ЭЛЕМЕНТ ДЛЯ РЕМОНТА БАЛКИ МЕТАЛЛОКОНСТРУКЦИЙ Российский патент 1994 года по МПК B23P6/04 

Изобретение относится к ремонту и восстановлению металлоконструкции типа балок - таврового, двутаврового и коробчатого сечения, содержащих трещиноподобные дефекты.

Известен способ ремонта, заключающийся в наложении на дефектный участок с трещиной в вертикальных стенках, поясах и соединениях балок дополнительной пластины (накладки) и последующей ее обварки по контуру. Рекомендуется, чтобы накладка перекрывала зону повреждения на 100. . . 150 мм с каждой стороны [1] .

Однако форма и размеры применяемых накладок не оговариваются, что приводит в процессе ремонта к появлению значительных по величине остаточных сварочных напряжений, к появлению дополнительных концентраторов напряжений и деформаций и отрицательно сказывается на работоспособности и долговечности отремонтированных конструкций.

Изобретение обеспечивает получение технического результата, состоящего в повышении усталостной прочности балки путем создания в зоне ремонта дефектного участка остаточных сварочных напряжений сжатия при приварке усиливающей пластины (накладки). Технический результат достигается за счет того, что усиливающая накладка выполнена в виде секториальной пластины эллипсовидной формы с углом сектора равным 180^о ≅α≅ 270^о и с большей полуосью, определяемой по формуле:
350 - 500 ≅ R_Б ≅ (2/3 - 3/4) Н_ст и малой полуосью, определяемой по формуле:
250 - 300 ≅ R_м = (l_тр + 20) +
+ (120 - 150) ≅H_ст/2, где H_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 соотношения: 85 ≅ r_Б ≅ 100 мм и 50≅r_м ≅75 мм, где r_Б - большая полуось, мм; r_М - малая полуось, мм.

Секториальная пластина может быть выполнена с вырезом в виде кругового сектора с радиусом равным 50 - 75 мм и центром, совпадающим с вершиной угла секториальной пластины.

На фиг. 1 изображен элемент для ремонта балок металлоконструкции, устанавливаемый на балке переменного по длине сечения; на фиг. 2 - то же, для балки с постоянным сечением; на фиг. 3 - поперечный разрез балки коробчатого типа с удаленным по длине балки поясным швом в месте дефекта и приваренной усиливающей накладкой.

Предлагаемый элемент предназначен для ремонта балок коробчатого типа, таврового и двутаврового сечений. Он представляет собой накладку 1 в виде секториальной пластины эллипсовидной формы. Угол сектора определяется из соотношения: 180^о≅α≅ 270^о, причем (360^о - α ) - угол перегиба пояса балки с переменным по ее длине сечением (фиг. 1). Для балок постоянного сечения, в т. ч. в местах появления трещиноподобных дефектов, угол α = 180^о (фиг. 2).

Большая полуось R_Б пластины 1 определяется по формуле:
(350 - 500) ≅ R_Б ≅ (2/3 - 3/4) H_ст, где H_ст - высота стенки балки, мм;
350 - 500 - минимальный размер большой полуоси пластины, определенный опытным путем с обеспечением минимума концентраций напряжений и деформаций при приварке пластины.

Малая полуось R_м определяется по формуле:
(250 - 300) ≅ R_м = (l_тр + 20) +
+ (120 - 150) ≅ H_ст/2, где (l_тр + 20) - минимальная длина выявленной трещины с учетом ее последующей подготовки к заварке (засверление конца трещины, разделки под сварку берегов трещины) мм;
(120 - 150) - оптимальная величина перекрытия пластиной выявленной трещины;
(250 - 300) - минимальный размер малой полуоси пластины, определенный опытным путем с обеспечением минимума концентраций напряжений и деформаций при приварке пластины.

В случае наличия сварных швов в стенке 2 или нижнем поясе 3 балки в месте перегиба пластина 1 выполняется с вырезом, форма которого определяется характером распространения трещин. В случае распространения трещин вдоль прямолинейных поясных швов вырез имеет форму эллипса (фиг. 2), большая и малая полуоси которого определяются из соотношения: 85 мм ≅ r_Б ≅100 мм, 50 мм ≅ r_н≅ 75 мм. Если ремонтируемый элемент балки имеет протяженные трещины, распространяемые преимущественно по высоте стенки балки и менее протяженные в области поясных швов, вырез имеет форму кругового сектора с радиусом 50 - 75 мм. Толщина накладки δ_н примерно равна толщине стенки δ_ст (фиг. 3).

После определения размеров пластины 1 производится ее разметка и вырезка в соответствии с принятой технологией. Если выявленные трещины распространяются в поясных швах балки или вблизи них, то предварительно поясные швы в месте дефекта балки могут быть удалены на длине равной 2 (R_Б + 25) мм. В случае оставления поясных швов на накладке 1 по размеру 2 R_Б выполняется фаска под углом 45^о, величина которой равна (K+1) мм, где K - катет поясного шва балки, мм.

После заварки дефектных мест (трещин) балки производят подгонку усиливающих пластин с обеспечением совмещения вершины угла сектора пластины 1 с началом трещины и его биссектрисы с малой полуосью R_М пластины и ее прихватку к стенке и нижнему поясу балки, после чего усиливающую пластину приваривают к выше указанным местам любым способом дуговой сварки, обеспечивающим необходимое ее качество. Сварку производят обратноступенчатым способом.

Последовательность наложения швов обеспечивает получение необходимого распределения сварочных остаточных напряжений. Номер швов соответствует порядку их выполнения (фиг. 1-2), т. е. в первую очередь выполняют швы по внешней дуге составляющей примерно 2/3 внешнего эллипсовидного сектора, т. е. по дуге с углом сектора (0,65. . . 0,70), затем остальные криволинейные швы в указанной очередности (стрелкой на фиг. 1-2 показано направление сварки).

В последнюю очередь сваривают диаметральные поясные прямолинейные швы (N 4 и N 5) в направлении от внешней дуги к центру усиливающей пластины или к внутренней дуге, причем с целью недопущения получения жесткого замкнутого контура и уменьшения концентрации напряжений и деформаций в вершине угла перегиба пояса балки сварки по внутреннему контуру выреза не производят.

Вышеописанная форма усиливающей накладки и порядок выполнения швов позволяет создать, преимущественно, остаточные напряжения сжатия, которые, суммируясь с рабочими, обеспечивают уровень номинальных напряжений, не превышающих предела текучести с обеспечением минимума концентрации напряжений и деформаций, что позволяет повысить усталостную прочность балок с трещиноподобными дефектами при их ремонте. (56) Концевой Е. М. и др. Ремонт крановых металлоконструкций. М. : Машиностроение. 1979, с. 81.

Использование: при ремонте и восстановлении металлоконструкций типа балок - таврового, двутаврового и коробчатого сечения, содержащих трещиноподобные дефекты. Сущность изобретения: усиливающая накладка, размещаемая на трещине, выполнена в виде секториальной пластины эллипсовидной формы с углом сектора, равным 180^°≅ α ≅ 270^°. Большая полуось пластины определяется по формуле 350-500 ≅R_Б≅(2/3-3/4)H_ст, а ее малая полуось определяется по формуле: 250-300≅R_м=(l_тр+20)+(120-150)·H_ст/2, где H_ст - высота стенки балки, м; l_тр - максимальная длина трещины, мм. Пластина размещается 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 малая и большая полуоси определяются из соотношения: 50≅r_м≅ 75 мм и 85 ≅r_Б ≅ 100 мм, где r_Б - большая полуось; r_м - малая полуось, мм. Секториальная пластина может быть выполнена с вырезом в виде кругового сектора с радиусом, равным 50 - 75 мм, и центром, совпадающим с вершиной угла секториальной пластины. 2 з. п. ф-лы, 3 ил.

1. ЭЛЕМЕНТ ДЛЯ РЕМОНТА БАЛКИ МЕТАЛЛОКОНСТРУКЦИИ в виде усиливающей накладки, pазмещаемой на стенке балки и пеpекpывающей тpещиноподобные дефекты на ней, отличающийся тем, что усиливающая накладка выполнена в виде сектоpиальной пластины эллипсовидной фоpмы с углом сектоpа, pавным 180^о≅α≅270^о , и с большей полуосью, опpеделяемой по фоpмуле
350 - 500 ≅ R_б ≅ (2/3 - 3/4)H_ст,
и малой полуосью, опpеделяемой по фоpмуле
250 - 300 ≅ R_m = (l_тр + 20) + (120 - 150) · H_ст / 2,
где H_ст - высота стенки балки, мм;
l_тр - максимальная длина трещины, мм,
пpи этом пластина pазмещена на стенке , балки с совмещением веpшины угла сектоpа с началом тpещины и его биссектpисы с малой полуосью пластины. 2. Элемент по п. 1, отличающийся тем, что сектоpиальная пластина выполнена с выpезом эллипсовидной фоpмы, центp котоpого совпадает с веpшиной угла сектоpиальной пластины, пpи этом большая и малая полуоси опpеделяются из соотношений
85 ≅r_б≅ 100мм ,
50 ≅τ_м≅75 мм,
где r_б - большая полуось, мм;
τ_м - малая полуось, мм. 3. Элемент по п. 1, отличающийся тем, что сектоpиальная пластина выполнена с выpезом в виде кpугового сектоpа с pадиусом 50 - 75 мм и центpом, совпадающим с веpшиной угла сектоpиальной пластины.