Сварка это жесткое или шарнирное соединение
Обновлено: 18.05.2024
Добрый день! Прошу подсказать являются ли узлы стыка балок с прогонами (во вложении) на сварке шарнирными? В Лире в расчётной схеме заданы шарниры, хочу чтобы в реальности они соответствовали расчётной схеме. Заказчик не одобряет болты из-за сложности монтажа на месте. Длина сварного шва пластин 130х130 в кристале держит поперечную силу, а момент уже нет, как считаете когда это всё наварят на месте момент от нагрузки не будет передаваться через пластину или же момент будет передаваться и сварка лопнет и прогоны упадут? Моя цель - стык двутавра с швеллерами в один уровень без болтов по шарнирной схеме. Если нарисованные мной узлы сомнительные, порекомендуйте, пожалуйста, решение. В интернете и сериях я нахожу такие узлы только на болтах.
Можно посмотреть ЦНИИпроектстальконструкция, УНС узел и работу Троицкого. Ранее балку крепили через пластину и уголок. Одну приваривали на заводе, вторую на монтаже. Считается, что перераспределение балочного момента составляет 10-15%. То есть существует частичное защемление. На счет сварного шва, нужно смотреть и проверять от комбинации Q и M на касательные напряжения. Не знаю что с пластикой, так читал мнение что сварной шов может вступить в пластическую стадию раньше.
- не исключено для второй картинки. Первая картинка - шарнир будет неопасный за счёт кручения балки. Возможно, безопаснее опереть сверху.
----- добавлено через ~3 мин. -----
Нет не является. Если сварка рассчитана на действие момента и поперечной силы, значит в предельном состоянии усилия которые возникают в сварных швах не превышают предельно допустимых, значит сама накладка и сварные швы не должны разрушаться, только за счет податливости главной балки из плоскости, при изгибе прогона, будет небольшой поворот в узле стыка. Накладки и швы при том что они рассчитаны как надо будут все держать не срезаясь и не изгибаясь, накладка в принципе может иметь небольшой прогиб (копеечный) что сделает узел еще податливее при изгибе.
Ну чтобы соответствовало, надо сделать шарнирный узел на болтах, или делаете как у вас, просто в лире принимаете шарнирное опирание прогона на главную балку как вы и делали (чтобы подобрать сечение прогона по максимально свободной шарнирной схеме, которая даст максимально возможный момент), задать в лире жесткую вставку от главной балки до начала первого узла прогона, на расстояние от центральной оси главной балки до центральной линии ширины накладки 75мм/2 которая приварена к прогону, где приходит сила в виде опорной реакции от балки прогона по шарнирной схеме. Тем самым будет учет такого сопряжения в ЛИРЕ, который будет влиять на эту главную балку передавая опорную реакцию от прогона с некоторым плечом, создавая кручение в главной балке.
Длина сварного шва пластин 130х130 в кристале держит поперечную силу, а момент уже нет, как считаете когда это всё наварят на месте момент от нагрузки не будет передаваться через пластину или же момент будет передаваться и сварка лопнет и прогоны упадут?
Сварное соединение это шарнир или заделка??
Второстепенная балка по верхнему поясу с двух сторон приваривается к главным.
Можно считать что крепление второстепенной- заделка?
Продажа навыков и умений
Считаешь шов, если выдержывает расчетное усилие, то узел жесткий, иначе - шарнирный. А так практически любой узел - жесткий до определенного усилия. Посмотрите на форуме много тем подобных.
Aragorn!
Была в дауне стайтека об об обследовании классических шарнирных узлов.
Меня сильно порадовало, что узел крепления "ловит" до 10-15% пролетного момента.
Плюс пластика - короче говоря - набегают определенные - обычно не учитываемые запасы.
IBZ - у него опыт больше, мастерски об этом рассказывает, но сомневаюсь, что он сюда завернет на эту ""темку" - сам зашел, не подумав о последствиях.
Конечно заделка. Вопрос "Является ли сварное соединение шарниром, или же это заделка" некорректен, как уже сказали надо смотреть конкретный узел. Узел может быть жестким или шарнирным, а соединение может быть на сварке или на болтах, а может и еще на чем.
Сварное соединение в узле примыкания элементов может считаться как шарнирным (условно), так и жестким.
Условно шарнирно потому, что на практике такой узел податлив за счет пластических деформаций деталей узла и приузловых участков элементов. Работа стали в пластической стадии вполне допускается как теорией, так и нормами.
В случае, если усилия в узле вызывают пластические деформации и величины этих деформаций перекрывают расчетные из условия шарнирности (например угол поворота одного приузлового сечения одного из элементов относительно другого ), то узел можно считать шарнирным. При этом надо иметь ввиду, что на деле в узле момент не равен 0.
В сучае, если в узле не происходят пластические деформации, то узел считается жестким.
В некоторых случаях нормы требуют учитывать реальный момент, возникающий в условном шарнире, т.к. величина этого момента может быть большой и влиять на систему.
Работа таких узлов сложна и при их конструировании следут руководствоваться сериями (пример на п.6), разработанными на основе теоретических и конкретных натурных исследований.
В Вашем случае, когда одна балка примыкает к другой балке двутаврового сечения, нужно учесть, что у двутавра крутильная жесткость мала и скорее в любом случае будет шарнир.
а более общий вопрос может кто либо осветить:
"какие условия должны выполняться (или не выполнятся), чтобы узел можно было в считать шарнирным (жестким)?"
Вопрос этот не праздный, ибо был случай когда эксперт задал вопрос по поводу базы колонны. "какие прогибы опорной плиты от расчетной нагрузки?" Меня сразу посетила мысль, а есть ли допуски на углы повората стержня колонны на уровне обреза фундамента если в расчетной схеме мы задаемся жесткой заделкой?
Специальный Институт Строительных Конструкций Изделий
http://forum.dwg.ru/showthread.php?t=32305 Извините, что влезаю! Может кто и сюда заглянет. Моя тема вполне увязана с этой. По факту - когда касается вопрос расчёта - большинство людей мне ответили так "или шарнир, или заделка, а оценить степень податливости сложно". Не зря ( хоть этот пост по стали отредактирован давно уже) я сразу предлагал обсудить вопрос "шарнир или рамный". От себя лишь скромно добавлю - определяет шарнирность или рамность узла РЯД ФАКТОРОВ, о которых нужно всегда помнить (хоть об этом знающие люди сказали). Да и если кто-то надумает можете и в FAQ зайти. Не праздности ради.
__________________
Горев В.В., том 1, стр.109, 1 абзац, 4-ое предложение. Не пугайтесь этого произвола.
По-моему, на п.13 написано, какие условия.
По поводу базы - в базе не допускаются пластические стадии - посмотрите формулы расчета базы - все до предела текучести. Особенно прогибы опорной плиты - уже со сбора давлений на участки плиты все в запас.
Угол поворота базового узла будет определяться в основном упругостью подливки в сжатой зоне. А так же креном фундамента. А учет/неучет этого уже некая техническая политика - в принципе систему сооружение-фундамент-основание нужно рассчитывать совместно. Но нормы дают поблажку, допуская для многих случаев считать попроще.
| В сучае, если в узле не происходят пластические деформации, то узел считается жестким. |
Как-то повально стали повторять все эту фразу.
Что же получается, если сварить два двутавра встык, но варить только стенки, и при этом нагрузить его так, чтобы стенки не вошли в пластику то стык называется жестким? Тоже самое с рамным узлом. Однако если посмотреть на эпюру прогибов - она сильно отличается от равнопрочного стыка, а значит перераспределение усилий в системе и тд. Пусть примеры несколько необычны, но встречаются узлы, особенно из гнутиков стыкуемых с прокатом,где такое может произойти ( как правило из-за отсутствия ребер и косынок в определенных местах).
Если быть более строгим в определениях, то к отсутствию пластических деформаций шва надо добавить либо равнопрочность стыка либо "равноподатливость с основным сечением".
В случае, если усилия в узле вызывают пластические деформации и величины этих деформаций перекрывают расчетные из условия шарнирности (например угол поворота одного приузлового сечения одного из элементов относительно другого ), то узел можно считать шарнирным. При этом надо иметь ввиду, что на деле в узле момент не равен 0.
В сучае, если в узле не происходят пластические деформации, то узел считается жестким.
Во-первых. В п. 13, как вы видите, есть только указания на "расчетные условия пластичности". Конкретных данных либо ссылок нет. Поэтому аппеляцию к нему я не принимаю.
Во-вторых. Я не имел ввиду пластических деформаций в базе, а только указал на возможность прогиба плиты. И уж совсем несогласен с тем, что запасы начинающиеся со сбора давлений каким-либо образом избавляют нас от прогибов. Может быть они не так значительны при стандартном серийном узле базы, но как быть при безтраверсной базе. Здесь по моему и подавно будут прогибы, но в литературе этот узел считается жестким (при определенных конструктивных требованиях при изготовлении)
В-третьих. Вопрос всетаки стоял о более общем случае условий отнесения узла к шарнирному либо жесткому. Не стоит упираться на конкретный узел базы, просто это точка отсчета, когда я задумался над правильностью задания жесткости узла.
В чем разница между шарнирным опиранием и жестким защемлением
Для многих начинающих проектировщиков основной проблемой является выбор расчетной схемы: где должны быть шарниры, а где – жесткие узлы? Как понять, что выгодней, и как разобраться, что вообще нужно в конкретном узле конструкции? Это очень обширный вопрос, надеюсь, данная статья немного внесет ясности в столь многогранный вопрос.
Что такое узлы опирания и обозначение этих узлов на схемах
Начнем с самой сути. Каждая конструкция должна иметь опору – как минимум она не должна упасть с высоты, на которой ей положено находиться. Но если копнуть глубже, для надежной работы элемента, нам мало запретить ему падать.
Как может сместиться любой элемент в пространстве? Во-первых, это может быть перемещение по одной из трех плоскостей – по вертикали (ось Z), по горизонтали (оси Х и У). Во-вторых, это может быть поворот элемента в узле вокруг тех же трех осей.
Таким образом, мы имеем целых шесть возможных перемещений (а если учесть еще и направление плюс-минус, то их не шесть, а двенадцать), которые еще называют степенями свободы – и это очень наглядное название. Если конструкция висит в воздухе (нереальная ситуация), то она полностью свободна, ничем не ограничена. Если в каком-то месте под ней появляется опора, не дающая перемещаться по вертикали, значит одна из степеней свободы у элемента в месте опоры ограничена по оси Z. Примером такого ограничения является свободное опирание металлической балки на гладкой, допускающей скольжение поверхности – она не упадет за счет опоры, но может при определенном усилии сдвинуться по оси Х и У, либо повернуться вокруг любой оси. Забегая вперед, уточним важный момент: если у элемента в узле не ограничен поворот, этот узел является шарнирным. Так вот, такой простейший шарнир с ограничением только по одной оси обозначается обычно следующим образом:
Расшифровать такое обозначение просто: кружочки означают наличие шарнира (т.е. отсутствие запрета поворота элемента в этой точке), палочка – запрет перемещения в одном направлении (обычно из схемы сразу становится понятно – в каком именно – в данном случае запрет по вертикали). Горизонталь со штриховкой условно обозначает наличие опоры.
Следующий вариант ограничения степеней свободы – это запрет перемещения в направлении двух осей. Для той же металлической балки это могут быть оси Z и Х, а по У она может переместиться при приложении к ней усилия; повороты ее, как видно, тоже ничем не ограничены.
Как вообще представить отсутствие ограничения поворотов? Если эту балку попытаться закрутить вокруг собственной оси (допустим, опереть на нее перекрытие только с одной стороны – тогда под весом перекрытия балка начнет крутиться), то ничто не помешает этому кручению, балка по всей длине начнет опрокидываться под действием крутящей силы. Точно также если в центре балки приложить вертикальную нагрузку, балка изогнется и в местах опирания свободно повернется вокруг оси У (слева – по часовой стрелке, справа – против). Вот это мы и понимаем как шарнир.
Хочется сразу оговориться, что в строительстве идеальных шарниров и защемлений не бывает. Всегда есть какая-то условность. Допустим, мы игнорируем силу трения и считаем, что по оси У перемещение балки ничем не ограничено. С опытом обычно приходит способность видеть, жесткий или шарнирный перед нами узел. А еще очень важно научиться избегать неполного защемления (когда при небольших усилиях поворота конструкции нет, а при возрастании воздействующей силы опора не выдерживает, и поворот происходит). Такие ситуации провоцируют непрогнозируемое поведение конструкции – ее считали на одну расчетную схему, а работать приходится по другой.
Допустим, есть жесткий узел опирания балки в раме, который обеспечен путем приварки балки к колонне. Но сварной узел рассчитан неверно и шов не выдерживает приложенного усилия и разрушается. Балка продолжает опираться на колонну, но уже может повернуться на опоре. При этом кардинально меняется эпюра изгибающих моментов: на опорах моменты стремятся к нулю, зато пролетный момент возрастает. А балка была рассчитана на защемление и не готова к восприятию возросшего момента. Так и происходит разрушение. Поэтому жесткие узлы всегда должны быть рассчитаны на максимально возможную нагрузку.
Такой шарнир обозначается следующим образом.
Слева и справа обозначения равноценны. Справа оно более наглядное: 1 – горизонтальный стержень ограничен в узле в перемещении по вертикали (вертикальная палочка с кружочками на концах) и по горизонтали (горизонтальная палочка с кружочками на концах); 2 – вертикальный стержень также ограничен в узле в перемещении по вертикали и по горизонтали. Слева также очень распространенное обозначение точно такого же шарнира, только палочки расположены в виде треугольника, но то, что их две, означает, что ограничение перемещений идет по двум осям – вдоль оси элемента и перпендикулярно его оси. Особо ленивые товарищи могут вообще не рисовать кружочки, и обозначать такой шарнир просто треугольником – такое тоже встречается.
Теперь рассмотрим, что же означает классическое обозначение шарнирно опирающейся балки.
Это балка, имеющая две опоры, а в левой еще и ограниченная в перемещении по горизонтали (если бы этого не было, система не была бы устойчивой – есть такое условие в сопромате – у стержня должно быть три ограничения перемещений, в нашем случае два ограничения по Z и одно по Х). Конструктор должен продумать, как обеспечить соответствие опирания балки расчетной схеме – об этом никогда нельзя забывать.
И последний случай для плоской задачи – это ограничение трех степеней свободы – двух перемещений и поворота. Выше было сказано, что для любого элемента степеней свободы шесть (или двенадцать), но это для трехмерной модели. Мы же обычно в расчете рассматриваем плоскую задачу. И вот мы пришли к ограничению поворота – это классическое понятие жесткого узла или защемления – когда в точке опирания элемент не может ни сдвинуться, ни повернуться. Примером такого узла может служить узел заделки сборной железобетонной колонны в стакан – она настолько глубоко замоноличена, что возможности как сместиться, таки и повернуться у нее нет.
Глубина заделки у такой колонны строго расчетная, но даже по виду мы не можем представить, что колонна на рисунке слева сможет повернуться в стакане. А вот правая колонна – запросто, это явный шарнир, и так конструировать защемление недопустимо. Хотя и там, и там колонна погружена в стакан и паз заполнен бетоном.
Больше вариантов защемления будет по ходу статьи. Сейчас разберемся с обозначением защемления. Оно классическое, и особого разнообразие в отличии от шарниров здесь не наблюдается.
Слева показан горизонтальный элемент, защемленный на опоре, справа – вертикальный.
И напоследок – о шарнирных и жестких узлах в рамах. Если узел соединения балки с колонной жесткий, то он показывается либо без условных обозначений вообще, либо с закрашенным треугольничком в углу (как на верхних двух рисунках). Если же балка опирается на колонны шарнирно, на концах балки рисуются кружочки (как на нижнем рисунке).
Как законструировать шарнирный или жесткий узел
Опирание плит, балок, перемычек.
Первое, что следует запомнить при конструировании узлов – зачастую шарнир от защемления отличает глубина опирания.
Если плита, перемычка или балка опирается на глубину, равную или меньшую высоте сечения, и при этом не выполнено никаких дополнительных мероприятий (приварка к закладным элементам, препятствующая повороту и т.п.), то это всегда чистый шарнир. Для металлических балок считается шарнирным опирание на 250 мм.
Если опирание больше двух – двух с половиной высот сечения элемента, то такое опирание можно считать защемлением. Но здесь есть нюансы.
Во-первых, элемент должен быть пригружен сверху (кладкой, например), причем веса этого пригруза должно быть достаточно, чтобы воспринять усилие в элементе на опоре.
Во-вторых, возможно другое решение, когда поворот элемента ограничивается путем приварки к закладным деталям. И здесь нужно четко разбираться в особенностях конструирования жестких узлов. Если балка или приварена внизу (такое часто встречается и в металлоконструкциях, и в сборном железобетоне – к закладным в опоре привариваются закладные в балке или плите), то это никак не мешает ей повернуться на опоре – это лишь препятствует горизонтальному перемещению элемента, об этом мы говорили выше. А вот если верхняя часть балки надежно заанкерена сваркой на опоре (это либо рамные узлы в металле, либо ванная сварка верхних выпусков арматуры в сборных ригелях – в жестких узлах каркаса, либо сварка закладных элементов в узлах опирания балконных плит, которые обязательно должны быть защемлены, т.к. они консольны), то это уже жесткий узел, т.к. явно препятствует повороту на опоре.
На рисунке ниже выбраны шарнирные и жесткие узлы из типовых серий (серия 2.440-1, 2.140-1 вып. 1, 2.130-1 вып. 9). По ним наглядно видно, что в шарнирном узле крепление идет внизу балки или плиты, а в жестком – вверху. Уточнение: в узле опирания плиты анкер не дает жеского узла, это гибкий элемент, который лишь препятствует горизонтальному смещению перекрытия.
Но законструировать узел правильно – это полдела. Нужно еще сделать расчет всех элементов узла, выдержат ли они максимальное усилие, передаваемое от элемента. Здесь нужно рассчитать и закладные детали, и сварные швы, и проверить кладку в случае, если пригруз от нее учитывается при конструировании.
Соединение колонн с фундаментами.
При опирании металлических колонн определяющим фактором является количество болтов и то, как законструирована база колонны. О металле здесь я распространяться не буду, т.к. это не мой профиль. Напишу только, что если в фундаменте для крепления колонны лишь два болта, то это стопроцентный шарнир. Также если стойка приваривается к закладной детали фундамента через пластину, это тоже шарнир. Остальные случаи подробно приведены в литературе, есть узлы в типовых сериях – в общем, информации много, здесь запутаться сложно.
Для сборных железобетонных колонн используется их жесткая заделка в стакан фундамента (об этом речь шла выше). Если вы откроете «Пособие по проектированию фундаментов на естественном основании под колонны зданий и сооружений», там вы сможете найти расчет всех элементов этого жесткого узла и принципы его конструирования.
При шарнирном узле колонна (столб) просто опирается на фундамент безо всяких дополнительных мероприятий или заделана в неглубокий стакан.
Соединение монолитных конструкций.
В монолитных конструкциях жесткий узел или шарнир всегда определяется наличием правильно заанкеренной арматуры.
Если на опоре арматура плиты или балки не заведена в конструкцию опоры на величину анкеровки или даже нахлестки, то такой узел считается шарнирным.
Так на рисунке ниже показаны варианты опирания монолитных плит из Руководства по конструированию ЖБК. Рисунок (а) и (б) – это жесткое соединение плиты с опорой: в первом случае верхняя арматура плиты заводится в балку на длину анкеровки; во втором – плита защемляется в стене также на величину анкеровки рабочей арматуры. Рисунок (в) и (г) – это шарнирное опирание плиты на балку и на стену, здесь арматура заведена на опору на минимально допустимую глубину опирания.
Рамные узлы соединения монолитных ригелей и колонн в железобетоне выглядят еще серьезней, чем опирание плит на балки. Здесь верхняя арматура ригеля заводится в колонну на величину одной и двух длин анкеровки (половина стержней заводится на одну длину, половина – на две).
Если в узле железобетонного каркаса арматура и балки, и колонны проходит насквозь и дальше идет больше чем на длину анкеровки (например, какой-то средний узел), то такой узел считается жестким.
Чтобы соединение колонн с фундаментом было жестким, из фундаментов должны быть сделаны выпуски достаточной длины (не менее величины нахлестки, подробнее – в Руководстве по конструированию), и эти же выпуски должны быть заведены в фундамент на длину анкеровки.
Аналогично в свайном ростверке – если длина выпусков из сваи меньше, чем длина анкеровки, соединение ростверка со сваей жестким считаться не может. Для шарнирного соединения длину выпусков оставляют 150-200 мм, больше не желательно, т.к. это будет пограничное состояние между шарниром и жестким узлом – а ведь расчет делался как для чистого шарнира.
Если нет места для того, чтобы разместить арматуру на длину анкеровки, проводят дополнительные мероприятия – приварку шайб, пластин и т.п. Но такой элемент должен быть обязательно рассчитан на выкалывание (что-то вроде расчета анкеров закладных деталей, его можно найти в Пособии по проектированию ЖБК).
Строительная механика - Закрепления конструкции или степени свободы узлов.
Доброе утро, добрый день, добрый вечер и спокойной ночи !
На волне последних событий (битва конструкторов с моим участием, ищется по "Необычный вход в подъезд") мне кажется, было бы логично объяснить простым языком некоторые аспекты строительной механики и начать я решил с вешалки, т.е. закреплений. Если тема окажется интересной, то мы продолжим, и я постараюсь показать вам, что строительная механика может быть доступна практически каждому, на бытовом уровне.
Для массовой аудитории хватит следующих видов закрепления
1. Шарнирно неподвижная опора
2. Шарнирно подвижная опора
3. Жесткая заделка. ( рамный узел) ((Красивой фотки не нашёл)
4. свободный конец. (другой конец крановой балки, как вы можете видеть имеет рамный узел)
Так как отличить одно закрепление от другого ?
На помощь придёт понимание, а что мы собственно закрепляем ?
А закрепляем мы узлы ! Узел простым языком это базовая точка элемента, в которой он соединяется с другими элементами конструкции, допустим у балки их 2 - один в начале, другой в конце. У пластины их минимум 3 (минимальное количество точек, для построения плоскости).
Каждый узел имеет 6 степеней свободы !
Группа линейных перемещений
1 - Перемещение по оси X
2 - Перемещение по оси Y
3 - Перемещение по оси Z
Группа угловых перемещений
4 - Поворот относительно оси Х
5 - Поворот относительно оси Y
6 - Поворот относительно оси Z
Отсутствие закрепления / свободный конец / консоль
Все степени свободы доступны узлу, гуляй куда хочешь, правда не забывай что ты на поводке хД
Узнать такое в природе очень легко, так как оно банально ничем не закреплено и ни на чём не лежит.
В общем и целом это узел, перемещения которого ограничены, а хотя-бы один повороты нет. И этим поворотом в нашем случае будет поворот вокруг оси У, т.к. именно он позволяет балке изгибаться - т.е. работать.
Шарнирно подвижная опора: Допустим, балка просто лежит на 2-х опорах за счёт собственного веса. Со стороны обывателя, она ничем не закреплена, со стороны строительной механики, она закреплена от перемещений по оси Z. Ведь опора не даёт ей упасть, но при это разрешает ей поворачиваться как угодно. И данная опора будет оставаться шарнирно подвижной, пока балка узел опирания балки, может перемещаться по плоскости опоры.
Шарнирно НЕподвижная опора: Как только запретили балке перемещать узел опирания во всех трёх направлениях, узел стал шарнирно неподвижным. Однако при этом, это всё ещё шарнир пока мы не запретим углы поворота этого узла относительно оси У.
Жесткое закрепление: Полное и безоговорочное лишение узла ВСЕХ степеней свободы. Идеальный жесткий узел, это все стыки в монолитных конструкциях.
В природе легко опознается если при поворот и перемещение любого элемента, влекут такие-же изменения во всех присоединённых элементах.
Таким образом, я надеюсь мы разобрались, что "закрепление" это условное название для всех видов ограничения степени свободы узла, и это не всегда подразумевает наличие специального механизма или устройства. Даже просто лежать, уже значит быть "закреплённой" на строительном языке.
Читайте также: