PL202537B1 - Doczołowe połączenia sprężone i sposób ich wykonania - Google Patents

Description

Opis wynalazku

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.

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.

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.

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.

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.

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.

W znanych połączeniach kasowanie szpar za pomocą doprężania śrub, prowadzi do ich zrywania, wskutek losowego ich wytężenia, mimo nawet dwukrotnego ich przewymiarowania.

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.

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.

Elementy dystansowe w postaci płaskowników korzystnie jest zgrzać z jedną z płyt czołowych lub przyspawać do niej.

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.

PL 202 537 B1

Zasadniczą cechą rozwiązania według wynalazku jest praktycznie doprowadzenie do liniowej sztywności obrotowej takich połączeń.

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.

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.

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.

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.

Elementy dystansowe mogą być składane z kilku warstw, uzyskane spoinami przerywanymi lub ciągłymi jak również przyspawane do blach czołowych.

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. 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. 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. 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. 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. 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.

We wszystkich przykładach pokazanych na figurach 1 do 6 rolę elementów dystansowych mogą pełnić spoiny.

Claims (7)

1. Doczołowe połączenia sprężone zawierające płyty czołowe łączone śrubami sprężającymi, znamienne tym, że pomiędzy płytami czołowymi (2, 21, 22, 23, 24, 25) znajdują się elementy dystansowe (10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19) usytuowane na obrzeżach płyt a śruby sprężające (3) łączące płyty czołowe rozmieszczone są w strefie rozciąganej pomiędzy elementami dystansowymi a obrysem przekroju łączonych elementów (1, 101, 102, 103, 104).

2. Doczołowe połączenia, według zastrz. 1, znamienne tym, że elementy dystansowe stanowią zagięte brzegi jednej z płyt czołowych.

3. Doczołowe połączenia według zastrz. 1, znamienne tym, że elementami dystansowymi są płaskowniki.

4. Doczołowe połączenia, według zastrz. 1, znamienne tym, że elementami dystansowymi są spoiny.

5. Sposób wykonania doczołowego połączenia sprężonego, elementów konstrukcji metalowych, w którym używa się płyt czołowych oraz śrub sprężających, znamienny tym, że elementy konstrukcji ustawia się tak, aby zachować odstęp pomiędzy płytami czołowymi (2, 21, 22, 23, 24, 25) a następnie na obrzeżach płyt umieszcza się elementy dystansowe (10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18), korzystnie w postaci płaskowników, po czym śrubami (3) wywołuje się sprężenie płyt czołowych połączenia.

6. Sposób, według zastrz. 5, znamienny tym, że elementy dystansowe zgrzewa się lub spawa do jednej z płyt czołowych.

7. Sposób, według zastrz. 5, znamienny tym, że płyty czołowe (2, 21, 22, 23, 24) spawa się między sobą na części lub całości ich obwodu, po czym śrubami (3) wywołuje się ich sprężenie.