Металлоконструкции представляют собой сложные изделия (сооружения), состоящие из отдельных металлических элементов и деталей. Для надежного соединения данных элементов между собой используются разные способы: сварка и крепеж. В свою очередь в качестве крепежных деталей допускается использовать болты и заклепки. Рассмотрим подробнее каждый способ соединения элементов металлоконструкции, требования, предъявляемые к таким соединениям.
Способы соединений металлоконструкций
Различают следующие способы:
- Сварные – неразборное соединение методом контактной сварки с образованием сварного шва.
- Болтовые – разъемное соединение металлических конструкций на специальных болтах и гайках.
- Заклепочные – неразъемное соединение на заклепках (скобах).
Соединение строительных стальных конструкций регламентируется отдельными требованиями ГОСТ 23118.
Сварное соединение металлоконструкций
Сварка – способ неразборного соединения металлических элементов за счет расплавления кромок этих элементов вместе с присадочным материалом, образованием сварочной ванны с последующим ее затвердеванием и кристаллизацией. Технологически сварка – хорошо изученный процесс, поэтому при расчетах, проектировании металлических конструкций со сварными соединениями с учетом дефектов, в которых концентрируются остаточные напряжения, сложностей не возникает.
Особенностями сварки можно назвать следующее:
- В месте сварки, где происходит термическое воздействие, свойства металлов и сплавов меняются, возникают остаточные напряжения и деформации.
- При сварке не меняется сечение, площадь металлических деталей, заготовок, конструкций, отсутствуют щели и зазоры, где возможно возникновение коррозии.
- Трудозатраты и затраты материалов при соединении металлоконструкций снижаются.
После сварочных работ обязательно проводится «доработка» швов – должно обеспечиваться соответствие требованиям ГОСТ 11533, 5264, 8713, 11534 и ряду других стандартов. Испытания прочности и других механических свойств выполняют по ГОСТ 6996.
Качество сварных соединений проверяется заводом-изготовителем различными методами – визуально-инструментальный контроль, ультразвуковой контроль. Все проверки проводятся до покраски или антикоррозийной обработки.
Для строительных металлоконструкций (элементов зданий и сооружений, мостов и др.) применяют электродуговую и электрошлаковую сварку. Возможна ручная, полуавтоматическая и автоматическая электрическая дуговая сварка. Чаще всего используют сварку плавящимся электродом. Углеродистые, низколегированные стальные сплавы сваривают с флюсами с высоким содержанием кремния, марганца для изоляции зоны сварки от кислорода и азота из воздуха.
Сварные соединения могут быть стыковыми, тавровыми, внахлест. Если к деталям, элементам конструкции не предъявляются особые требованиям по выносливости, то допускаются нахлесточные швы.
Форма кромок свариваемых изделий может быть как со скосом, так и без него. Форма скоса, его угол, притупление и зазор определяются исходя из толщины металлопроката.
Большое значение для прочности, надежности и несущей способности металлоконструкций со сварным соединением имеют остаточные напряжения. Они неизменно появляются при сварке за счет воздействия разных сил на металл шва и зоны возле него.
Болтовое соединение
Болтовые соединения металлоконструкций отличаются простотой, надежностью и удобством. Только с помощью болтов обычно осуществляется монтаж быстровозводимых зданий и сооружений – складов, ангаров и пр. с каркасом из стальных конструкций. Для ненагруженных конструкций используются обычные болты. Чаще же требуется применение высокопрочных или т.н. фрикционных болтов. Особенность такого соединения заключается в том, что усилия с одного элемента на другой при воздействии силы передаются за счет трения, возникающего при натяжении болтов.
К преимуществам болтового соединения металлоконструкций можно отнести следующее:
- Возведение, устройство сборно-разборных конструкций – в строительстве можно при необходимости легко выполнить демонтаж с последующей сборкой этих же металлоконструкций на новом участке.
- Повышение несущей способности крепления по сравнению с заклепками, и, как следствие, уменьшение количества крепежа, используемого в соединениях.
- Безопасность и снижение вредных выбросов – не загрязняется воздух, отсутствует шум и вибрации при соединении узлов, уменьшается трудоемкость и количество операций.
Контактные поверхности металлических конструкций перед болтовым соединением зачищаются от ржавчины, различных дефектов. Нередко на поверхность наносится слой карбида кремния с эпоксидным клеем для получения хорошего коэффициента трения при затяжке.
Заклепочное соединение металлических конструкций
Заклепки для нагруженных ответственных конструкций используют реже, чем болты. Но в некоторых случаях предпочтительнее именно такой способ соединения:
- Крепление узлов, деталей и элементов металлических конструкций, эксплуатирующихся в особо тяжелых условиях, испытывающих ударные, вибрационные нагрузки.
- Низкая выносливость соединяемых элементов металлоконструкции, отсутствие возможности сварки.
- Снижение стоимости готовой металлоконструкции (заклепки дешевле высокопрочных болтов, поэтому часто заменяются ими, если это допускается по проекту).
Выбор способа соединения элементов металлических конструкций зависит от множества факторов и учитывается при проектировании. В некоторых случаях детали и элементы соединяются на заводе металлоконструкций перед их отправкой, в других – соединение осуществляется непосредственно на месте. Впоследствии при обследовании зданий и сооружений проводится оценка состояния и соединений.
