PL249448B1 - Doczołowe połączenie sprężone dwuteowej belki stalowej - Google Patents

Abstract

Doczołowe połączenie sprężone dwuteowej belki stalowej, łączące płaską blachę czołową belki z półką słupa, charakteryzuje się tym, że pomiędzy płaską blachą czołową (3) a półką słupa (2) umieszczono sztywne pierścieniowe przekładki płaskie (4) w miejscu występowania śrub (6), a pozostałą przestrzeń wypełniono szybkoutwardzalną masą sprężystą (5). W innej wersji wykonania pomiędzy płaską blachą czołową (3) a płaską blachą czołową umieszczono sztywne pierścieniowe przekładki płaskie (4) w miejscu występowania śrub (6), a pozostałą przestrzeń wypełniono szybkoutwardzalną masą sprężystą (5). W kolejnej wersji wykonania, pomiędzy odgiętą blachą czołową, a półką słupa (2) umieszczono sztywne pierścieniowe przekładki klinowe w miejscu występowania śrub (6) oraz sztywną wkładkę dystansową w górnej części odgiętej blachy czołowej, a pozostałą przestrzeń wypełniono szybkoutwardzalną masą sprężystą (5). Korzystnie, sztywne pierścieniowe przekładki płaskie (4) połączone są w sposób trwały z płaską blachą czołową (3), zaś sztywne pierścieniowe przekładki klinowe oraz sztywna wkładka dystansowa są połączone w sposób trwały z odgiętą blachą czołową. Korzystnie, sztywne pierścieniowe przekładki mają średnicę zewnętrzną równą trzykrotnej grubości blachy czołowej (3) oraz średnicę wewnętrzną równą średnicy otworu przelotowego pod śrubę wykonanego w blasze czołowej (3).

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest doczołowe połączenie sprężone dwuteowej belki stalowej. Wynalazek ma zastosowanie w budownictwie metalowym do wykonania i montażu konstrukcji stalowych za pomocą doczołowych połączeń śrubowych.

Znane oraz powszechnie stosowane śrubowe połączenia doczołowe, charakteryzują się koniecznością bardzo dokładnego wykonania łączonych elementów oraz części składowych połączeń z uwagi na potrzebę dotrzymania współpłaszczyznowości stykających się blach połączenia. Ponadto wskazane jest, aby elementy wysyłkowe wykonywać w ujemnych tolerancjach wymiarowych. Niedotrzymanie wymaganych warunków wykonawczych powoduje utrudnienia podczas montażu oraz znaczną losowość nośności oraz sztywności połączeń. Prowadzi to do losowego wytężenia oraz zrywania śrub w połączeniu, powstającego w trakcie doprężania śrub w celu usunięcia szpar między blachami czołowymi połączenia. Ponadto, niedotrzymanie warunków wykonawczych sprzyja wytwarzaniu się lokalnych ognisk korozyjnych w doczołowych połączeniach stalowych.

W znanych rozwiązaniach, w celu lepszego dopasowania blach czołowych oraz uniknięcia zrywania śrub, stosowane są stalowe podkładki lub inne sprężyste wypełnienia szpar w połączeniu, które umieszczane są w połączeniu przed jego sprężeniem.

Z opisu patentowego PL188508 znane są doczołowe połączenia sprężone, w których pomiędzy płytami czołowymi zastosowano wkładki dystansowe w postaci płytek o powierzchni mniejszej od powierzchni płyt czołowych. Rozwiązanie umożliwia regulowanie sztywności połączenia, regulowanie wstępnego sprężenia węzłów, wprowadzenie żądanego momentu węzłowego oraz redukcję losowych sił montażowych. Wprowadzenie momentów zginających w węzłach przyczynia się do zwiększenia nośności belek.

Z opisu patentowego PL202537 znane są doczołowe połączenia sprężone, w których pomiędzy płytami czołowymi umieszczono wkładki dystansowe, usytuowane na obrzeżach płyt, a śruby sprężające łączące płyty czołowe rozmieszczono w strefie rozciąganej pomiędzy elementami dystansowymi a obrysem przekroju łączonych elementów. Rozwiązanie umożliwia zwiększenie sztywności obrotowej połączenia, zwiększenie nośności blach czołowych połączenia, wywołanie liniowej sztywności obrotowej połączenia oraz zwiększenie nośności krytycznej i granicznej systemów konstrukcyjnych.

Z publikacji polskiego zgłoszenia patentowego P.433211 znane są doczołowe połączenia sprężone, w których zastosowano przekładki lub różne warianty profilowania powierzchni czołowej blachy czołowej dla jednego z łączonych elementów. Rozwiązanie umożliwia: osiągnięcie praktycznie nieograniczonej sztywności doczołowego połączenia sprężonego, uniknięcie problemu powstawania efektu dźwigni na małym ramieniu, wyeliminowanie możliwości rozwarcia płyt czołowych do momentu obciążenia ponad projektowaną nośność graniczną, proste łączenie sprężonych połączeń doczołowych na placu budowy.

Z opisu patentowego PL190817 znany jest sposób połączenia elementów konstrukcji stalowych, w którym przestrzeń pomiędzy płaszczyznami płyt czołowych wypełniono substancją sprężyście odkształcalną o niższej wartości modułu sprężystości od modułu sprężystości podłużnej materiałów łączonych elementów lub przekładką w formie odkształcalnego ciała stałego. Rozwiązanie umożliwia dotrzymanie prawidłowego rozkładu naprężeń w styku, uzyskanie zwiększonej nośności połączenia i łączonych elementów.

W znanych rozwiązaniach w przestrzeni między blachami czołowymi połączeń doczołowych stosowane są wkładki dystansowe, odkształcalne ciała stałe lub substancje sprężyście odkształcalne. Wkładki dystansowe wymuszają w miejscu ich występowania przyleganie do nich blach czołowych, natomiast w pozostałej przestrzeni połączenia sprężone śruby wprowadzają wstępny stan naprężenia. Odkształcalne ciała stałe lub substancje sprężyście odkształcalne likwidują niedokładności w płaszczyźnie styku blach czołowych w wyniku ich pełnego przylegania oraz wypełnienia szpar w połączeniu uzyskanego w następstwie sprężenia śrub. W znanych rozwiązaniach doczołowych połączeń sprężanych belek stalowych brakuje rozwiązań, w których wykorzystano sztywne pierścieniowe przekładki zastosowane w miejscu występowania śrub oraz szybkoutwardzalną masę sprężystą. Zastosowanie sztywnych pierścieniowych przekładek, o grubości dostosowanej do szerokości szpar między płaszczyznami czołowymi blach czołowych, w miejscu występowania śrub zapewnia równomierny stopień sprężenia śrub a szybkoutwardzalna masa sprężysta zapewnia dotrzymanie prawidłowego rozkładu naprężenia w połączeniu.

Doczołowe połączenie sprężone dwuteowej belki stalowej, łączące płaską blachę czołową belki z półką słupa, charakteryzuje się tym, że pomiędzy płaską blachą czołową a półką słupa umieszczono sztywne pierścieniowe przekładki płaskie w miejscu występowania śrub, a pozostałą przestrzeń wypełniono szybkoutwardzalną masą sprężystą.

Doczołowe połączenie sprężone dwuteowej belki stalowej, łączące płaską blachę czołową belki z płaską blachą czołową innej belki, charakteryzuje się tym, że pomiędzy płaską blachą czołową a drugą płaską blachą czołową umieszczono sztywne pierścieniowe przekładki płaskie w miejscu występowania śrub, a pozostałą przestrzeń wypełniono szybkoutwardzalną masą sprężystą.

Doczołowe połączenie sprężone dwuteowej belki stalowej, łączące odgiętą blachę czołową belki z półką słupa, charakteryzuje się tym, że pomiędzy odgiętą blachą czołową a półką słupa umieszczono sztywne pierścieniowe przekładki klinowe w miejscu występowania śrub oraz sztywną wkładkę dystansową w górnej części odgiętej blachy czołowej, a pozostałą przestrzeń wypełniono szybkoutwardzalną masą sprężystą.

Korzystnie, sztywne pierścieniowe przekładki płaskie połączone są w sposób trwały z płaską blachą czołową.

Korzystnie, sztywne pierścieniowe przekładki klinowe oraz sztywna wkładka dystansowa są połączone w sposób trwały z odgiętą blachą czołową.

Korzystnie, sztywne pierścieniowe przekładki płaskie mają średnicę zewnętrzną równą trzykrotnej grubości płaskiej blachy czołowej oraz średnicę wewnętrzną równą średnicy otworu przelotowego pod śrubę wykonanego w płaskiej blasze czołowej.

Korzystnie, sztywne pierścieniowe przekładki klinowe mają średnicę zewnętrzną równą trzykrotnej grubości odgiętej blachy czołowej oraz średnicę wewnętrzną równą średnicy otworu przelotowego pod śrubę wykonanego w odgiętej blasze czołowej.

Korzystnie, sztywna wkładka dystansowa ma wysokość równą grubości odgiętej blachy czołowej oraz długość równą szerokości odgiętej blachy czołowej.

Korzystnie, sztywne pierścieniowe przekładki płaskie mają grubość dostosowaną do luzu między płaszczyznami czołowymi łączonych elementów związanego z dotrzymaniem ujemnych tolerancji wymiarowych.

Korzystnie, sztywne pierścieniowe przekładki klinowe oraz sztywna wkładka dystansowa mają grubość dostosowaną do luzu między płaszczyznami czołowymi łączonych elementów związanego z dotrzymaniem ujemnych tolerancji wymiarowych.

Korzystnie, tymczasowa obudowa uszczelniająca ma szerokość równą dwukrotnej grubości płaskiej blachy czołowej, wysokość oraz długość dostosowaną do wymiarów płaskiej blachy czołowej, odgięcia wykonane na 1/3 długości oraz posiada otwory do iniekcji szybkoutwardzalnej masy sprężystej.

Korzystnie, tymczasowa obudowa uszczelniająca ma szerokość równą dwukrotnej grubości odgiętej blachy czołowej, wysokość oraz długość dostosowaną do wymiarów odgiętej blachy czołowej, odgięcia wykonane na 1/3 długości oraz posiada otwory do iniekcji szybkoutwardzalnej masy sprężystej.

Zastosowanie doczołowego połączenia sprężonego dwuteowej belki stalowej, według wynalazku, zapewnia dotrzymanie równomiernego stopnia sprężenia śrub, dotrzymanie równomiernego wytężenia śrub dzięki sztywnym pierścieniowym przekładkom oraz szybkoutwardzalnej masie sprężystej, dotrzymanie prawidłowego rozkładu naprężenia w połączeniu, równomierne wytężenie łączonych elementów, uniknięcia zjawiska zrywania śrub w połączeniu doczołowym, zabezpieczenie przed powstawaniem ognisk korozyjnych w połączeniu.

Przedmiot wynalazku sprężonego połączenia doczołowego dwuteowej belki stalowej, pokazano na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia połączenie belki ze słupem z płaską blachą czołową, fig. 2 przedstawia połączenie belki z belką z płaską blachą czołową, fig. 3 przedstawia połączenie belki ze słupem z odgiętą blachą czołową, fig. 4 przedstawia sztywną pierścieniową przekładkę oraz sztywną wkładkę dystansową, fig. 5 przedstawia tymczasową obudowę uszczelniającą.

W wariancie I, przedstawionym na fig. 1, belkę 1 połączono śrubą 6 łączącą płaską blachę czołową 3 oraz półkę słupa 2. W miejscu luzu pomiędzy elementami łączonymi zastosowano sztywne pierścieniowe przekładki płaskie 4 zamocowane w sposób trwały do płaskiej blachy czołowej 3. Pozostałą przestrzeń wypełniono szybkoutwardzalną masą sprężystą 5 w postaci masy epoksydowej lub polimerowej. Słup 2 w miejscu połączenia wzmocniono żebrami 7.

W wariancie II, przedstawionym na fig. 2, belki 1, 8 połączono śrubą 6 łączącą płaską blachę czołową 3, 9. W miejscu luzu pomiędzy elementami łączonymi zastosowano sztywne pierścieniowe przekładki płaskie 4 zamocowane w sposób trwały do płaskiej blachy czołowej 3. Pozostałą przestrzeń wypełniono szybkoutwardzalną masą sprężystą 5 w postaci masy epoksydowej lub polimerowej.

W wariancie III, przedstawionym na fig. 3 belkę 1 połączono śrubą 6 łączącą odgiętą blachę czołową 10 oraz półkę słupa 2. W miejscu luzu pomiędzy elementami łączonymi zastosowano sztywne pierścieniowe przekładki klinowe 11 oraz sztywną wkładkę dystansową 12, które zamocowano w sposób trwały do odgiętej blachy czołowej 10. Sztywną wkładkę dystansową 12 umieszczono w górnej części odgiętej blachy czołowej 10. Pozostałą przestrzeń wypełniono szybkoutwardzalną masą sprężystą 5 w postaci masy epoksydowej lub polimerowej. Słup 2 w miejscu połączenia wzmocniono żebrami 7.

Na fig. 4 pokazano sztywne pierścieniowe przekładki płaskie 4 i sztywne pierścieniowe przekładki klinowe 11 oraz sztywną wkładkę dystansową 12. Sztywna pierścieniowa przekładka płaska 4 oraz sztywna pierścieniowa przekładka klinowa 11 mają średnicę zewnętrzną 13 równą trzykrotnej grubości blachy czołowej oraz średnicę wewnętrzną 14 równą średnicy otworu przelotowego pod śrubę wykonanego w blasze czołowej. Sztywna wkładka dystansowa 12 ma wysokość 24 równą grubości odgiętej blachy czołowej 10 oraz długość 25 równą szerokości odgiętej blachy czołowej 10. Grubość 15 sztywnej pierścieniowej przekładki płaskiej 4, grubość 16, 17 sztywnej pierścieniowej przekładki klinowej 11 oraz grubość 26 sztywnej wkładki dystansowej 12 dostosowana jest do luzu między płaszczyznami czołowymi łączonych elementów, związanego z dotrzymaniem ujemnych tolerancji wymiarowych.

Na fig. 5 pokazano tymczasową obudowę uszczelniającą 18. Szerokość 19 obudowy uszczelniającej 18 jest równa dwukrotnej grubości płaskiej blachy czołowej 3. Wysokość 20 oraz długość 21 tymczasowej obudowy uszczelniającej 18 dostosowana jest do wymiarów płaskiej blachy czołowej 3. Odgięcia 22 w górnej części tymczasowej obudowy uszczelniającej 18 należy wykonać na 1/3 długości 21 tymczasowej obudowy uszczelniającej 18. Tymczasowa obudowa uszczelniająca 18 posiada otwory 23 do iniekcji szybkoutwardzalnej masy sprężystej 5 w postaci masy epoksydowej lub polimerowej.

W celu wykonania doczołowego połączenia sprężonego według wynalazku, do płaszczyzny płaskiej blachy czołowej 3 belki 1 należy w sposób trwały zamocować spoinami łączeniowymi lub za pomocą klejenia, sztywne pierścieniowe przekładki płaskie 4, korzystnie stalowe lub tytanowe, w miejscu występowania śrub 6, korzystnie w osiach śrub 6. Belki 1, 8 wykonane są w ujemnych tolerancjach wymiarowych uwzględniających grubość sztywnych pierścieniowych przekładek płaskich 4. Po prawidłowym ustawieniu płaskiej blachy czołowej 3 belki 1, wraz ze sztywnymi pierścieniowymi przekładkami płaskimi 4, następuje wstępne skręcenie połączenia doczołowego, korzystnie do momentu przylgnięcia sztywnych pierścieniowych przekładek płaskich 4 do płaszczyzny czołowej przeciwległej belki 8. Następnie, należy zainstalować tymczasową obudowę uszczelniającą 18, korzystnie z materiału z polietylenem, z wykorzystaniem uchwytów, korzystnie motylkowych. Przestrzeń pomiędzy płaszczyznami czołowymi łączonych elementów, sztywnymi pierścieniowymi przekładkami płaskimi 4 oraz tymczasową obudowę uszczelniającą 18 wypełnia się, korzystnie za pomocą iniekcji, szybkoutwardzalną masą sprężystą 5 w postaci masy epoksydowej lub polimerowej. Po stwardnieniu szybkoutwardzalnej masy sprężystej 5 usuwa się tymczasową obudowę uszczelniającą 18, po czym śrubami 6 wywołuje się sprężenie blachy czołowej belki 1 z przeciwległą belką 8 oraz sprężenie połączenia. Sprężyste właściwości szybkoutwardzalnej masy sprężystej 5 powodują: dokładne oraz równomierne wypełnienie przestrzeni pomiędzy płaszczyznami czołowymi łączonych elementów obarczonych imperfekcjami, dotrzymanie ciągłości przekazywania naprężeń w połączeniu, zabezpieczenie przed powstawaniem lokalnych ognisk korozyjnych pomiędzy płaszczyznami czołowymi w połączeniu, zwiększenie nośności połączenia oraz łączonych elementów.

Claims (12)

1. Doczołowe połączenie sprężone dwuteowej belki stalowej, łączące płaską blachę czołową belki z półką słupa, znamienne tym, że pomiędzy płaską blachą czołową (3) a półką słupa (2) umieszczono sztywne pierścieniowe przekładki płaskie (4) w miejscu występowania śrub (6), a pozostałą przestrzeń wypełniono szybkoutwardzalną masą sprężystą (5).

2. Doczołowe połączenie sprężone dwuteowej belki stalowej, łączące płaską blachę czołową belki z płaską blachą czołową innej belki, znamienne tym, że pomiędzy płaską blachą czołową (3) a płaską blachą czołową (9) umieszczono sztywne pierścieniowe przekładki płaskie (4) w miejscu występowania śrub (6), a pozostałą przestrzeń wypełniono szybkoutwardzalną masą sprężystą (5).

3. Doczołowe połączenie sprężone dwuteowej belki stalowej, łączące odgiętą blachę czołową belki z półką słupa, znamienne tym, że pomiędzy odgiętą blachą czołową (10) a półką słupa (2) umieszczono sztywne pierścieniowe przekładki klinowe (11) w miejscu występowania śrub (6) oraz sztywną wkładkę dystansową (12) w górnej części odgiętej blachy czołowej (10), a pozostałą przestrzeń wypełniono szybkoutwardzalną masą sprężystą (5).

4. Doczołowe połączenie sprężone dwuteowej belki stalowej według zastrz. 1 i 2, znamienne tym, że sztywne pierścieniowe przekładki płaskie (4) połączone są w sposób trwały z płaską blachą czołową (3).

5. Doczołowe połączenie sprężone dwuteowej belki stalowej według zastrz. 3, znamienne tym, że sztywne pierścieniowe przekładki klinowe (11) oraz sztywna wkładka dystansowa (12) są połączone w sposób trwały z odgiętą blachą czołową (10).

6. Doczołowe połączenie sprężone dwuteowej belki stalowej według zastrz. 1 i 2, znamienne tym, że sztywne pierścieniowe przekładki płaskie (4) mają średnicę zewnętrzną (13) równą trzykrotnej grubości płaskiej blachy czołowej (3) oraz średnicę wewnętrzną (14) równą średnicy otworu przelotowego pod śrubę wykonanego w płaskiej blasze czołowej (3).

7. Doczołowe połączenie sprężone dwuteowej belki stalowej według zastrz. 3, znamienne tym, że sztywne pierścieniowe przekładki klinowe (11) mają średnicę zewnętrzną (13) równą trzykrotnej grubości odgiętej blachy czołowej (10) oraz średnicę wewnętrzną (14) równą średnicy otworu przelotowego pod śrubę wykonanego w odgiętej blasze czołowej (10).

8. Doczołowe połączenie sprężone dwuteowej belki stalowej według zastrz. 3, znamienne tym, że sztywna wkładka dystansowa (12) ma wysokość (24) równą grubości odgiętej blachy czołowej (10) oraz długość (25) równą szerokości odgiętej blachy czołowej (10).

9. Doczołowe połączenie sprężone dwuteowej belki stalowej według zastrz. 1 i 2, znamienne tym, że sztywne pierścieniowe przekładki płaskie (4) mają grubość (15) dostosowaną do luzu między płaszczyznami czołowymi łączonych elementów związanego z dotrzymaniem ujemnych tolerancji wymiarowych.

10. Doczołowe połączenie sprężone dwuteowej belki stalowej według zastrz. 3, znamienne tym, że sztywne pierścieniowe przekładki klinowe (11) oraz sztywna wkładka dystansowa (12) mają grubość (16, 17, 26) dostosowaną do luzu między płaszczyznami czołowymi łączonych elementów związanego z dotrzymaniem ujemnych tolerancji wymiarowych.

11. Doczołowe połączenie sprężone dwuteowej belki stalowej według zastrz. 1 i 2, znamienne tym, że tymczasowa obudowa uszczelniająca (18) ma szerokość (19) równą dwukrotnej grubości płaskiej blachy czołowej (3), wysokość (20) oraz długość (21) dostosowaną do wymiarów płaskiej blachy czołowej (3), odgięcia (22) wykonane na 1/3 długości (21) oraz posiada otwory (23) do iniekcji szybkoutwardzalnej masy sprężystej (5).

12. Doczołowe połączenie sprężone dwuteowej belki stalowej według zastrz. 3, znamienne tym, że tymczasowa obudowa uszczelniająca (18) ma szerokość równą dwukrotnej grubości odgiętej blachy czołowej (10), wysokość oraz długość dostosowaną do wymiarów odgiętej blachy czołowej (10), odgięcia wykonane na 1/3 długości oraz posiada otwory do iniekcji szybkoutwardzalnej masy sprężystej (5).