Podstawowe typy połączeń w konstrukcjach stalowych
W konstrukcjach ramowych szczegółowe rozwiązania połączeń belki ze słupem obejmują szereg typów połączeń uwzględniających działające siły. Ogólnie rzecz biorąc, połączenia belki ze słupem wykonuje się za pomocą śrubowania lub spawania albo przy użyciu sztywnych połączeń typu I/J. Wybór odpowiedniego typu połączenia zależy od wymagań stawianych konstrukcji. Na przykład w nieusztywnionej ramie poddanej momentom zginającym mogą być stosowane całkowicie spawane połączenia typu I/J. W przypadku konstrukcji mobilnych połączenia wykonywane za pomocą śrub klasy 8.8 mogą zapewniać ograniczenie ruchu, analogiczne do działania pasów bezpieczeństwa. Takie połączenia są łatwe do demontażu i ponownej instalacji. Podobne podejście projektowe można zastosować przy projektowaniu połączeń uwzględniających potencjalne przemieszczenia, np. poprzez połączenia przegubowe. W mostach do zabezpieczenia przed przemieszczeniami stosuje się właśnie połączenia przegubowe. Sztywne połączenia w ramach stosuje się w konstrukcjach mega-ramowych i wieżowcach w celu zapewnienia odporności na obciążenia boczne. Z ekonomicznego punktu widzenia inne ramy mogą zawierać mniejszą liczbę szczegółów projektowych. Z estetycznego punktu widzenia mega-ramy charakteryzują się wysokim stopniem szczegółowości projektowej. Dla elementów o dużym średnicy połączenia spawane spełniają więcej wymagań normy EN 1993-1-8 niż połączenia śrubowe.
Zastosowanie spawania w połączeniach belek stalowych ze słupami zwiększa sztywność całkowitą ramy i przyczynia się do rozprowadzania obciążeń w całej ramie. W przypadku spawów pełnopenetracyjnych połączenie uznaje się za ciągłe. Obciążenia są przykładowe do połączenia przez długi czas i utrzymywane przez długotrwały okres. Dlatego preferuje się stosowanie spawów pełnopenetracyjnych zamiast dużej liczby śrub. Sformułowanie „postanowienia normy EN 1993-1-8 wspierają zaangażowanie osób kompetentnych” oznacza, że zaangażowanie takich osób jest pożądane. Osoby te ponoszą odpowiedzialność za ustalenie i weryfikację, czy spawanie wykonano zgodnie z określonymi standardami. Zakład może przeprowadzić badania ultradźwiękowe w celu wykrycia możliwych wad spawu. Takie spawy eliminują problemy związane ze stosowaniem śrub. Jednak pod kątem odpowiedzialności oraz zarządzania stresem pracownicy muszą zachować szczególną ostrożność ze względu na wpływ otoczenia i warunków pogodowych, zwłaszcza zmian występujących w trakcie procesu spawania.
Połączenia: płyty końcowe, połączenia oporowe, systemy płytek nośnych
W montażu konstrukcji stalowych połączenia śrubowe zapewniają wiele korzyści. Obecnie najczęściej stosowane systemy to:
– połączenia płytkami końcowymi, które ułatwiają przenoszenie momentów z dolnej do górnej półki rozciąganej lub z dolnej do górnej półki ściskanej.
– połączenia oporowe, które zapewniają podparcie pionowe przy użyciu dolnego kątownika wspornikowego.
– zastosowanie połączeń płytkami nośnymi zdobywa coraz większą popularność. Stwierdzono, że takie połączenia skracają czas montażu na budowie.
Jak wyżej wymieniono, głównym celem wszystkich tych systemów połączeń jest zmniejszenie wymagań dotyczących dokładności projektowania i wykonania konstrukcji, wynikających z różnych modyfikacji. Ostatnio przeprowadzone badania płytek końcowych rozszerzonych (EEP) wykazały poprawę nośności na moment o do 15% w porównaniu z projektem zakładającym zerową grubość płytki. Zmienność odchyleń występujących na budowie jest większa niż ta normalnie dopuszczalna w projektowaniu konstrukcji.
Sposób połączenia: spawany / śrubowy
Szybkość montażu: szybka (przedmontowana), wolna (spawanie na miejscu)
Elastyczność modyfikacji: ograniczona (spawanie), elastyczna (przedmontowana)
Złożoność kontroli: wymaga badań nieniszczących (NDT), wizualna kontrola (przedmontowana)
Wysoka odporność na wibracje wymaga stosowania nakrętek blokujących
Różne kwestie projektowe dotyczące efektywnych i ekonomicznych połączeń stalowych (przedmontowana)
Przenoszenie momentów, plastyczność oraz sprawność połączenia
W ramach przegubowych wymagana jest plastyczność, aby kontrolować wielkość bocznej odkształcalności ramy. Aby kontrolować ugięcie połączeń przegubowych, plastyczność połączenia musi być wystarczająca do przyjęcia odkształcenia ramy. Połączenia należy zaprojektować tak, aby osiągnąć wymagany poziom plastyczności. Podczas zdarzenia sejsmicznego, jeśli połączenia zaprojektowane są w sposób sztywny, mogą one ulec awarii kruchej i przedwczesnej. Nie oznacza to, że zalecane są połączenia nadmiernie giętkie. Konieczny jest optymalny kompromis.
Projekt i montaż przekroju H
W montażu terenowym protokołem jest dokręcanie wysokowytrzymałych elementów złącznych do około 70% pełnego momentu skręcania oraz wyrównywanie belek z dokładnością do granicy L/500. Dopóki 75% połączeń nie osiągnie pełnej wytrzymałości, konstrukcje wymagają tymczasowego usztywnienia. Dzięki temu można uniknąć licznych trudności podczas montażu na placu budowy. Spójne rozprowadzanie obciążeń przyczynia się do poprawy wydajności konstrukcji.
Najczęściej zadawane pytania
Jakie są różne typy połączeń w konstrukcji stalowej?
Różne typy połączeń w konstrukcjach stalowych obejmują m.in. spawanie, łączenie śrubami, nitowanie oraz połączenia sworzniowe.
Jakie są zalety stosowania połączeń spawanych w konstrukcji stalowej?
Zastosowanie połączenia spawanego zapewnia połączenie o znacznie większej sztywności, co odgrywa kluczową rolę w działaniu całej konstrukcji ramowej. Ponadto połączenie ramowe umożliwia równomierne przenoszenie obciążeń rozłożonych na powierzchni połączenia.
Jakie są zalety stosowania połączeń śrubowych w konstrukcji stalowej?
Główną zaletą stosowania połączeń śrubowych jest możliwość łatwego montażu, demontażu i transportu konstrukcji ramowej. Połączenia śrubowe elementów ramy można łatwo transportować, jeśli konstrukcja ma duże wymiary.
Jakie są połączenia ramy w konstrukcji stalowej i jak są projektowane?
Momenty obciążeń działających na daną ramę są przenoszone na sąsiednie elementy. Węzły w konstrukcjach stalowych są projektowane tak, aby zapewnić łatwość i opłacalność budowy konstrukcji.