 0,6-1 мм, оптимально -диаметром 0,8 мм. Номинальный сварочный ток - 180 А, продолжительность нагрузки - 35%. Аппарат можно использовать для сварки алюминиевой сварочной проволокой или массивной проволокой из нержавеющей стали в защитной атмосфере из чистой углекислоты или из ее смеси с 82% аргона. Возможна также работа открытой дугой с порошковыми самозащищаемыми проволоками. MinarcMig поставляется полностью укомплектованным (включая кабель и горелку). Вес комплекта - 9,8 кг. Аппарат полностью готов к запуску, нужно только вставить в него бобину со сварочной проволокой и подсоединить к газовому баллону соединительный шланг с редуктором.
Для автоматической подачи проволоки фирмой разработан оригинальный механизм, вес которого меньше на 35%, энергетическая эффективность выше на 50%, а динамический резонанс быстрее на 200% по сравнению с ранее применявшимися устройствами. MinarcMig отличается исключительной простотой управления. Работать с ним может не только профессионал, но и начинающий сварщик и даже любитель. На приборном щитке аппарата установлен дисплей и кнопка настройки. Примененная в аппарате система настройки позволяет заранее установить исходные показатели, от которых зависят параметры сварочного процесса: диаметр проволоки, вид защитного газа, скорость сварки. В процессе сварки аппарат анализирует дугу и выбирает оптимальное соотношение между напряжением, силой тока и скоростью подачи проволоки.
Сварочная горелка новой конструкции