PL202537B1

PL202537B1 - Butt compressed connection and its production method

Info

Publication number: PL202537B1
Application number: PL379663A
Authority: PL
Inventors: Zbigniew Kowal
Original assignee: Politechnika Swietokrzyska
Priority date: 2006-05-11
Filing date: 2006-05-11
Publication date: 2009-07-31
Also published as: PL379663A1

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku są doczołowe połączenia sprężone i sposób ich wykonania. Wynalazek ma zastosowanie w budownictwie metalowym do wykonania i montażu konstrukcji stalowych za pomocą doczołowych połączeń śrubowych jak również w budowie szyn i urządzeń przemysłowych stosujących również inne metale i tworzywa konstrukcyjne.The subject of the invention are butt joints and the method of their production. The invention is applicable in metal construction for the production and assembly of steel structures using butt bolted joints as well as in the construction of rails and industrial devices using also other metals and construction materials.

Znane powszechnie śrubowe połączenia doczołowe konstrukcji metalowych wymagają ostrych tolerancji wykonywanych elementów łączonych i części składowych połączenia z uwagi na zachowanie współpłaszczyzności stykających się blach czołowych połączenia. Trudności dotrzymania powyższych warunków wykonawczych wywołują bardzo dużą losowość nośności i sztywności połączenia. Jest też przyczyną losowego wytężenia i zrywania śrub już w czasie budowy. Kolejną niedogodnością jest nieliniowość zależności kąta obrotu połączenia od momentu zginającego połączenia. Utrudnia to teoretyczną analizę statyczną konstrukcji obarczonej losową i nieliniową sztywnością połączeń. Niedogodnością jest też wprowadzenie do konstrukcji losowych sił montażowych i przemieszczeń utrudniających montaż kolejnych elementów i dotrzymywanie projektowanej geometrii konstrukcji.Commonly known bolted butt joints of metal structures require tight tolerances of the joined elements and components of the joint due to maintaining the coplanarness of the adjoining end plates of the joint. Difficulties in meeting the above performance conditions result in a very high randomness of the load capacity and stiffness of the connection. It is also the cause of random effort and bolt breaking during construction. Another disadvantage is the non-linear dependence of the connection rotation angle on the bending moment of the connection. This hinders the theoretical static analysis of the structure burdened with random and nonlinear connection stiffness. Another inconvenience is the introduction of random assembly forces and displacements to the structure, which hamper the assembly of subsequent elements and compliance with the designed structure geometry.

W znanych rozwiązaniach, w celu lepszego dopasowania blach czołowych stosuje się stalowe podkładki lub inne wypełnienia szpar w styku. Kasowanie odchyłek, szpar, następuje czas doprężania. Zrywanie wysokowytrzymałych śrub świadczy o nieciągłości przekazywania naprężeń w połączeniu.In the known solutions, in order to better fit the end plates, steel washers or other fillings of the joint gaps are used. Elimination of deviations, gaps, the re-tensioning time follows. Breaking off high-strength bolts indicates a discontinuity in the transfer of stresses in the connection.

Z opisu patentowego PL 190817 znane jest rozwiązanie, w którym przestrzeń między płaszczyznami płyt czołowych wypełnia się szybkoutwardzalną substancją sprężystą lub przekładkami sprężystymi o małym współczynniku sprężystości, które łatwo dopasowują się do szpar pomiędzy płytami. Zastosowana sprężyście odkształcalna warstwa przekładkowa zapewnia prawidłowy rozkład naprężeń w styku, pomimo przestrzennych imperfekcji geometrycznych pł aszczyzn doczoł owych pł yt stykowych. Zasadniczym efektem tego wiązania jest wyeliminowanie dodatkowego skręcania i zginania łączonych dźwigarów, występującego przy stosowaniu klasycznych sposobów pasowania elementów stykowych konstrukcji metalowych. Efektem jest też przeciwdziałanie powstawaniu korozji w styku.From the patent description PL 190817 a solution is known in which the space between the faces of the faceplates is filled with a quick-hardening elastic substance or with spring spacers with a low modulus of elasticity, which easily adapt to the gaps between the plates. The applied elastically deformable spacer layer ensures correct stress distribution in the contact, despite spatial imperfections of the geometrical surfaces of the contact plates. The main effect of this bond is the elimination of additional twisting and bending of the connected girders, which occurs when using the classic methods of fitting the contact elements of metal structures. The effect is also the prevention of corrosion in the contact.

Wadą znanych rozwiązań jest stosunkowo mała, losowa i trudna do skontrolowania sztywność obrotowa połączenia, a także nieliniowa zależność momentu zginającego sączenie od kąta obrotu połączenia.The disadvantage of the known solutions is the relatively small, random and difficult to control rotational stiffness of the connection, as well as the non-linear dependence of the bending moment oozing on the angle of rotation of the connection.

Z opisu patentowego PL 188508 znane jest doczołowe połączenie sprężone, w którym pomiędzy płytami czołowymi usytuowane są wkładki dystansowe w postaci płytek o powierzchni mniejszej niż powierzchnia płyt czołowych. Rozwiązanie to cechuje zgodność wytężenia śrub i wytężenia przekroju łączonych elementów, a wytężenie śrub i wytężenie przekroju belki wynika z zamierzonego wprowadzenia momentu zginającego. Rozwiązanie to umożliwia regulację momentów zginających w połączeniach doczołowych, zwłaszcza belek ciągłych.From the patent description PL 188508 a prestressed butt joint is known, in which distance inserts in the form of plates with an area smaller than the surface of the face plates are placed between the face plates. This solution is characterized by the compliance of the effort of the bolts and the effort of the cross-section of the joined elements, and the effort of the bolts and the effort of the beam cross-section result from the intended introduction of the bending moment. This solution makes it possible to adjust the bending moments in butt joints, especially of continuous beams.

W znanych połączeniach kasowanie szpar za pomocą doprężania śrub, prowadzi do ich zrywania, wskutek losowego ich wytężenia, mimo nawet dwukrotnego ich przewymiarowania.In the known joints, removing the gaps by tightening the bolts leads to their breaking, due to their random effort, despite their oversizing even twice.

Doczołowe połączenia sprężone, zawierające płyty czołowe łączone śrubami sprężającymi, według wynalazku charakteryzują się tym, że pomiędzy płytami czołowymi zawierają elementy dystansowe, które są usytuowane na obrzeżach płyt, a śruby sprężające łączące płyty czołowe rozmieszczone są w strefie rozciąganej pomiędzy elementami dystansowymi a obrysem przekroju łączonych elementów. Korzystnie, elementy dystansowe stanowią płaskowniki lub zagięte brzegi jednej z płyt czołowych. Elementy dystansowe mogą stanowić także spoiny wykonane na obrzeżach płyt czołowych w trakcie montowania elementów konstrukcyjnych.The prestressed butt connections according to the invention are characterized by the fact that between the face plates they include spacers that are located on the periphery of the plates, and the stressing bolts connecting the end plates are arranged in the tensile zone between the spacers and the cross-sectional contour of the connected items. Preferably, the spacers are flat bars or the folded edges of one of the face plates. The spacers can also be welded on the edges of the faceplates during assembly of the structural elements.

Sposób wykonania doczołowego połączenia sprężonego, elementów konstrukcji metalowych, w którym używa się płyt czołowych oraz śrub sprężających, według wynalazku polega na tym, ż e elementy konstrukcji ustawia się tak, aby zachować odstęp pomiędzy płytami czołowymi a następnie na obrzeżach płyt umieszcza się elementy dystansowe, korzystnie w postaci płaskowników, po czym śrubami wywołuje się sprężenie płyt czołowych połączenia.The method of making a prestressed butt joint of elements of metal structures, which uses front plates and prestressing bolts, according to the invention is based on the fact that the elements of the structure are positioned so as to keep the distance between the face plates, and then spacers are placed on the edges of the plates, preferably in the form of flat bars, after which the bolts are applied to the front plates of the joint.

Elementy dystansowe w postaci płaskowników korzystnie jest zgrzać z jedną z płyt czołowych lub przyspawać do niej.Flat bar spacers are preferably welded to or welded to one of the faceplates.

Wynalazek przewiduje także takie rozwiązanie, że po ustawieniu elementów konstrukcji z zachowaniem odstępu pomiędzy płytami czołowymi, wykonuje się spoinę na części lub całości ich obwodu, po czym śrubami wywołuje się sprężenie płyt czołowych, tym przypadku spoina spełnia funkcję elementu dystansowego.The invention also provides such a solution that after positioning the elements of the structure with the spacing between the face plates, a joint is made on a part or the whole of their circumference, and then the face plates are compressed with screws, in this case the joint acts as a spacer.

PL 202 537 B1PL 202 537 B1

Zasadniczą cechą rozwiązania według wynalazku jest praktycznie doprowadzenie do liniowej sztywności obrotowej takich połączeń.The essential feature of the solution according to the invention is to practically bring about linear rotational stiffness of such connections.

W wyniku zastosowania sprężenia płyt czołowych uzyskuje się zwiększenie sztywności obrotowej połączenia, nawet 8-krotne. Sztywność ta jest istotna dla zwiększenia nośności krytycznej i nośności granicznej systemów konstrukcyjnych, zwłaszcza przechyłowych ram metalowych.As a result of the application of the prestressing of the front plates, an increase in the rotational stiffness of the connection is achieved, even by 8 times. This stiffness is essential to increase the critical load-bearing capacity and the ultimate load-bearing capacity of structural systems, especially tilting metal frames.

Efektem wynalazku jest też około dwukrotne zwiększenie nośności blach czołowych połączenia i wywołanie liniowej sztywności obrotowej połączenia, mniejsze losowe naprężenia montażowe, łatwiejsze i dokładniejsze pasowanie elementów podczas montażu.The result of the invention is also an approx. Twofold increase in the load capacity of the end plates of the joint and the development of linear rotary stiffness of the joint, lower random assembly stresses, easier and more accurate fitting of the elements during assembly.

Dodatkowe korzyści zastosowania połączeń według wynalazku wynikają ze zwiększenia dokładności oszacowania sił przekrojowych w elementach oraz przemieszczeń i nośności konstrukcji stalowych za pomocą istniejących profesjonalnych programów komputerowych.Additional advantages of using the joints according to the invention result from the increased accuracy of the estimation of the cross-sectional forces in the elements as well as the displacements and load-bearing capacity of steel structures using the existing professional computer programs.

Przedmiot wynalazku jest pokazany w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 i fig. 2 - przedstawia doczołowe połączenie zginane belki o przekroju dwuteowym, fig. 3 - połączenie dźwigara o falistym środniku, fig. 4 i fig. 5 - połączenie dźwigara ze słupem stosowane w ramach przechyłowych, w których połączenia są obciążone przemiennie zginaniem momentem dodatnim i ujemnym, fig. 6 - połączenie dźwigarów wysokich, w którym wystę pują elementy dystansowe postaci płaskowników, fig. 7 i fig. 8 - połączenie, w którym elementy dystansowe stanowią spoiny, a fig. 9 połączenie, w którym dystans umożliwiający sprężenie płyty czołowej uzyskano przez jej łukowaty kształt.The subject of the invention is shown in the drawing, in which Fig. 1 and Fig. 2 - shows the butt bending connection of an I-section beam, Fig. 3 - connection of a girder with a corrugated web, Fig. 4 and Fig. 5 - connection of a girder with column used in tilting frames, in which the connections are loaded alternately by bending with a positive and negative moment, Fig. 6 - a connection of high girders with spacers in the form of flat bars, Fig. 7 and Fig. 8 - a connection in which the spacers are a weld, and Fig. 9 a joint in which the distance to compress the faceplate is provided by its arcuate shape.

Elementy dystansowe mogą być składane z kilku warstw, uzyskane spoinami przerywanymi lub ciągłymi jak również przyspawane do blach czołowych.The spacers can be made of several layers, obtained with intermittent or continuous welds, and also welded to the end plates.

Fig. 1 przedstawia przekrój przez połączenie wzdłuż zginanych dźwigarów dwuteowych 1, do których są przyspawane blachy czołowe 2. Pomiędzy blachami czołowymi 2 rozmieszczone są elementy dystansowe 10 oraz 11 w strefie rozciąganej połączenia oraz 12 i 13 w strefie ściskanej połączenia. Śruby 3 w strefie rozciąganej połączenia umieszczone są pomiędzy elementami dystansowymi a profilem łączonego dźwigara. Śruby 3 ściągają płyty czołowe, które dociskają elementy dystansowe wywołujące sprężenie płyt czołowych zwiększające kilkakrotnie sztywność obrotową i nośność połączenia.Fig. 1 shows a cross-section through the connection along bending I-girders 1 to which end plates 2 are welded. Between the end plates 2, spacers 10 and 11 are arranged in the tension zone of the connection and 12 and 13 in the compression zone of the connection. The bolts 3 in the tension zone of the connection are placed between the spacers and the profile of the connected girder. The bolts 3 pull the faceplates, which tighten the spacers causing the front-plate compression, increasing the rotational stiffness and the joint load-bearing capacity several times.

Fig. 2 przedstawia przekrój przez dźwigar 1 z widokiem na blachę czołową 2, rozmieszczenie elementów dystansowych 10, 11 w strefie rozciąganej połączenia oraz elementów dystansowych 12, 13 w strefie ściskanej połączenia. Śruby 3 rozmieszczone są w strefie rozciąganej pomiędzy elementami dystansowymi 10, 11 oraz profilem 1 łączonego dźwigara.Fig. 2 shows a cross-section through the girder 1 with a view of the end plate 2, the arrangement of the spacers 10, 11 in the tension zone of the joint and the spacers 12, 13 in the compression zone of the joint. The bolts 3 are disposed in the tension zone between the spacers 10, 11 and the profile 1 of the connected girder.

Fig. 3 przedstawia przekrój przez dźwigar 5 z falistym średnikiem z widokiem na rozmieszczenie elementów dystansowych 14, 15. Rozmieszczenie elementów dystansowych jest podyktowane tym, że średnik dźwigara nie przenosi sił normalnych, a sprężenie płyty czołowej 21 działa korzystnie na połączenie w strefie rozciąganej.Fig. 3 shows a cross-section through a girder 5 with a wave-shaped diameter showing the spacing of the spacers 14, 15. The spacing of the spacers is dictated by the fact that the spar diameter does not transmit normal forces and the prestressing of the faceplate 21 acts favorably on the joint in the tension zone.

Fig. 4 przedstawia przekrój przez połączenie dźwigara 102 ze słupem 105. Pomiędzy blachą czołową 23 dźwigara 102 i blachą 22 słupa 105 rozmieszczone są elementy dystansowe 16 i 17. Blachy czołowe 22 i 23 są ściągane śrubami 3 i dociskają elementy dystansowe 16 i 17 wywołując sprężenie blach czołowych 22 i 23. W tym przypadku wołane sprężenie zmniejsza wytężenie blachy 22 słupa 105 jak również zwiększa sztywność obrotową i nośność połączenia.Fig. 4 shows a cross-section through the connection of the spar 102 to the column 105. Spacers 16 and 17 are arranged between the end plate 23 of the spar 102 and the plate 22 of the column 105. The end plates 22 and 23 are pulled together with bolts 3 and press the spacers 16 and 17 into compression. end plates 22 and 23. Here, the called prestress reduces the effort of the plate 22 of the column 105 as well as increases the rotational stiffness and load-bearing capacity of the connection.

Fig. 5 przedstawia przekrój poprzeczny przez dźwigar 102 z widokiem na rozmieszczenie elementów dystansowych 16 i 17 oraz na rozmieszczenie śrub 3. Symetryczne rozłożenie elementów dystansowych i śrub jest uwarunkowane przemiennym zginaniem połączenia momentem dodatnim i ujemnym.Fig. 5 shows a cross-section through the spar 102 with a view of the spacing of the spacers 16 and 17 and of the spacing of the bolts 3. The symmetrical arrangement of the spacers and bolts is determined by the alternating bending of the joint with positive and negative moments.

Fig. 6 przedstawia przekrój przemiennie zginanego połączenia wysokiej blachownicy 103 z blachą 22 słupa 105. Elementy dystansowe 18 w postaci płaskowników rozmieszczone są na obwodzie blachy czołowej 24. Śruby 3 rozmieszczone są pomiędzy elementami dystansowymi 18, a obrysem przekroju blachownicy 103. Blachy czołowe ściągane śrubami 3 naciskają na elementy dystansowe wywołując sprężenie blach czołowych 22 i 24. W przykładzie na fig. 7, fig. 8 i fig. 9 blacha czołowa 25 jest przyspawana spoiną 19 do blachy 22 słupa 105 i sprężona śrubami 3. W rozwiązaniu tym dystans umożliwiający sprężenie płyty czołowej 25 uzyskano przez jej łukowaty kształt. Blacha czołowa 25 oparta na wsporniku 106 umocowanym do słupa 105.Fig. 6 shows a cross-section of the alternately bending connection of a tall plate girder 103 with the plate 22 of a column 105. Spacers 18 in the form of flat bars are arranged around the perimeter of the end plate 24. The bolts 3 are arranged between the spacers 18 and the cross-sectional contour of the plate girder 103. End plates are pulled with screws. 3 press against the spacers, compressing the end-plates 22 and 24. In the example in Fig. 7, Fig. 8 and Fig. 9 the end-plate 25 is welded by a weld 19 to the plate 22 of the column 105 and prestressed by the bolts 3. In this solution, the distance enabling the prestressing the faceplate 25 is obtained by its arcuate shape. End plate 25 supported on the bracket 106 fixed to the column 105.

We wszystkich przykładach pokazanych na figurach 1 do 6 rolę elementów dystansowych mogą pełnić spoiny.In all the examples shown in Figures 1 to 6, welds can act as spacers.

Claims

1.Bottom prestressed connections comprising faceplates connected by prestressing bolts, characterized in that between the faceplates (2, 21, 22, 23, 24, 25) there are spacers (10, 11, 12, 13, 14, 15, 16). , 17, 18, 19) located on the periphery of the plates, and the prestressing bolts (3) connecting the end plates are arranged in the tension zone between the spacers and the cross-sectional contour of the joined elements (1, 101, 102, 103, 104).

2. Butt joints as claimed in claim 1; A device as claimed in claim 1, characterized in that the spacers constitute the folded edges of one of the face plates.

3. Butt joints according to claim 1, The method of claim 1, characterized in that the spacers are flat bars.

4. Butt joints as claimed in claim 1; The method of claim 1, wherein the spacers are welds.

5. A method of making a prestressed butt joint of metal construction elements, which uses front plates and prestressing bolts, characterized in that the construction elements are positioned so as to keep the distance between the face plates (2, 21, 22, 23, 24, 25). ), then spacers (10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18), preferably in the form of flat bars, are placed on the periphery of the plates, and the front plates of the joint are compressed with screws (3).

6. The method according to p. The process of claim 5, characterized in that the spacers are welded or welded to one of the faceplates.

7. The method according to p. 5. A method according to claim 5, characterized in that the faceplates (2, 21, 22, 23, 24) are welded together over part or all of their circumference, and then compressed by means of the screws (3).