RU147876U1

RU147876U1 - METAL STRUCTURE BEAM REPAIR Lining

Info

Publication number: RU147876U1
Application number: RU2014130496/02U
Authority: RU
Inventors: Алексей Михайлович Авдонин; Олег Геннадьевич Камышев; Игорь Владимирович Артемасов; Дмитрий Николаевич Артеменко; Екатерина Васильевна Пояркова
Original assignee: Открытое акционерное общество "Уральская Сталь" (ОАО "Уральская сталь")
Priority date: 2014-07-22
Filing date: 2014-07-22
Publication date: 2014-11-20

Abstract

Накладка для ремонта балки коробчатого прямоугольного сечения, состоящая из нижнего гнутого листа трапецеидальной формы, соответствующему широкой стороной трапеции профилю нижнего пояса балки, отличающаяся тем, что по вертикальному профилю нижнего гнутого листа приварены две вертикальные косынки на расстоянии между ними, равном ширине нижнего пояса балки, а края нижнего гнутого листа отогнуты в виде горизонтальных крепежных площадок с отверстиями под электрозаклепки.An overlay for repairing a box-shaped rectangular beam, consisting of a lower bent sheet of trapezoidal shape, corresponding to the profile of the lower belt of the beam corresponding to the wide side of the trapezoid, characterized in that two vertical kerchiefs are welded along the vertical profile of the lower bent sheet at a distance between them equal to the width of the lower belt of the beam, and the edges of the lower bent sheet are bent in the form of horizontal mounting pads with holes for electrical rivets.

Description

Полезная модель относится к области ремонта и восстановления работоспособности металлоконструкций, конкретнее, подкрановых балок различного, преимущественно, коробчатого сечения, для усиления участка балки ослабленного дефектами (сварочными швами, трещинами, вмятинами и.т.д.).The utility model relates to the field of repair and rehabilitation of metal structures, more specifically, crane beams of various, mainly box sections, to strengthen the beam section weakened by defects (welding seams, cracks, dents, etc.).

Из области техники известны различные элементы для усиления поврежденных участков подкрановых балок, испытывающих большие нагрузки, а также способы их крепления.Various elements are known in the art for reinforcing damaged sections of crane beams experiencing heavy loads, as well as methods for securing them.

Известен элемент для ремонта балки металлоконструкции в виде усиливающей накладки, размещаемой на стенке балки и перекрывающей трещиноподобные дефекты на ней, при этом усиливающая накладка выполнена в виде секториальной пластины эллипсовидной формы с углом сектора, равным 180°^≅α≅270° и с большей полуосью, определяемой по формуле 350-500^≅R_б ^≅(2/3-3/4)H_ст, и малой полуосью, определяемой по формуле 250-300^≅R_m=(l_тр+20)+(120-150)^•Н_ст/2, где Н_ст - высота стенки балки, мм; l_тр - максимальная длина трещины, мм, при этом пластина размещена на стенке, балки с совмещением вершины угла сектора с началом трещины и его биссектрисы с малой полуосью пластины. Секториальная пластина может быть выполнена с вырезом эллипсовидной формы, центр которого совпадает с вершиной угла секториальной пластины, при этом большая и малая полуоси определяются из соотношений 85^≅r_б ^≅100 мм, 50^≅τ_м ^≅75 мм, где r_б - большая полуось, мм; τ_м - малая полуось, мм.A known element for repairing a metal structure beam in the form of a reinforcing lining placed on the wall of the beam and overlapping crack-like defects on it, while the reinforcing lining is made in the form of a sectorial plate of ellipsoidal shape with a sector angle of 180 ° ^≅α≅ 270 ° and with a larger semi-axis, determined by the formula 350-500 ^≅ R _b ^≅ (2 / 3-3 / 4) H _article , and the minor axis, defined by the formula 250-300 ^≅ R _m = (l _tr +20) + (120-150) ^• N _st / 2, where N _st - the height of the wall of the beam, mm; l _Tr - the maximum length of the crack, mm, while the plate is placed on the wall, beams with the alignment of the vertex of the sector angle with the beginning of the crack and its bisector with the minor axis of the plate. A sectorial plate can be made with an ellipsoidal notch, the center of which coincides with the apex of the angle of the sectorial plate, while the major and minor axes are determined from the ratios 85 ^≅ r _b ^≅ 100 mm, 50 ^≅ τ _m ^≅ 75 mm, where r _b is the major axis mm; τ _m - semi-minor axis, mm.

Также секториальная пластина может быть выполнена с вырезом в виде кругового сектора с радиусом 50-75 мм и центром, совпадающим с вершиной угла секториальной пластины. (Патент РФ №2009825 на изобретение «Элемент для ремонта балки металлоконструкций», МПК⁵ В23Р 6/04, опубл. 30.03.1994, БИ №9)Also, a sectorial plate can be made with a cut in the form of a circular sector with a radius of 50-75 mm and a center coinciding with the apex of the angle of the sectorial plate. (RF patent №2009825 for the invention "Element for repair of a metalwork beam", IPC ⁵ В23Р 6/04, publ. 30.03.1994, BI No. 9)

Вышеуказанная накладка в виде секториальной пластины универсальна и может применяться при ремонте стенок балок различного сечения, однако увеличение момента инерции поперечного сечения балки за счет малой толщины пластины невелико, что не обеспечивает достаточного усиления, например, нижнего пояса балки.The above patch in the form of a sectorial plate is universal and can be used for repairing the walls of beams of various sections, however, the increase in the moment of inertia of the cross section of the beam due to the small thickness of the plate is small, which does not provide sufficient amplification, for example, of the lower belt of the beam.

К тому же использование элемента не исключает применения трудоемкого потолочного сварного шва, а любой сварной шов, расположенный поперек продольной оси балки в любом случае создает дополнительные концентраторы напряжений.In addition, the use of the element does not exclude the use of a labor-intensive ceiling weld, and any weld located across the longitudinal axis of the beam in any case creates additional stress concentrators.

В известном способе устранения разрушения нижнего пояса главной балки описана установленная в качестве усиления накладка в виде листа толщиной 12 мм с ромбическими закругленными кромками. Ширина листа превышает ширину нижнего пояса на 20 мм с целью уменьшения потолочных швов. Ромбические швы приваривали к поясу балки (при этом указано, что опасного пережога в данном случае не производилось), а сварные швы не доводились до кромки листа усиления с тем, чтобы на кромках пояса не образовалось концентратора напряжений в виде окончания сварного шва. Для лучшей совместной работы нижнего пояса с усиливающим листом, выполняли дополнительное соединение их с помощью четырех электрозаклепок диаметром 40 мм. (Соколов Л.И. Ремонт металлоконструкций металлургических кранов. (М) Металлургия. 1982 г. 88 стр. стр. 17-18).In a known method for eliminating the destruction of the lower belt of the main beam, an overlay in the form of a sheet in the form of a sheet 12 mm thick with rhombic rounded edges is described. The width of the sheet exceeds the width of the lower belt by 20 mm in order to reduce ceiling joints. Rhombic seams were welded to the beam girdle (it was noted that there was no dangerous burnout in this case), and the welds were not brought to the edge of the reinforcement sheet so that no stress concentrator formed in the form of the end of the weld at the edges of the girdle. For better joint work of the lower belt with a reinforcing sheet, they were additionally connected using four electro rivets with a diameter of 40 mm. (Sokolov L.I. Repair of metal structures of metallurgical cranes. (M) Metallurgy. 1982, 88 pp. 17-18).

Применение в качестве усиления данной накладки не исключает выполнение потолочных сварных швов, так или иначе пересекающих нижний пояс. Такие работы требуют индивидуального подхода к проведению специальных сварочных работ, как, например, сварка в среде углекислого или инертных газов, трудозатрат высококвалифицированных сварщиков и.т.п. При этом сечение балки существенно не меняется, следовательно, не изменяется момент сопротивления сечения.The use of this lining as reinforcement does not exclude the execution of ceiling welds that somehow cross the lower belt. Such works require an individual approach to special welding, such as welding in carbon dioxide or inert gases, labor of highly qualified welders, etc. In this case, the beam cross section does not change significantly, therefore, the moment of resistance of the cross section does not change.

Из уровня техники известно, что для клепаных подкрановых балок отсутствие остаточных сварочных напряжений, меньшая концентрация местных напряжений, податливость заклепочных соединений облегчают условия работы клепаных балок и делают их более долговечными (см., например, А.И. Кикин, А.А. Васильев и др. Повышение долговечности металлических конструкций промышленных зданий 2-е изд., перераб. и доп., (М) Стройиздат, 1984 г. 301 с., стр. 131). Данные преимущества, скорее всего, обусловили использование электрозаклепок для дополнительного соединения, но из каких соображений выбрано количество, расположение и диаметр электрозаклепок - не указано.It is known from the prior art that for riveted crane beams, the absence of residual welding stresses, a lower concentration of local stresses, and the flexibility of rivet joints facilitate the working conditions of riveted beams and make them more durable (see, for example, A.I. Kikin, A.A. Vasiliev et al. Improving the Durability of Metal Structures of Industrial Buildings 2nd ed., revised and enlarged, (M) Stroyizdat, 1984, 301 pp., p. 131). These advantages, most likely, caused the use of electric rivets for an additional connection, but from what considerations the number, location and diameter of the electro rivets are not specified.

Наиболее близкой к заявляемой, и выбранной в качестве прототипа является накладка коробчатого сечения, описанная в изобретении «Стык сварных балок коробчатого сечения», в котором стык выполнен с помощью сварной диафрагмы, при этом диафрагма установлена перпендикулярно балке и приварена к обеим ее частям по периметру сечения, а для компенсации растягивающих напряжений в нижнем поясе к обеим частям последнего приварена накладка коробчатого сечения. (Авт. свид-во СССР №135194 на изобретение «Стык сварных балок коробчатого сечения», МПК³ класс 37b, БИ №2, 1961 г.)Closest to the claimed one and chosen as a prototype is a box-shaped overlay described in the invention “Joint of welded box-shaped beams”, in which the joint is made using a welded diaphragm, the diaphragm being installed perpendicular to the beam and welded to both of its parts along the perimeter of the section , and to compensate for tensile stresses in the lower zone, a box section overlay is welded to both parts of the latter. (Aut. Certificate of the USSR No. 135194 for the invention “Joint of welded beams of box section”, IPC ³ class 37b, BI No. 2, 1961)

Накладка коробчатого сечения существенно увеличивает момент инерции сечения и направлена на компенсацию растягивающих напряжений в нижнем поясе балке, однако для крепления накладки к нижнему поясу балки предусматриваются угловые сварные соединения, ориентированные поперек продольной оси нижнего пояса балки, что приводит в процессе ремонта к появлению сварочных концентраторов напряжений и дефектов (конструктивных подрезов, непроваров), расположенных поперек линии действия растягивающих усилий в нижнем поясе балки. А это, впоследствии, отрицательно сказывается на работоспособности и долговечности отремонтированной конструкции. К тому же в конструкции накладки не оговариваются ее размеры, учитывающие необходимое увеличение усилия.The box-shaped overlay significantly increases the moment of inertia of the section and is aimed at compensating tensile stresses in the lower beam zone, however, for fixing the plate to the lower beam belt, angular welds are provided, oriented across the longitudinal axis of the lower beam belt, which leads to the appearance of welding stress concentrators during the repair process and defects (structural undercuts, lack of penetration) located across the line of action of tensile forces in the lower belt of the beam. And this, subsequently, adversely affects the performance and durability of the repaired structure. In addition, the design of the lining does not specify its dimensions, taking into account the necessary increase in effort.

Задачей заявляемой полезной модели является расширение арсенала технических средств для усиления ослабленных дефектами несущих металлоконструкций после ремонта путем создания универсальной, легко монтируемой накладки.The objective of the claimed utility model is to expand the arsenal of technical means to strengthen the weakened structural steelwork after defects by repair by creating a universal, easily mounted lining.

Поставленная задача решается с помощью накладки для ремонта балки металлоконструкций коробчатого прямоугольного сечения, состоящей из нижнего гнутого листа трапецеидальной формы, соответствующей широкой стороной трапеции профилю нижнего пояса балки, отличающаяся тем, что по вертикальному профилю нижнего гнутого листа приварены две вертикальные косынки на расстоянии между ними, равном ширине нижнего пояса балки, а края нижнего гнутого листа отогнуты в виде горизонтальных крепежных площадок с отверстиями под электрозаклепки.The problem is solved with the help of a lining for repair of a box-shaped rectangular metal beam, consisting of a lower bent sheet of trapezoidal shape, the corresponding wide side of the trapezoid profile of the lower belt of the beam, characterized in that two vertical scarves are welded along the vertical profile of the lower bent sheet at a distance between them, equal to the width of the lower belt of the beam, and the edges of the lower bent sheet are bent in the form of horizontal mounting pads with holes for electrical rivets.

Техническим результатом, получаемым при этом, является увеличение прочности и долговечности усиливаемой конструкции за счет исключения поперечных потолочных сварных швов и упрощение монтажа с использованием электрозаклепок.The technical result obtained in this case is an increase in the strength and durability of the reinforced structure due to the exclusion of transverse ceiling welds and simplification of installation using electric rivets.

Описание чертежей.Description of the drawings.

На фиг. 1 изображен внешний вид предлагаемой накладки в аксонометрии. На фиг. 2 и 3 - расположение ее на ремонтируемом участке балки (вид сбоку и разрез вида сбоку соответственно). На фиг. 4 - вид снизу накладки, установленной на ремонтируемом участке балки.In FIG. 1 shows the appearance of the proposed lining in a perspective view. In FIG. 2 and 3 — its location on the beam section being repaired (side view and side view section, respectively). In FIG. 4 is a bottom view of a lining installed on a repaired section of a beam.

Накладка состоит из нижнего гнутого листа 1, изогнутого в виде трапеции с отогнутыми краями, которые образуют находящиеся в одной плоскости две площадки 2 для крепления накладки к нижнему поясу ремонтируемой балки 3. В площадках в шахматном порядке расположены подготовленные отверстия 4 под электрозаклепки. К нижнему гнутому листу по контуру прилегания, на расстоянии, равном ширине нижнего пояса балки приварены две вертикальные косынки 5, трапецеидальная форма которых соответствует боковому профилю нижнего гнутого листа 1.The patch consists of a lower bent sheet 1, curved in the form of a trapezoid with bent edges, which form two platforms 2 located on the same plane for attaching the patch to the lower belt of the beam to be repaired 3. Prepared holes 4 for electric rivets are staggered in the platforms. Two vertical kerchiefs 5 are welded to the lower bent sheet along the contour, at a distance equal to the width of the lower belt of the beam, the trapezoidal shape of which corresponds to the side profile of the lower bent sheet 1.

Геометрические размеры конструкции накладки должны соответствовать следующим требованиям:The geometric dimensions of the lining structure must meet the following requirements:

- ширина b гнутого листа накладки 1 должна быть шире нижнего пояса ремонтируемой балки и рассчитываться по формуле 1:- the width b of the bent sheet of the lining 1 should be wider than the lower belt of the beam being repaired and calculated according to the formula 1:

где b_п - ширина нижнего пояса балки;where b _p - the width of the lower belt of the beam;

S - толщина нижнего пояса балки.S is the thickness of the lower belt of the beam.

Толщина гнутого листа 1 должна быть не меньше толщины S нижнего пояса балки.The thickness of the bent sheet 1 should not be less than the thickness S of the lower belt of the beam.

Толщина S₁ косынки 4 должна быть не меньше толщины листов вертикального пояса ремонтируемой балки.The thickness S _{1 of the} scarf 4 should be not less than the thickness of the sheets of the vertical belt of the beam being repaired.

Общая длина L накладки выбирается в зависимости от длины ремонтируемого участка балки и рассчитывается по формуле 2:The total length L of the lining is selected depending on the length of the repaired section of the beam and is calculated by the formula 2:

где l_Д - длина дефектного участка ремонтируемой балки;where l _D is the length of the defective area of the beam being repaired;

h - высота накладки;h is the lining height;

l₃ - длина участка под электрозаклепки;l ₃ is the length of the area under the electric rivets;

Высота накладки h определяется из расчета того, чтобы момент сопротивления сечения балки увеличился в 1,4…1,6 раза по сравнению с моментом сопротивления сечения балки до прикрепления накладки.The height of the lining h is determined on the basis of the fact that the moment of resistance of the beam section increases by 1.4 ... 1.6 times compared with the moment of resistance of the section of the beam before the lining is attached.

Такая величина высоты накладки определена известным конструктивным коэффициентом безопасности для сварных конструкций.This value of the height of the lining is determined by the known design safety factor for welded structures.

Диаметр отверстий под электрозаклепки выбирают в соответствии с известными нормативными документами, регулирующими размеры отверстий для точечных сварных соединений, например, действующий ГОСТ 14776-79.The diameter of the holes for electro-rivets is chosen in accordance with the well-known regulatory documents regulating the size of the holes for spot welded joints, for example, the current GOST 14776-79.

Длину 13 площадки 2 под электрозаклепки рассчитывают по формуле 4:The length 13 of the pad 2 under the electric rivets is calculated by the formula 4:

где P - растягивающая сила в нижнем поясе балки;where P is the tensile force in the lower belt of the beam;

τ_ср - допускаемое напряжение для сварного шва на срез;τ _cf - allowable stress for the weld to shear;

K - катет шва, который, как правило, принимается равным толщине нижнего пояса ремонтируемой балки S.K is the leg of the seam, which, as a rule, is taken equal to the thickness of the lower belt of the beam under repair S.

Расстояние b₁ между косынками 5 принимается равным расстоянию между листами вертикального пояса ремонтируемой балки. Указанные условия позволяют рассчитать необходимые размеры накладки в зависимости от размеров дефектного участка ремонтируемой балки, что расширяет диапазон применения накладки.The distance b ₁ between the scarves 5 is taken equal to the distance between the sheets of the vertical belt of the beam being repaired. These conditions allow you to calculate the required dimensions of the lining depending on the size of the defective area of the beam being repaired, which extends the range of application of the lining.

Монтаж накладки осуществляется следующим образом:Installation of the cover is as follows:

Выполняют два продольных сварных шва 6, соединяющих косынки 5 с нижним поясом ремонтируемой балки 3, таким образом, чтобы косынки являлись продолжением вертикального пояса ремонтируемой балки. После этого производят прижатие площадок 2 к нижнему поясу ремонтируемой балки 3, осуществляют установку электрозаклепок через подготовленные отверстия 4, затем выполняют продольные сварные швы 7, дополнительно соединяющие площадки с нижним поясом ремонтируемой балки.Two longitudinal welds 6 are made connecting the kerchiefs 5 with the lower belt of the beam to be repaired 3, so that the kerchiefs are a continuation of the vertical belt of the beam being repaired. After that, the sites 2 are pressed against the lower belt of the beam 3 being repaired, the electro-rivets are installed through the prepared holes 4, then longitudinal welds 7 are made, additionally connecting the platforms with the lower belt of the beam being repaired.

Форма усиливающей накладки и порядок выполнения операций крепления позволяют создать конструкцию, обеспечивающую:The shape of the reinforcing pads and the order of the mounting operations allow you to create a design that provides:

- снижение уровня номинальных напряжений в дефектной или отремонтированной зоне,- reduction of the level of rated voltages in the defective or repaired area,

- минимум концентрации сварочных напряжений, деформаций и дефектов в нижнем растянутом поясе пролетной балки,- a minimum concentration of welding stresses, deformations and defects in the lower stretched belt of the span beam,

- повышение эксплуатационной прочности балок при их ремонте за счет увеличения момента инерции.- increasing the operational strength of the beams during their repair by increasing the moment of inertia.

Изготовление и монтаж накладки просты и нетрудоемки и позволяют исключить специальные методы сварки и применение «потолочных» сварных швов.The manufacture and installation of the lining is simple and time-consuming and allows you to exclude special welding methods and the use of "ceiling" welds.

Накладки использованы при ремонте пролетных балок вспомогательного моста мостового крана печного пролета в электросталеплавильном цехе Орско-Халиловского металлургического комбината «Уральская сталь», а также траверсы перемещения загрузочного стола.The pads were used in the repair of the span beams of the auxiliary bridge of the overhead span bridge crane in the electric steel-smelting shop of the Orsk-Khalilovsky Metallurgical Combine “Ural Steel”, as well as the traverse of moving the loading table.

Claims

An overlay for repairing a box-shaped rectangular beam, consisting of a lower bent sheet of trapezoidal shape, corresponding to the profile of the lower belt of the beam corresponding to the wide side of the trapezoid, characterized in that two vertical kerchiefs are welded along the vertical profile of the lower bent sheet at a distance between them equal to the width of the lower belt of the beam, and the edges of the lower bent sheet are bent in the form of horizontal mounting pads with holes for electrical rivets.