RU2535568C1 - Flanged joint - Google Patents

Abstract

FIELD: construction.

SUBSTANCE: flanged joint comprises bearing elements, flanges, arranged in the end part of bearing elements, stiffening ribs attached by one side to the flange, and by the other side - to the bearing element, and high-strength bolts that connect flanges to each other. The joint comprises additional stiffening ribs installed along the perimeter of the flange in the area exposed to largest deformation, at the same time thickness and height of additional stiffening ribs is determined by calculation depending on the permissible opening of the joint.

EFFECT: reduced sagging of flanged plates in a unit of a flanged joint of elements of metal structures, simplified design of a unit of a flanged joint.

1 dwg

Description

Изобретение относится к области строительства, в частности к узлам соединения элементов металлических конструкций при помощи фланцев.The invention relates to the field of construction, in particular to nodes connecting elements of metal structures using flanges.

Фланцевые соединения являются одним из наиболее эффективных и широко распространенных типов узлов соединения элементов металлических конструкций. Эти узлы содержат несущие элементы конструкции в виде прокатного профиля или составного сечения произвольной формы и присоединенных к ним сваркой (или иным способом) плоских торцевых элементов. Элементы узлов соединяются между собой при помощи болтов, преимущественно высокопрочных. В случае применения высокопрочных болтов суммарное усилие их затяжки превышает усилие, прикладываемое к несущим элементам, что обеспечивает неразъемность соединения.Flange connections are one of the most effective and widespread types of nodes for connecting elements of metal structures. These nodes contain load-bearing structural elements in the form of a rolling profile or a composite section of arbitrary shape and flat end elements attached to them by welding (or in another way). The elements of the nodes are interconnected using bolts, mainly high strength. In the case of the use of high-strength bolts, the total force of their tightening exceeds the force applied to the bearing elements, which ensures the integral connection.

Известно несколько типов фланцевых соединений, например описанных в Справочнике проектировщика T.1, стр.186-188, Изд-во АСВ. М. 1998 г. Такие соединения содержат несущие элементы, к торцам которых тем или иным способом (в основном сваркой) прикреплены плоские фланцевые листы, подкрепленные ребрами жесткости. Соединение осуществляется при помощи болтов, устанавливаемых между ребрами. Недостатком таких соединений является необходимость применения для фланцев листов относительно большой толщины и выполненных из высокопрочной стали.Several types of flange connections are known, for example, those described in the T.1 Designer Handbook, pp. 186-188, DIA Publishing House. M. 1998. Such joints contain load-bearing elements, to the ends of which in one way or another (mainly by welding) flat flange sheets are attached, supported by stiffeners. The connection is made using bolts mounted between the ribs. The disadvantage of such joints is the need to use relatively large thickness sheets for flanges and made of high strength steel.

Наиболее близким как по назначению, так и по составу элементов является узел соединения элементов рамного каркаса здания, включающий несущие элементы двутаврового (или иного) поперечного сечения, фланцы, приваренные к торцам несущих элементов, ребра жесткости, предназначенные для передачи усилия, передаваемого на фланец, и уменьшения деформации фланцев, а также высокопрочные болты, соединяющие фланцы между собой. (Катюшин В.В. Здания с каркасами из стальных рам переменного сечения (расчет, проектирование, строительство). - М. ОАО «Издательство «Стройиздат», 2005, с.296, рис.2). Это техническое решение и принято в качестве прототипа.The closest both in purpose and in the composition of the elements is the assembly of the elements of the frame frame of the building, including load-bearing elements of an I-beam (or other) cross-section, flanges welded to the ends of the load-bearing elements, stiffeners designed to transmit the force transmitted to the flange, and reducing deformation of the flanges, as well as high-strength bolts connecting the flanges to each other. (VV Katyushin. Buildings with frames of steel frames of variable cross-section (calculation, design, construction). - M. OAO Stroyizdat Publishing House, 2005, p.296, Fig. 2). This is a technical solution and was adopted as a prototype.

Недостатком таких узлов является деформация фланцев между болтами в зоне передачи растягивающего усилия. Пластина фланца оказывается закрепленной в точке установки болтов, а усилие передается в зоне расположения несущих элементов и ближайших ребер жесткости. При этом в пластине фланца возникают изгибающие моменты, которые и приводят к деформациям. С целью уменьшения этих деформаций приходится увеличивать жесткость пластин фланцев, а это требует увеличения толщины пластины фланца. Кроме того, расчет такого соединения довольно сложен. В качестве примера можно привести расчет фланцевого соединения ригеля рамы пролетом 42 м с несущей колонной, выполненный по программе ЛИРА 9-6. Этот расчет показал, что при расстоянии между болтами 250 мм, толщине фланца 34 мм и изгибающем моменте 1500 кНм расхождение фланцев в зоне расположения ребер жесткости составило 2.63 мм.The disadvantage of such nodes is the deformation of the flanges between the bolts in the transmission zone of the tensile force. The flange plate is fixed at the point of installation of the bolts, and the force is transmitted in the area of the bearing elements and the nearest stiffeners. In this case, bending moments arise in the flange plate, which lead to deformations. In order to reduce these deformations, it is necessary to increase the rigidity of the flange plates, and this requires an increase in the thickness of the flange plate. In addition, the calculation of such a compound is rather complicated. An example is the calculation of the flange connection of the frame bolt with a span of 42 m with a supporting column, performed according to the LIRA 9-6 program. This calculation showed that with a distance between the bolts of 250 mm, a flange thickness of 34 mm and a bending moment of 1500 kNm, the divergence of the flanges in the area of the stiffeners was 2.63 mm.

Сущностью изобретения является повышение жесткости узла фланцевого соединения элементов металлических конструкций, уменьшение величины раскрытия фланцевых пластин, а также упрощение проектирования узла фланцевого соединения.The essence of the invention is to increase the rigidity of the flange joint of metal structural elements, reduce the magnitude of the disclosure of the flange plates, as well as simplify the design of the flange joint.

Технический результат состоит в уменьшении прогибов фланцевых пластин в узле фланцевого соединения элементов металлических конструкций и упрощении проектирования узла фланцевого соединения.The technical result consists in reducing the deflection of the flange plates in the flange joint assembly of metal structural elements and simplifying the design of the flange joint assembly.

Технический результат изобретения обеспечивается тем, что известное фланцевое соединение включающее несущие элементы, фланцы, расположенные в торцевой части несущих элементов, ребра жесткости, прикрепленные одной стороной к фланцу, а другой - к несущему элементу и высокопрочные болты, соединяющие фланцы между собой, содержит дополнительные ребра жесткости, установленные по периметру фланца в зоне, подверженной наибольшей деформации, при этом толщина и высота дополнительных ребер жесткости определяется расчетом в зависимости от допустимого раскрытия соединения.The technical result of the invention is ensured by the fact that the known flange connection including the supporting elements, flanges located in the end part of the supporting elements, stiffeners attached on one side to the flange, and the other on the supporting element and high-strength bolts connecting the flanges to each other, contains additional ribs stiffnesses installed around the perimeter of the flange in the zone subject to the greatest deformation, while the thickness and height of additional stiffeners is determined by calculation depending on the tolerance imogo disclosure compound.

Дополнительные ребра жесткости устанавливаются на фланцах в зоне, которая подвержена максимальным деформациям. Толщина и высота дополнительных ребер определяется расчетом в зависимости от допустимого раскрытия соединения.Additional stiffeners are installed on the flanges in an area that is subject to maximum deformation. The thickness and height of the additional ribs is determined by calculation depending on the allowable opening of the connection.

На фиг.1 изображен общий вид узла фланцевого соединения, где показаны: несущий элемент - 1; ребро жесткости - 2; болт - 3; фланец - 4; дополнительное ребро жесткости - 5.Figure 1 shows a General view of the flange connection node, which shows: the bearing element - 1; stiffener - 2; a bolt - 3; flange - 4; additional stiffener - 5.

Узел выполняется следующим образом. Вначале к торцу несущего элемента 1 прикрепляется (преимущественно сваркой, хотя могут использоваться и другие виды соединений, такие как болты, заклепки, клей и др.) фланец 4, имеющий отверстия, предназначенные для установки соединительных болтов в процессе монтажа. Затем крепятся ребра жесткости 2, передающие усилия от несущего элемента 1 на фланец 4. В завершение цикла устанавливают по всему периметру фланца дополнительные ребра жесткости 5. Эти операции выполняются на предприятии, изготавливающем металлические конструкции. В процессе монтажа, который выполняется на строительной площадке, фланцы двух элементов соединяются высокопрочными болтами 3.The node is as follows. Initially, a flange 4 is attached to the end of the supporting element 1 (mainly by welding, although other types of joints, such as bolts, rivets, glue, etc.) can be used, which have holes for mounting the connecting bolts during installation. Then stiffeners 2 are attached, which transfer forces from the bearing element 1 to the flange 4. At the end of the cycle, additional stiffeners 5 are installed around the perimeter of the flange. These operations are performed at the enterprise manufacturing metal structures. During the installation process, which is carried out at the construction site, the flanges of the two elements are connected by high-strength bolts 3.

Толщина и высота дополнительных ребер жесткости 5 определяется расчетом в зависимости от допустимого раскрытия соединения. При передаче действующего усилия точки, соединенные ботами, будут неподвижны, а точки, в которых через ребра жесткости 2 передается усилие, будут перемещаться. При этом дополнительное ребро жесткости 5 будет работать как двухопорная балка с моментом инерции $$I=\frac{b{h}^3}{12}$$

, где b - толщина ребра, a h - его высота. Перемещение в этом случае может быть вычислено, как $$f=\frac{M{l}^2}{10EI}$$

. Здесь: М - изгибающий момент в пластине фланца, возникающий от действия передаваемого усилия, Е - модуль упругости металла фланца, l - расстояние между болтами. Из приведенной формулы видно, что увеличение высоты дополнительного ребра жесткости приводит к значительному уменьшению перемещений, возникающих от действия момента.The thickness and height of the additional stiffening ribs 5 is determined by calculation depending on the allowable opening of the connection. When the current force is transferred, the points connected by the bots will be stationary, and the points at which the force is transmitted through the stiffeners 2 will move. In this case, an additional stiffener 5 will work as a two-support beam with a moment of inertia $$I=\frac{b{h}^3}{12}$$

where b is the thickness of the rib, ah is its height. The displacement in this case can be calculated as $$f=\frac{M{l}^2}{10EI}$$

. Here: M is the bending moment in the flange plate arising from the action of the transmitted force, E is the elastic modulus of the metal of the flange, l is the distance between the bolts. It can be seen from the above formula that an increase in the height of the additional stiffening rib leads to a significant decrease in the displacements arising from the action of the moment.

Практическая реализация предлагаемого технического решения не требует применения высокопрочных, а потому дорогостоящих, материалов, обеспечит повышение коррозионной устойчивости соединения и, в конечном счете, повысит надежность узла фланцевого соединения.The practical implementation of the proposed technical solution does not require the use of high-strength, and therefore expensive, materials that will increase the corrosion resistance of the joint and, ultimately, increase the reliability of the flange joint assembly.

Claims (1)

Фланцевое соединение, включающее несущие элементы, фланцы, расположенные в торцевой части несущих элементов, ребра жесткости, прикрепленные одной стороной к фланцу, а другой - к несущему элементу и высокопрочные болты, соединяющие фланцы между собой, отличающееся тем, что оно содержит дополнительные ребра жесткости, установленные по периметру фланца в зоне, подверженной наибольшей деформации, при этом толщина и высота дополнительных ребер жесткости определяется расчетом в зависимости от допустимого раскрытия соединения. Flange connection, including bearing elements, flanges located in the end of the bearing elements, stiffeners attached to one side of the flange and the other to the bearing element and high-strength bolts connecting the flanges to each other, characterized in that it contains additional stiffeners, installed along the perimeter of the flange in the zone subject to the greatest deformation, while the thickness and height of the additional stiffeners is determined by calculation depending on the permissible opening of the connection.