9.16. Допустимая минимальная начальная температура стали при ручной и полуавтоматической дуговой сварке элементов мостовых конструкций без предварительного подогрева принимается по табл. 2 как для листовых объемных и сплошностенчатых конструкций.
Сварка конструкций железнодорожных мостов должна выполняться только в отапливаемых цехах.
9.17. Сварку элементов мостовых конструкций следует выполнять в кондукторах-кантователях в закрепленном состоянии.
9.18. Сварные конструкции мостов должны удовлетворять требованиям подпунктов «а» и «г» п. 1.51 настоящей.главы; кроме того, не иметь несплавлений по кромкам, а также непроваров в стыковых швах и на предусмотренных проектом участках со сквозным проплавлением угловых и тавровых соединений. Наплавленный металл должен быть плотным по всей длине шва и не иметь трещин.
Допуски по технологическим дефектам швов сварных соединений стальных конструкций мостов приведены в табл. 41, а методы и нормы контроля - в табл. 42 настоящей главы. Контроль качества производится в соответствии со специальной инструкцией.
Исправление дефектного шва производят тем методом сварки, который предусмотрен в проекте для выполнения данного соединения. В отдельных случаях, по согласованию с заводской инспекцией, допускается заварка полуавтоматом дефектных участков швов, выполненных автоматом. Исправление дефектного участка шва более двух раз допускается в исключительных случаях с соблюдением требований п. 1.62 настоящей главы.
9.19. Номер или знак сварщика должен ставиться у начала и конца выполненного им шва на расстоянии 100 мм от линии шва.
9.20. Режимы сварки, приведенные в разрабатываемой заводом технологической документации, для каждого типа соединений и сочетаний толщин металла, марок материалов, а также начальных температур стали должны назначаться по утвержденным в установленном порядке заводским нормалям или инструкциям
Таблица 41
| Категория | Типы швов сварных соединений, | Технологический дефект в шве сварного соединения | ||
| швов сварных соединений | входящих в данную категорию | поры наружные и внутренние, шлаковые включения | подрезы поперек усилий | подрезы вдоль усилий |
| 1. Поперечные и продольные стыковые швы растянутых 1 поясов сплошных балок 2
2. Поперечные и продольные стыковые швы растянутых элементов ферм 3 3. Угловые швы, прикрепляющие основные детали и элементы конструкции и работающие на отрыв (при растяжении или изгибе) |
Поры или шлаковые включения диаметром более 2% толщины металла и более 1 мм не допускаются в крайних четвертях ширины 4 стыкового шва (поз. 1, 2, 7) и в соединениях, перечисленных в поз. 4, 5, 6 настоящей таблицы. В остальной зоне стыковых швов (поз. 1,2,7) и в соединениях, указанных в поз. 3, допускаются единичные дефекты диаметром не более 1 мм для металла толщиной до 25 мм и не более 4% толщины для металла толщиной более 25 мм в количестве не | Без исправления не допускаются. Подрезы глубиной до 0,5 мм на металле толщиной до 20 мм и глубиной не более 3% толщины на металле толщиной более 20 мм, а также местные подрезы длиной до 20% длины шва при глубине подреза не более 6% толщины металла разрешается исправлять зачисткой без предварительной заварки подреза | Без исправления не допускаются. При наличии их глубиной до 1 мм на металле толщиной до 20 мм и глубиной не более 6% толщины на металле толщиной более 20 мм можно устранять зачисткой. | |
| более четырех дефектов на участке шва длиной 400 мм. Расстояние между дефектами не менее 45 мм. | Подрезы глубиной не более 1 мм, расположенные непосредственно на ребрах жесткости к которым не присоединяются элементы поперечной конструкции пролетного строения, можно оставлять без исправления | |||
| 4. Концевые участки (длиной 100 мм) стыковых и угловых швов, прикрепляющих к растянутым элементам ферм и растянутым поясам сплошных балок узловые фасонки или расположенные вдоль усилия фасонки связей 5. Концевые участки (длиной 100 мм) угловых поясных и соединительных швов в местах обрыва одной из частей сечения сплошных балок (стенки или пояса) в растянутой зоне и растянутых элементов ферм 6. Концевые участки (длиной 100 мм) угловых косых швов, прикрепляющих концы накладных компенсаторов или обрываемых в пролете листов пакетов растянутых поясов сплошных балок 7. Концевые участки поперечных стыковых швов стенки балок на протяжении 40% высоты растянутой зоны, но не менее 200 мм, считая от растянутого пояса | ||||
| 8. Угловые поясные швы растянутых поясов сплошных балок (кроме швов по поз. 5) 9. Угловые соединительные швы растянутых элементов ферм (кроме швов по поз. 5) 10. Угловые соединительные швы пакетов растянутых поясов сплошных балок (кроме швов по поз. 6) 11. Поперечные стыковые швы стенок балок в растянутой зоне - на участке протяжением 40% ее высоты, примыкающем к концевому участку (см. поз. 7) | Допускаются единичные дефекты диаметром не более 1,5 мм в количестве не более пяти дефектов на участке шва длиной 400 мм. Расстояние между дефектами не менее 15 мм | Без исправления не допускаются. Имеющиеся подрезы устраняются зачисткой или заваркой с последующей зачисткой согласно указаниям для швов I категории | Допускаются глубиной не более 1 мм при ширине не менее 2 мм и плавном очертании. Подрезы большей глубины или неплавного очертания устраняются зачисткой или заваркой с последующей зачисткой согласно указаниям для швов I категории | |
| 12. Продольные стыковые швы стенок балок, расположенные в растянутой зоне в пределах 80% ее высоты, считая от растянутого пояса 13 а) Концевые участки (длиной 100 мм) угловых швов, прикрепляющих горизонтальные фасонки связей к стенкам балок в растянутой зоне в пределах 40% ее высоты, считая от растянутого пояса б) Стыковые и угловые швы (за исключением концевых участков, см. поз. 4), прикрепляющие к растянутым элементам ферм и растянутым поясам сплошных балок узловые фасонки или расположенные вдоль усилия фасонки связей, а в неразрезных сталежелезобетонных пролетных строениях - упоры | См. п. 11 | См. п. 11 | См. п. 11 | |
| 14. Поперечные я продольные стыковые швы сжатых поясов сплошных балок
15. Поперечные и продольные стыковые швы сжатых элементов ферм 16. Поперечные стыковые швы стенок балок на участке за вычетом поз. 7 и 11 17. Продольные стыковые швы стенок балок, расположенные в пределах части высоты балки, остающейся за вычетом поз. 12 18. Стыковые и угловые швы, прикрепляющие к сжатым элементам ферм и сжатым поясам сплошных балок узловые фасонки или расположенные вдоль усилия фасонки связей, а в сталежелезобетонных пролетных строениях - упоры 19. Угловые поясные швы сжатых поясов сплошных балок 20. Угловые соединительные швы сжатых элементов ферм 21. Угловые соединительные швы пакетов сжатых поясов сплошных балок |
||||
| 22. Угловые швы, прикрепляющие горизонтальные фасонки связей к стенкам балок (за исключением швов, указанных в п. 13<а>)
23. Угловые швы, прикрепляющие вертикальные и горизонтальные ребра жесткости, диафрагмы, а также расположенные поперек усилия в элементе фермы, поясе или стенке сплошной балки фасонки связей 24. Угловые швы, прикрепляющие элементы связей к фасонкам и ребрам жесткости |
Допускаются единичные дефекты диаметром не более 2 мм в количестве не более 6 дефектов на участке шва длиной 400 мм. Расстояние между дефектами не менее 10 мм | Согласно указаниям для швов II категории | ||
| 1 Категории швов сварных соединений сжато-вытянутых элементов и зон конструкций - те же, что и растянутых.
2 В конструкциях с ортотропной плитой на швы ее сварных соединений распространяются требования, предъявляемые к поясам балок. 3 Ортотропная плита железнодорожного проезда, включенная в работу главных ферм, также относится к элементам ферм. 4 Под шириной стыкового шва понимается расстояние между линиями сплавления металла шва с основным металлом на поверхности детали. |
||||
Таблица 42
| Методы контроля | Нормы контроля для швов сварных соединений категорий | ||
| 1. Систематическая проверка выполнения заданного технологического процесса сборки и сварки | 100% швов | 100% швов | 100% швов |
| 2. Наружный осмотр и промер швов | 100% длины швов | 100% длины швов | 100% длины швов |
| 3. Ультразвуковая дефектоскопия | 100% отнесенной к I категории длины каждого стыкового и углового шва | 100% отнесенной ко II категории длины стыковых и угловых швов по поз. 13″а» табл. 41; 100% длины каждого второго стыкового шва II категории по поз. 11 табл. 41 и 50% длины каждого стыкового шва II категории по поз. 12 табл. 41 (швы выбираются заводской инспекцией). При выявлении дефектов, выходящих за пределы допусков, контролю подлежат 100% стыковых швов по поз. 11*, 12 табл. 41 | 100% длины каждого третьего стыкового шва III категории по поз. 14, 15 табл. 41 (швы выбираются заводской инспекцией). Если при этом качество более чем 10% проверенных стыков признано неудовлетворительным, то производится дополнительный контроль такого количества стыков, чтобы общий объем проверенных ультразвуковой дефектоскопией швов составлял 50%. Если и при дополнительном контроле выявляются стыковые швы неудовлетворительного качества, то контролю подлежат 100% стыковых швов данной категории |
| 4. Просвечивание проникающими излучениями | Швы, результаты проверки которых ультразвуковой дефектоскопией требуют уточнения | ||
| 5. Металлографические исследования макрошлифов на торцах стыковых швов | 100% стыковых швов по поз. 1, 2 табл. 41, за исключением стыковых швов внутренних листов элементов коробчатого сечения | По два макрошлифа на каждом стыковом шве по поз. 14, 15 табл. 41, в котором при контроле ультразвуковой дефектоскопией выявлены дефекты; если при осмотре макрошлифов обнаружены недопустимые дефекты, то осматриваются еще два макрошлифа на данном элементе. Если на дополнительных макрошлифах обнаруживаются недопустимые дефекты то осматриваются макрошлифы на всех стыковых швах данного элемента | |
| * Нормы контроля действуют для швов по поз. 11 и в случае, если недопустимые дефекты обнаружены в швах по поз. 7 табл. 41. | |||
При сварке конструкций мостов производится проверка применяемых режимов и сварочных материалов путем испытания контрольных соединений с определением механических свойств соединений и металла шва, а также его химического состава. Методы и объем испытании контрольных соединений устанавливаются специальной инструкцией.
9.21. Устранение деформаций грибовидности и перекоса полок двутавровых, тавровых и Н-образных элементов мостовых конструкций, в том числе эксплуатируемых в районах с расчетной температурой ниже минус 40° С и до минус 65° С включительно и из стали класса С52/40, допускается производить холодной правкой на пресс-вальцах при соблюдении требований табл. 1. Указанные элементы, а также элементы коробчатого сечения допускается исправлять с помощью термической и термомеханической правки с нагревом в соответствии с требованиями п. 9.6; при этом одну и ту же зону выправлять более двух раз не допускается.
Так как дополнительные термины, связанные с фактическим наложением швов часто используются в описаниях технологии сварки, инспектора по сварке должны быть знакомы с их смыслом. Прежде всего, следует различать понятия: проход при сварке, наплавленный валик и наплавленный слой. Проход при сварке – это однократное перемещение источника тепла в одном направлении вдоль стыка. Наплавленный валик – это слой металла, наплавленный за один проход. Наплавленный слой – это одиночный слой наплавленного металла в многопроходном шве. Наплавленный слой металла может состоять из одного или нескольких валиков рис.1.
В процессе наложения валика его наименование может зависеть от способа, применяемого сварщиком. Если сварщик ведет шов вдоль стыка с небольшими колебаниями в поперечном направлении или без таких колебаний, то полученный наплавленный валик называется ниточным валиком. Когда сварщик ведет электрод вдоль шва с колебаниями в поперечном направлении, образуется уширенный валик, который обычно шире ниточного валика. Из-за поперечных колебаний скорость перемещения, измеряемая вдоль продольной оси сварного шва, меньше, чем при наложении ниточного валика. Примеры этих валиков приведены на рис.2.
Если требуются угловые швы, могут быть ситуации, когда нецелесообразно использовать непрерывные швы в данной конструкции. Поэтому конструктор может выбрать прерывистые угловые швы. Если прерывистые угловые швы наложены с обеих сторон данного стыка, они могут быть заданы как цепные или шахматные прерывистые швы. В цепном прерывистом шве участки сварки по обеим сторонам стыка расположены один напротив другого. Шахматный прерывистый шов – это прерывистый угловой шов по обе стороны стыка, у которого участки сварки на одной стороне расположены напротив промежутков на другой стороне. Оба варианта прерывистых угловых швов показаны на рис.3.
Другим понятием, связанным с реальными сварочными работами, является «обварка конца детали по периметру» (обычно называется обварка по периметру). Обварка по периметру – это «наложение дополнительного углового шва за угловой частью элемента как продолжение основного шва», рис.4.
Наконец, есть несколько терминов, которыми описывается фактические порядок, в котором должна выполняться сварка. Обычно это делается для снижения величины деформаций, вызываемых сваркой. К основным техническим решениям этой задачи относятся обратноступенчатая сварка, сварка блоками и сварка каскадам, рис.5.
Обратноступенчатая сварка – это способ выполнения сварного шва следующими один за другим участками в направлении, обратном общему приращению длины шва.
Сварка блоками определяется как «комбинированное выполнение многослойного сварного шва отдельными продольными и поперечными валиками с полным или частичным заполнением каждого из них и последующим соединением переходных участков». При выполнении сварки блоками важно делать каждый последующий слой немного короче предыдущего, чтобы на конечном участке блока имелся слабый уклон. Это должно создать наилучшие условия для получения достаточного сплавления в том случае, когда позже заполняется соседний блок.
Сварка каскадом определяется как «комбинированное выполнение многослойного сварного шва продольными и поперечными валиками, при котором каждый последующий участок многослойного шва перекрывает предыдущий участок». Этот технический прием отличается от сварки блоками тем, что каждый последующий проход длиннее предыдущего.
Cтраница 1
Поперечный стык сваривают только после того, как будут сварены продольные швы поясов. Шов выполняют способом двусторонней сварки секциями. Если монтажный блок состоит из двух и более поясов, то сварку швов между этими поясами ведут на стенде. Предварительно должны быть подготовле-ны наружные и внутренние кольцевые подмости. Полуавтоматическую сварку в среде - СОг ведут секциями 3 - 4 сварщика сперва с наружной, а затем с внутренней стороны кожуха.
Поперечный стык сваривают только после того, как будут сварены продольные швы поясов. Шов выполняют способом двусторонней сварки секциями. Если монтажный блок состоит из двух и более поясов, то сварку швов между этими поясами ведут на стенде. Предварительно должны быть подготовлены наружные и внутренние кольцевые подмости.
Поперечные стыки (рис. 7.1.10, а б г) определяют условия серийного производства, необходимые для технологического членения фюзеляжа, а ограниченная длина полуфабрикатов обшивки определяет - конструктивные стыки фюзеляжных панелей.
Поперечные стыки лент осуществляются склепыванием концов ленты внахлестку.
Поперечные стыки асбестоцементных полуцилиндров промазывают тем же раствором, которым покрывают изоляцию верхней части трубопровода.
Для поперечных стыков, не подлежащих ультразвуковому контролю или местной термообработке, расстояние между осями соседних сварных швов на прямых участках трубопровода должно быть не менее трехкратной толщины стенки свариваемых труб, но не менее 100 мм, а для трубопроводов 4 - й категории не менее 50 мм. Расстояние от оси сварного соединения до начала закругления гиба должно быть не менее 100 мм.
Для поперечных стыков, не подлежащих ультразвуковому контролю или местной термообработке, расстояние между осями соседних сварных швов на прямых участках трубопровода должно быть не менее трехкратной толщины стенки свариваемых труб, но не менее 100 мм, а для трубопроводов 4 - й категории - не менее 50 мм. Расстояние от оси сварного шва до начала закругления гиба должно быть не менее 100 мм.
Для поперечных стыков, подлежащих ультразвуковому контролю, длина свободного прямого участка трубы от оси шва до ближайших приварных деталей, до начала гиба, до оси соседнего поперечного шва, должна быть не менее следующих величин (в зависимости от номинальной толщины стенки SH): при SB до 15 мм - 100 мм, при SH свыше 15 до 30 мм - 5 sn 25 мм.
Сварку поперечных стыков ведут в направлении от более толстых листов к тонким. При уменьшении толщины листов режим сварки изменяется за счет отключения одной из дуг, обеспечивая непрерывное перемещение аппарата по всей длине стыка.
Неполные разрывы поперечных стыков устраняются путем наложения галтельного двустворчатого хомута на свинцовой или резиновой прокладке.
Причины разрушения поперечных стыков наиболее удобно проследить на трубопроводах диаметром менее 1020 мм.
варные соединения классифицируют по различным признакам. Наиболее распро страненными из этих признаков являются следующие: геометрия примыкания соединяемых элементов, тип используемых сварных швов, способ сварки, условия работы, толщины сва риваемых элементов, свариваемые материалы.
При производстве строительных конструкций применяется преимущественно электродуговая сварка. Основные типы, конструктивные элементы и размеры сварных швов и со единений регламентированы следующими нормативными документами:
ГОСТ 8713-79 и ГОСТ.11533-75 - для швов выполняемых автоматической и полуавто матической сваркой под флюсом;
ГОСТ 14771-76 - для швов, выполняемых сваркой в защитных газах;
ГОСТ 5264-80 и ГОСТ 11534-75 - для швов, выполняемых ручной дуговой сваркой.
В отдельных случаях применяются электрошлаковая сварка ГОСТ 15164-78, контактная сварка ГОСТ 15878-79 и дуговая точечная сварка ГОСТ 14776-79.
В зависимости от вида и геометрии примыкания соединяемых элементов указанными стандартами для дуговой сварки предусмотрены четыре характерных случая:
- стыковое соединение, когда свариваемые элементы лежат в одной плоскости;
- угловое соединение, когда две детали своими торцевыми поверхностями соединяются под определенным углом по отношению друг к другу;
- тавровое соединение, когда одна деталь примыкает к другой своей торцевой поверхностью;
- нахлесточное соединение, когда свариваемые элементы перекрывают друг друга.
Рассмотрим некоторые главные особенности проектирования и изготовления сварных соединений строительных металлоконструкций.
Стыковые соединения
Сварные стыковые соединения листовых деталей следует выполнять прямыми с полным проваром и с применением выводных планок.
В монтажных условиях допускается односторонняя сварка с подваркой корня шва и сварка на остающихся стальных подкладках. При применении остающихся подкладок необходимо выполнять требования. Крепление подкладки необходимо производить со стороны свариваемых кромок. При ручной сварке зазор в собранном стыке должен быть 7±1 мм. Выполнение этих требований исключит появление трещин типа "усов". Толщина остающейся подкладки выбирается такой, которая на установленных режимах сварки исключает ее прожог. При изготовлении и монтаже сварку стыковых соединений ведут, как правило, с применением механизированных способов сварки наилучшие результаты имеют место при применении автоматической сварки под флюсом (Аф).
В табл. 1 представлены наиболее типичные стыковые соединения используемые в сварных строительных конструкциях.
Стыки без разделки кромок выполняют при толщине элементов до 16 мм. Если стыкуемые листы имеют толщину более 16 мм рекомендуется производить разделку кромок двухстороннюю или одностороннюю. Параметры стыка и режимы выбирают такими, что бы обеспечить полный провар. Стыки 1 и 2 осуществляют при разнице толщин листов не более 4 мм.
При значительной разнице толщин рекомендуются стыки по типу 3 (с односторонним уклоном) или по типу 4 (с двухсторонним уклоном). В мостостроении принято для растянутых элементов применять уклон 1:8, а для сжатых 1:5. Уклоны выполняют фрезеровкой или строжкой с соблюдением требований по шероховатости поверхности.
Таблица 1
В последнее время в практике мостостроения начали применять элементы конструкций в виде пакета листов. В частности при строительстве автотранспортной эстакады в Одесском морском порту. В ряде пролетов нижние пояса были изготовлены из пакетов 40+40 мм; 40+32 мм; 40+24 мм. В отечественных нормативных документах отсутствуют рекомендации по конструированию монтажных стыков. Немецкие нормы DIN 18800 рекомендуют решение 5 и 6 (таблица). В зоне стыка при изготовлении производится небольшая разделка по плоскости соприкосновения листов с последующей заваркой и зачисткой этих участков. Толщина наплавленного металла составляет 7-8 мм. При автоматической сварке на монтаже на этом участке нельзя допускать полного проплавления омоноличенной зоны.
Угловые соединенияПри производстве строительных стальных конструкций основной объем сварочных ра бот приходится на выполнение угловых швов. Эти швы в конструкциях заводского изготовления составляют по массе наплавляемого металла более 90% , из них около 40% - расчетные швы, размеры которых устанавливаются при проектировании в соответствии с расчетами на прочность, и около 60% - конструктивные швы. Поэтому рациональное проектирование соединений с угловыми швами служит большим резервом повышения качества и эффективности сварочного производства. При проектировании сварных узлов, один из элементов которых испытывает растягивающие напряжения по толщине листа, следует принимать конструктивные решения угловых и тавровых соединений с уменьшенным риском возникновения слоистых трещин. Для этого необходимо (Рис.1) .
- отказаться от применения одностороннего углового шва и перейти к двустороннему со сведением к минимуму концентрации деформаций в вершине сварного шва (Рис. 1, а);
Рисунок 1
В тех случаях, когда это невозможно, применять соединения без разделки кромок с минимально возможным объемом наплавленного металла взамен соединений с полным проплавлением (Рис. 1, б);
- применять при статических нагрузках соединения с разделкой кромок (h ^ t/З) неполным проплавлением (Рис. 1, в)
- по возможности избегать применения V -образной разделки, применяя К-образную разделку (Рис. 1, г);
- во всех случаях, когда это возможно, применять тавровые соединения вместо угловых (Рис. 1, а);
Важным фактором при сварке ответственных конструкций является правильный подбор режимов сварки, что приводит к равномерному заполнению шва и уменьшает остаточные напряжения. Влияние режимов сварки на форму шва показаны на (рис.2).
Рисунок 2
В процессе сварки необходимо контролировать скорость сварки, чтобы она была умеренной при ручной сварке в приделах 20 м/ч.
СВАРНЫЕ УЗЛЫ
Сварные узлы строительных конструкций образуются стыковыми и угловыми соединениями. При проектировании необходимо стремиться к созданию наиболее благоприятных условий для выполнения сварных соединений в узлах (доступность, нижнее положение и т.д.), для применения автоматизированных или механизированных способов сварки - как гарантии качества.
БалкиПри изготовлении балочных конструкций следует обращать внимание на взаимное расположение швов (Рис. 2). В соответствии с требованиями нормативных документов минимальное расстояние между двумя параллельными швами должно быть не менее 10 б, где б = толщина более толстого материала.
Рисунок 3
Монтажные соединения балочных или коробчатых конструкций решаются исходя из технических
возможностей монтажной организации и проекта производства работ.
В России повсеместно приняты сварные монтажные стыки. Конструкция такого стыка разработана в ИЭС им. Е.О. Патона и впервые применена в 1953 г. в пролетных строениях автодорожного моста через р. Днепр в г. Киеве - мост им. Е.О. Патона. Стык имеет один шов по нижнему поясу, вставку по стенкам балки и вставку по верхнему поясу. Такая конструкция стыка позволяет успешно применить автоматическую сварку под флюсом для выполнения в нижнем положении стыковых швов по нижнему и верхнему поясах и автоматическую сварку вертикальных швов стенки порошковой проволокой с принудительным формированием.
В главных балках коробчатого сечения применяют конструкцию совмещенного стыка. Для пропуска специальных удлинителей мундштуков в стенке выполняют вырезы. По верхнему поясу если возможно применяют вставки.
Ортотропная плита проезжей части автодорожных мостовСтальная ортотропная плита является основным элементом современных металлических мостов. Широкое внедрение автоматической и механизированной сварки позволило создать современные конструктивные решения, индустриальные в изготовлении и на монтаже и экономичные по расходу стали. Выработанная в результате более чем 40-летнего развития современная конструкция ортотропной плиты состоит из стальных листов, подкрепленных продольными ребрами и поперечными балками или диафрагмами. Стальная ортотропная плита используется для проезжей части, являющейся одновременно верхним поясом главных балок, и для нижних поясов коробчатых пролетных строений. Аналогичные листовые конструкции подкрепленные набором продольных и поперечных ребер широко используются в судостроении.
Продольные ребра в течение многолетней отработки конструкции ортотропной плиты применялись самых различных форм: с открытыми и коробчатыми поперечными сечениями, сварные, прокатные, образованные роспуском сложных прокатных профилей и т.п.
Открытые полосовые ребра имеют толщину 12-16 мм. Ребра коробчатого сечения изготавливают толщиной 5... 10 мм.
Специалисты отдают предпочтение ортотропным плитам с продольными ребрами коробчатого сечения как имеющим конструктивные и технологические преимущества и более экономичным, чем плиты с полосовыми ребрами.
Основное преимущество продольных ребер коробчатого сечения - большая жесткость на кручение, предопределяющая пространственную работу конструкции и повышенный эффект распределения колесной нагрузки в поперечном направлении.
Технологическое преимущество трапециедальных коробчатых ребер - меньший объем сварочных работ. Стенки коробчатых ребер приваривают к листу плиты (t = 12... 14 мм) только с внешней стороны швами с малыми катетами поэтому длина сварных швов при приварке таких ребер в 2 раза, а масса наплавленного металла - в 4 раза меньше, чем у плит с открытыми ребрами. Благодаря уменьшению тепловложений при сварке и повышенной пространственной жесткости снижаются сварочные деформации. Перечисленные преимущества оказывают решающее влияние на выбор коробчатых ребер.
Конструкция сварных балок.
В сварных балках поясной и вертикальный лист могут быть присоединены непосредственно один к другому двухсторонними угловыми сварными швами (Рис. 9.1). Поэтому сварные балки имеют простую конструктивную форму как правило, симметричный двутавр. Сварные балки рекомендуется составлять из одного вертикального и двух горизонтальных листов.
В автодорожных и городских мостах наименьшая толщина вертикальной стенки принимается минимум 10 мм. Однако в зависимости от длины пролёта толщина вертикальной стенки может составлять 12, 14, 16 мм и более.
Размеры поясов назначают с учётом требований сокращённого сортамента на листовой прокат. Наибольшая толщина поясного листа для конструкций обычного исполнения не должна превышать 60 мм. Для конструкций северного исполнения типа А и Б соответственно 50 и 40 мм. Изменение сечения пояса рекомендуется осуществлять в зоне расположения его стыков. В противном случае предусматривают устройство скосов по ширине или толщине, а иногда то и другое одновременно (последнего варианта желательно избегать)(Рис.9.2).
Определение мест перехода от одних размеров пояса к другим осуществляют на основе построения эпюры материалов (Рис. 9.3). Если по расчёту требуются размеры листа более предельных, ограниченных нормами проектирования мостов, то допускается применение в поясах пакета из двух-трёх листов. При этом дополнительный (наружный) лист должен иметь ширину на 100 мм меньше основного. Наружный лист следует продолжить за точку теоретического обрыва на длину, обеспечивающую прикрепление 50% площади сечения листа. В конструкциях больших пролётов индивидуальной проектировки при соответствующем обосновании возможно применение большего числа листов в поясном пакете.
Как отмечалось в глава 3, современные достижения мировой металлургии позволяют получать листовой прокат переменной толщины, что намного упрощает технологию изготовления сварных балок. Кроме того, применение такого проката существенно повышает надёжность работы нижнего пояса, а следовательно, и всей конструкции.
В местах передачи сосредоточенных усилий (опорные сечения, расположение поперечных связей) устанавливают поперечные рёбра жёсткости (Рис. 9.4). Согласно расчёту на местную устойчивость стенок устанавливают дополнительные поперечные рёбра жёсткости. Рёбра выполняют из полосового металла и приваривают двухсторонними угловыми швами к вертикальной стенке. Поперечные рёбра жёсткости могут устанавливатя с двух сторон стенки (парные симметричные рёбра) или с одной (внутренней по отношению расположения балки в пролётном строении) односторонние рёбра.
Обычно поперечные рёбра жёсткости устанавливают на всю высоту стенки h w . В местах примыкания поперечных рёбер к поясам устраивают скруглённые вырезы высотой 120 мм и шириной 50 мм. В опорных рёбрах жёсткости допускается устройство вырезов шириной до 30 мм и высотой до 50 мм.
В опорных сечениях торцы поперечных рёбер плотно пригоняют к поясам балки. В автодорожных и городских мостах концы промежуточных поперечных рёбер жёсткости приваривают непосредственно к сжатому поясу и дополнительной прокладке между нижним поясом и нижним торцом поперечного ребра (Рис. 9.4). Если прокладку устанавливают на тугой посадке, то сварные швы не накладывают, что характерно для конструкций северного исполнения. Прокладки применяют толщиной 16…20 мм и шириной 30…40 мм. Современные нормы, мало обоснованно, допускают приварку поперечных ребер к растянутому поясу сварным швом с катетом 1:2.
Если применяют только поперечные ребра жесткости, то ширина полосы парного симметричного ребра должна быть не менее, а одностороннего ребра – не менее. Толщина полосы должна удовлетворять условию.
В балках значительной высоты ширина полосы поперечного ребра жёсткости может оказаться излишне большой. Если по какой-то причине требуется уменьшение ширины поперечного ребра, то его окантовывают металлической полосой, добиваясь при этом требуемого момента инерции. В наружных поперечных рёбрах жёсткости иногда металлическую полосу не доводят до нижнего растянутого пояса. При этом ширину концевой части поперечной полосы вырезанием по кривой с двумя разнонаправленными радиусами сводят к нулю.
Когда обеспечение местной устойчивости стенки поперечными рёбрами жёсткости требует их размещения с шагом 0,75 и менее, необходима установка продольных рёбер жёсткости. В этом случае размеры продольных рёбер жёсткости определяют в зависимости от высоты и толщины вертикальной стенки, а также расстояния между осями поперечных рёбер жёсткости.
При необходимости установки на стенку продольных рёбер жёсткости и отсутствии местного давления на её рёбра, как и в клёпанных балках, располагают на следующих расстояниях от сжатого пояса:
при одном ребре (0,20…0,25) ;
при двух рёбрах: первое (0,15…0,20) , а второе (0,40…0,50) .
Если при двух продольных рёбрах местная устойчивость стенки не обеспечивается, то устанавливают третье ребро, как правило, в растянутой зоне.
Размеры продольного ребра должны обеспечивать необходимый момент инерции, регламентированный нормами проектирования мостов. Как и поперечные рёбра жёсткости, продольные рёбра могут располагатя с двух сторон стенки или с одной. В последнем случае допускается расположение поперечных и продольных рёбер с разных сторон стенки. Продольные рёбра прикрепляют к стенке двухсторонними угловыми сварными швами.
В конструкциях прошлой проектировки продольные рёбра жёсткости располагались между поперечными рёбрами и своими торцами приваривались к последним (Рис. 9.6). Поэтому в каждом отсеке между поперечными рёбрами размещалось самостоятельное продольное ребро. Во избежание пересечения сварных швов на концах продольных рёбер жёсткости устраивались вырезы.
В настоящее время приоритет в размещении рёбер жёсткости отдаётся продольным рёбрам, которые устанавливают непрерывными на всю требуемую длину. Для пропуска продольных рёбер через поперечные последние прерывают и прикрепляют к продольным поперечными швами (Рис. 9.7 а) либо создают специальные вырезы в поперечных рёбрах (Рис. 9.7 б).
Концевую часть продольного ребра жёсткости продолжают за крайние поперечные рёбра отсека для обеспечения возможности уменьшения ширины полосы ребра и устройства выкружки (радиусом не менее 60 мм) с целью плавного сопряжения со стенкой.
Сплошностенчатая балка таврового сечения плохо сопротивляется кручению. Этот недостаток создаёт сложности при перевозке и монтаже заводского блока, но особенно он проявляется в работе балки в составе пролётного строения при воздействии на него временной подвижной нагрузки. Более выигрышными в этом отношении являются двухстенчатые блоки, которые способствуют увеличению крутильной жёсткости пролётного строения. Для таких блоков нет проблемы потери устойчивости плоской формы изгиба балки (изгибно-крутильной устойчивости). В целях предотвращения изменения заданной геометрической формы блока при перевозке и монтаже внутри блока устанавливают дополнительную диагональную связь. Эти временные монтажные связи по окончании монтажа пролётного строения демонтируют.
Часто балочные сплошностенчатые пролётные строения монтируют методом продольной надвижки. При таком способе монтажа несколько пролётных строений на насыпи подходов к мосту временно объединяют в единую неразрезную систему. Для этого на торцевых участках концевых блоков устраивают отверстия, используемые в дальнейшем для установки соединительных накладок. После монтажа эти накладки удаляют.
