RU2632990C1

RU2632990C1 - Butt joint of tubular rods

Info

Publication number: RU2632990C1
Application number: RU2016131161A
Authority: RU
Inventors: Александр Суренович Марутян
Original assignee: Александр Суренович Марутян
Priority date: 2016-07-27
Filing date: 2016-07-27
Publication date: 2017-10-11

Abstract

FIELD: construction.

SUBSTANCE: invention can be used while manufacturing rod structures from pipes. In the butt joint of tubular rods, including end caps fixed to the rods and cut-in crosses interconnected by bolts in overlap, each the bolted beam of the cut-in crosses is symmetrically bent in opposite directions by the thickness of the beams.

EFFECT: reducing the structural material consumption and additional labour costs.

3 dwg, 1 tbl

Description

Предлагаемое изобретение относится к области строительства и может быть использовано при изготовлении стержневых конструкций из труб.The present invention relates to the field of construction and can be used in the manufacture of rod structures from pipes.

Известно стыковое соединение трубчатых стержней, включающее фланцы, ребра, торцевые заглушки и стяжные болты. Фланцы установлены по отношению к торцам трубчатых стержней с зазором, а ребра оформлены в виде врезного креста [Кузнецов И.Л., Аксанов А.В. Стыковое соединение трубчатых стержней. - Патент №2272109, 20.032006, бюл. №8].A butt joint of tubular rods is known, including flanges, ribs, end caps, and tie bolts. The flanges are installed in relation to the ends of the tubular rods with a gap, and the ribs are decorated in the form of a mortise cross [Kuznetsov I.L., Aksanov A.V. Butt joint of tubular rods. - Patent No. 2272109, 20.032006, bull. No. 8].

Недостаток этого технического решения заключается в тех ограничениях, которые наложены на фланцевые соединения: растягивающие усилия - не более 2000 кН, диаметр труб - до 400 мм, разница диаметров - не более 50 мм [Металлические конструкции. В 3 т. Т. 3. Специальные конструкции и сооружения: Учебник для вузов / Под ред. В.В. Горева. - М.: Высшая школа, 2002. - С. 98].The disadvantage of this technical solution lies in the limitations that are imposed on flange joints: tensile forces - not more than 2000 kN, pipe diameter - up to 400 mm, diameter difference - not more than 50 mm [Metal structures. In 3 t. T. 3. Special constructions and structures: Textbook for universities / Ed. V.V. Grief. - M.: Higher School, 2002. - S. 98].

Еще одно известное решение представляет собой стыковое соединение нижних (растянутых) поясов стропильных и подстропильных ферм из гнутосварных профилей прямоугольного сечения, состоящее из врезных фасонок, торцевых заглушек и двухсторонних накладок. Фасонки размещены в осевых продольных прорезях в стенках, жестко прикреплены к торцам стержней и заглушкам, а также соединены между собой при помощи накладок и стяжных болтов [Ферменные конструкции системы Трасскон™ / Обнинск: ООО «Руукки Рус», 2009. - 88 с.]. Врезные фасонки воспринимают усилия от поясов ферм и раскосов, значения которых могут достигать 3000 кН [Мосягин Д.Л., Ружанский И.Л., Гладштейн Л.И. Разработка соединительного узла металлических конструкций сетчатых пространственных покрытий крупных инженерных сооружений. - Промышленное и гражданское строительство, 2010, №5. - С. 32-35].Another well-known solution is the butt joint of the lower (extended) belts of trusses and trusses from bent-welded profiles of rectangular cross section, consisting of cut-in gussets, end caps and double-sided plates. Shapes are placed in axial longitudinal slots in the walls, are rigidly attached to the ends of the rods and plugs, and are interconnected by means of plates and tie bolts [Truss system Trusscon ™ / Obninsk: LLC Ruukki Rus, 2009. - 88 pp.] . Mortise fittings take effort from truss belts and braces, the values of which can reach 3000 kN [Mosyagin DL, Ruzhansky I.L., Gladshtein L.I. Development of a connecting node for metal structures of spatial mesh coatings of large engineering structures. - Industrial and civil engineering, 2010, No. 5. - S. 32-35].

Недостатком известного решения является материалоемкость двойных комплектов болтовых креплений и соединительных элементов, включающих двухсторонние накладки. Кроме того, жесткость соединительных элементов в силовой плоскости значительно превышает жесткость из плоскости.A disadvantage of the known solution is the material consumption of double sets of bolt fasteners and connecting elements, including double-sided linings. In addition, the rigidity of the connecting elements in the force plane significantly exceeds the rigidity of the plane.

Наиболее близкое техническое решение (принятое за прототип) представляет собой монтажное (стыковое) соединение стержневых элементов из труб через врезной крест с помощью уголковых накладок на высокопрочных болтах [Металлические конструкции. В 3 т. Т. 3. Специальные конструкции и сооружения: Учебник для вузов / Под ред. В.В. Горева. - М.: Высшая школа, 2002. - С. 98, рис. 6.9, в].The closest technical solution (adopted as a prototype) is an assembly (butt) connection of rod elements from pipes through a mortise cross using angle plates on high-strength bolts [Metal structures. In 3 t. T. 3. Special constructions and structures: Textbook for universities / Ed. V.V. Grief. - M.: Higher School, 2002. - S. 98, Fig. 6.9, c].

Использование для прототипа двойных комплектов болтовых креплений и соединительных элементов с размещением в них соответствующего количества отверстий сопровождается ростом материалоемкости стыкового соединения и дополнительных трудозатрат.The use of double sets of bolt fasteners and connecting elements for the prototype with the placement of the corresponding number of holes in them is accompanied by an increase in the material consumption of the butt joint and additional labor costs.

Техническим результатом предлагаемого решения является сокращение расхода конструкционного материала и дополнительных трудозатрат.The technical result of the proposed solution is to reduce the consumption of structural material and additional labor.

Указанный технический результат достигается тем, что в стыковом соединении трубчатых стержней, включающем жестко прикрепленные к стержням торцевые заглушки и врезные кресты, соединенные между собой болтами внахлестку, каждый из сболченных лучей врезных крестов симметрично отогнут в противоположные стороны на толщину лучей.The specified technical result is achieved by the fact that in the butt connection of the tubular rods, including end caps and mortise crosses rigidly attached to the rods, lapped together by bolts, each of the cobbled rays of the mortise crosses is symmetrically bent in opposite directions by the thickness of the rays.

Предлагаемое стыковое соединение трубчатых стержней имеет достаточно универсальное техническое решение для применения в монтажных стыках стержневых конструкций из трубчатых элементов различных сечений (квадратных, прямоугольных, ромбических, треугольных, пятиугольных, круглых, овальных, плоскоовальных, чечевидных). С не меньшей эффективностью его можно использовать в конструкциях из открытых (незамкнутых) профилей, например парных уголков или парных швеллеров, где кресты, перестав быть врезными, дополнительно выполняют функции соединительных прокладок между парными элементами.The proposed butt connection of tubular rods has a fairly universal technical solution for use in mounting joints of rod structures made of tubular elements of various sections (square, rectangular, rhombic, triangular, pentagonal, round, oval, plane oval, obvious). With no less efficiency, it can be used in structures of open (open) profiles, for example, paired corners or paired channels, where the crosses, ceasing to be mortise, additionally perform the functions of connecting gaskets between paired elements.

В стыковом соединении трубчатых стержней по предлагаемому решению нет эксцентриситетов, свойственных известным соединениям внахлестку и создающих в них дополнительные моменты. Действие таких моментов характерно проявляется в нахлесточных соединениях гибких (тонких) элементов листовых конструкций с лобовыми швами. Здесь для снижения концентрации напряжений минимальную нахлестку рекомендуется принимать длиной не менее пяти толщин свариваемых элементов [Муханов К.К. Металлические конструкции: Учебник для вузов. - М.: Стройиздат, 1978. - С. 135-136, рис. IV. 18]. В предлагаемом стыковом соединении длина нахлесток определяется минимально необходимым количеством и диаметром болтов, а их симметричное расположение сохраняет центрирование стыкового соединения без двухсторонних накладок и без двойных комплектов болтовых креплений, что расширяет возможности для реализации нового технического решения.In the butt joint of the tubular rods according to the proposed solution, there are no eccentricities inherent in the known lap joints and creating additional moments in them. The action of such moments is typically manifested in lap joints of flexible (thin) elements of sheet structures with frontal seams. Here, to reduce stress concentration, the minimum overlap is recommended to be taken with a length of at least five thicknesses of the welded elements [K. Mukhanov Metal structures: Textbook for high schools. - M.: Stroyizdat, 1978. - S. 135-136, Fig. IV. eighteen]. In the proposed butt joint, the length of the lap is determined by the minimum required number and diameter of bolts, and their symmetrical arrangement preserves the centering of the butt joint without double-sided linings and without double sets of bolt fasteners, which expands the possibilities for implementing a new technical solution.

Предлагаемое техническое решение поясняется графическими материалами, где на фиг. 1 представлен вид сверху или вид сбоку стыкового соединения трубчатых стержней после стыкования; на фиг. 2 - вид сверху или вид сбоку стыкового соединения трубчатых стержней до стыкования; на фиг. 3 приведена аксонометрия сборки стыкового соединения трубчатых стержней (элементы торцевых заглушек условно не показаны).The proposed technical solution is illustrated by graphic materials, where in FIG. 1 is a top view or side view of a butt joint of tubular rods after docking; in FIG. 2 is a top view or side view of a butt joint of tubular rods before docking; in FIG. Figure 3 shows a perspective view of the assembly of the butt joint of tubular rods (elements of the end caps are not conventionally shown).

Предлагаемое стыковое соединение трубчатых стержней включает жестко прикрепленные к стержням 1 врезные кресты 2, соединенные между собой болтами внахлестку, а также торцевые заглушки 3. Каждый из врезных крестов 2 имеет по четыре луча, которые симметрично отогнуты в противоположные стороны на толщину лучей. Эти лучи изготовлены из одинаковых листовых заготовок, участки которых с отверстиями под болты отогнуты на толщину лучей. Четыре гнутые заготовки в процессе сборочно-сварочных операций с использованием четырех уголковых коротышей компонуют в цельную крестообразную фасонку так, чтобы все четыре участка с отверстиями под болты были отогнуты в одном и том же направлении (по ходу часовой стрелки или против хода часовой стрелки). Такие фасонки после размещения в прорезях трубчатых стержней, по аналогии с прототипом, можно принимать в качестве врезных крестов. Однако предлагаемое решение стыкового соединения трубчатых стержней отличается от прототипа отсутствием двухсторонних накладок из равнополочных уголков, что сокращает расход конструкционного материала и дополнительные трудозатраты.The proposed butt connection of tubular rods includes mortise crosses 2 rigidly attached to the rods 1, lap bolts interconnected, and end caps 3. Each of the mortise crosses 2 has four beams that are symmetrically bent in opposite directions by the thickness of the rays. These beams are made of identical sheet blanks, sections of which with bolt holes are bent to the thickness of the beams. Four bent workpieces during assembly and welding operations using four corner shorts are assembled into a single crosswise shaped so that all four sections with bolt holes are bent in the same direction (clockwise or counterclockwise). Such gussets after placement in the slots of the tubular rods, by analogy with the prototype, can be taken as mortise crosses. However, the proposed solution for the butt connection of tubular rods differs from the prototype in the absence of double-sided plates from equal-angled corners, which reduces the consumption of structural material and additional labor costs.

Количественно оценить сокращение конструкционного материала можно на примере прототипа в виде стыкового соединения стержней из труб диаметром 426 мм и толщиной 10 мм с несущей способностью на растяжение не менее 3000 кН. Для такого усилия при наличии двух плоскостей трения на одной условной полунакладке необходимо разместить 8 высокопрочных болтов М36 из стали марки 40Х «селект» по примеру 4.8 [Металлические конструкции. В 3 т. Т. 1. Элементы конструкций: Учебник для вузов / Под ред. В.В. Горева. - М.: Высшая школа, 2004. - С. 189-190]. В данном случае для стыкования врезных крестов при помощи четырех уголковых накладок необходимо 8×2=16 болтовых креплений. По предлагаемому (новому) решению для нахлесточного стыкования при наличии одной плоскости трения также необходимо разместить 16 высокопрочных болтов М36 из стали марки 40Х «селект». Основным результатом сравнения, представленным в табличной форме, стало сокращение расхода конструкционного материала на 2,8%.To quantify the reduction of structural material, you can use the example of a prototype in the form of a butt connection of rods from pipes with a diameter of 426 mm and a thickness of 10 mm with a tensile bearing capacity of at least 3000 kN. For such an effort, in the presence of two friction planes, it is necessary to place 8 high-strength M36 bolts made of steel grade 40X "select" on the same conditional half-laying according to example 4.8 [Metal structures. In 3 t. T. 1. Elements of constructions: Textbook for high schools / Ed. V.V. Grief. - M.: Higher School, 2004. - S. 189-190]. In this case, for joining mortise crosses using four corner pads, 8 × 2 = 16 bolt fasteners are required. According to the proposed (new) solution for lap jointing in the presence of one plane of friction, it is also necessary to place 16 high-strength M36 bolts made of steel grade 40X "select". The main result of the comparison, presented in tabular form, was a decrease in the consumption of structural material by 2.8%.

В приведенном сравнении положительный эффект от использования предлагаемого соединения складывается не только из экономии материала монтажного стыка. Новое решение при прочих равных условиях позволяет отказаться от накладок из равнополочных уголков со снятыми фасками, что уменьшает дополнительные трудозатраты.In the comparison, the positive effect of using the proposed connection is not only the savings in material of the mounting joint. The new solution, ceteris paribus, eliminates the need for overlays from equal-angled corners with chamfered, which reduces additional labor costs.

Таким образом, представляется, что стыковое соединение трубчатых стержней по предлагаемому решению достаточно перспективно для применения в несущих конструкциях зданий и сооружений с повышением их технико-экономических характеристик.Thus, it seems that the butt joint of the tubular rods according to the proposed solution is quite promising for use in the supporting structures of buildings and structures with an increase in their technical and economic characteristics.

Claims

The butt connection of tubular rods, including end caps rigidly attached to the rods and mortise crosses, interconnected by lap bolts, characterized in that each of the cobbled rays of the mortise crosses is symmetrically bent in opposite directions by the thickness of the rays.