Классификация сварных конструкций.

Исключительное разнообразие сварных конструкций затрудняет их единую классификацию. Их можно классифицировать по методу получения заготовок (листовые, лито-сварные, ковано-сварные, штампосварные конструкции), по целевому назначению (вагонные, судовые, авиационные и т.д.), в зависимости от толщины свариваемых элементов (тонкостенные и толстостенные) или по применяемым материалам (стальные, алюминиевые, титановые и т.д.). При рассмотрении вопросов проектирования и изготовления сварных конструкций более целесообразной является классификация в зависимости от характерных особенностей их работы. В этом случае можно выделить следующие типы сварных элементов и конструкций и дать им соответствующие определения.

Балки — конструктивные элементы, работающие в основном на поперечный изгиб. Жестко соединенные между собой балки образуют рамные конструкции.

Колоннами называют элементы, работающие преимущественно на сжатие или на сжатие с продольным изгибом.

Решетчатые конструкции представляют собой систему стержней, соединенных в узлах таким образом, что стержни испытывают главным образом растяжение или сжатие. К ним относятся фермы, мачты, арматурные сетки и каркасы.

Оболочковые конструкции, как правило, испытывают избыточное давление — к ним предъявляют требование герметичности соединений. К этому типу относят различные емкости, сосуды и трубопроводы.

Корпусные транспортные конструкции подвергаются динамическим нагрузкам. К ним предъявляют требования высокой жесткости при минимальной массе. Основные конструкции данного типа — корпуса судов, вагонов, кузова автомобилей.

Детали машин и приборов работают преимущественно при переменных, многократно повторяющихся нагрузках. Характерным для них является требование точных размеров, обеспечиваемое главным образом механической обработкой заготовок или готовых деталей. Примерами таких изделий являются станины, валы, колеса.

В соответствии с такой классификацией рассмотрим конструктивные особенности каждого типа более подробно.

Балки и колонны

Типы поперечных сечений и размеры сварных балок весьма разнообразны. Если нагрузка приложена в вертикальной плоскости, чаще всего используют балки двутаврового сечения. При приложении нагрузки в вертикальной и горизонтальной плоскостях, а также при действии крутящего момента более целесообразно использование балок коробчатого сечения.

Обычно сварной двутавр состоит из трех основных листовых элементов: стенки и двух полок (поясов), но может иметь вертикальные и горизонтальные ребра жесткости (рисунок 6). При больших размерах двутавровой балки ее стенка (рисунок 7, а) и пояса (рисунок 7, б) могут быть составными, Такие балки нашли применение при сооружении пролетных строений автодорожных мостов. Устойчивость вертикальной стенки обеспечивается вертикальными и горизонтальными ребрами жесткости, сечение изменяется за счет изменения ширины и толщины поясов.

а – пересечение вертикальных и горизонтальных ребер жесткости; б – крепление вертикальных ребер жесткости к верхнему поясу; в – крепление вертикальных ребер жесткости к нижнему поясу

Рисунок 6 – Конструктивное оформление ребер жесткости двутавровых балок

а – с составной стенкой; б – с полкой переменного сечения

Рисунок 7 – Конструктивное оформление двутавровых балок больших размеров

Пуск в 1978 г. первого в стране цеха прокатных широкополочных двутавров расширяет возможности рационального проектирования сварных балочных и решетчатых конструкций. Типовые конструкции подкрановых балок с тонкой стенкой и поясами из тавров, полученных роспуском широкополочных двутавров, показаны на рисунок 8. Сварные балки пролетом 6 м и высотой 800–1300 мм предполагается изготовлять с уширенными верхни­ми поясами под краны грузоподъемностью 10–20 т без ребер жесткости и под краны 30–50 т с ребрами жесткости. Балки пролетом 12 м и высотой 1100–1600 мм предусматриваются с поясами одинаковой ширины и с ребрами жесткости.

Рисунок 8 – Составные подкрановые балки с использованием широкополочных двутавров

Балки коробчатого сечения широко используют в конструкциях мостовых кранов. Обычно вдоль балки располагают поперечные диафрагмы, которые приваривают к сжатому верхнему поясу и к боковым стенкам. Сварные элементы коробчатого сечения используют также в качестве стержней ферм крупных мостовых пролетных строений. В конструкциях ферм авто- и железнодорожных мостов применяют унифицированные сварные коробчатые элементы шириной 526 и высотой 450, 600 и 800 мм, длиной до 17 м. В отличие от балок эти элементы диафрагм не имеют.

Колонны могут быть сплошные (рисунок 9, а, б)и сквозные (рисунок 9, в). Колонны цехов воспринимают нагрузку от кровли и от кранового моста в местах расположения опор подкрановых балок. Резкое увеличение нормальной силы и изгибающего момента в этом сечении нередко приводит к необходимости использования ступенчатых колонн (рисунок 9, б, в). Нижняя часть колонн имеет опорную плиту, передающую нагрузку на бетонный фундамент.

а, б – сплошные; в – сквозная

Рисунок 9 – Примеры колонн постоянного (а) и переменного (б, в) сечений