Основные производственные операции по изготовлению и монтажу металлических конструкций.

В начале производят подготовку металла, включающую в себя разгрузку, сортировку, маркировку, правку, складирование, хранение и выдачу металлопроката.

Разгрузка производится при помощи крана и стропальщика.

Кроме этого осуществляется приёмка и хранение обрези и деловых отходов, выдача деловых отходов, разделка обрези и отгрузка металлолома. В некоторых случаях производят очистку металлопроката от коррозии и окалины на специальных установках, резку профильной стали на заготовки, а также предварительную стыковку стали.

Далее выполняются операции по изготовлению деталей из металлопроката. При необходимости разметки или намётки вначале на поверхность металла наносят контуры деталей, центры отверстий, линий перегибов, а также знаки и надписи.

Резку металла на детали производят по линиям, нанесённым на металл. Резку производят на ножницах, пилах или кислородом на автоматах или полуавтоматах.

Образование отверстий в деталях производят на прессах или сверлильных станках.

В отдельных деталях строгают кромки и фрезеруют торцы.

Для обработки деталей в листовом пролёте устанавливают гильотинный ножницы, пресс-ножницы, газорезательные машины, дыропробивные и кромкогибочные прессы. В пролётах обработки уголка, швеллера и балки устанавливают ножницы для резки, дыропробивные и сверлильные станки и др. Кроме того имеются установки для выполнения нескольких операций.

Законченные изготовлением детали маркируют и сдают комплектно по каждому чертежу. Длинные детали складируют обычно в отсеках, а мелкие хранят в контейнерах.

Затем производят сборку конструкций из отдельных деталей, которые поступают со склада полуфабрикатов. Процесс сборки конструкций состоит из размещения деталей в соответствии с чертежом и соединения их между собой короткими сварными швами (прихватками). Собранные конструкции подвергаются автоматической сварке под слоем флюса и полуавтоматической сварке в среде углекислого газа. В отдельных случаях применяют контактную, точечную и стыковую сварку. Некоторые виды крупногабаритных и сложных конструкций требуют ряда дополнительных работ для обеспечения высокого качества монтажных соединений. Общая сборка производится для обеспечения проектных размеров конструкций, подгонки кромок под сварку и рассверловки монтажных отверстий. Контрольная сборка производится для проверки точности изготовления элементов и их взаимозаменяемости. Обычно контрольной сборке подвергается каждый первый и в последующем каждый десятый экземпляр однотипных конструкций. Законченные изготовлением конструкции маркируют - наносят краской номер заказа, рабочего чертежа, марку конструкции.

Изготовленные конструкции транспортируют в малярно-погрузочный цех, где конструкции грунтуют, складывают в штабеля и грузят на автотранспорт для отправки на монтаж.

Для обеспечения требуемого качества изготовления стальных конструкций существует система контроля и проверки качества и проверки качества материалов, состояния оборудования, приспособлений и инструментов, квалификации работников, пооперационного контроля и приёмки-сдачи качества выполненных работ. Качество прокатной стали, электродов, сварочной проволоки, флюсов, углекислого газа, заклёпок, лакокрасочных материалов, применяемых при изготовлении конструкций, должно удовлетворять требованиям соответствующих стандартов и технических условий.

67. Способы увеличения несущей способности и усиления элементов металлических конструкций.

Эффективным способом увеличения жесткости каркасов промышленных зданий является устройство предварительно напряженных тяжей и оттяжек. Однако оттяжки требуют массивных анкерных устройств, увеличения площади застройки, а также они увеличивают сжимающие усилия в колоннах. Более эффективны тяжи, которые крепятся к соседним устойчивым зданиям. Натяжение таких затяжек осуществляют механическим, электротермическим или комбинированным способом, а контроль эффективности усиления - по уменьшению смещений верхних узлов каркаса при горизонтальных нагрузках.

Повышения жесткости продольных и поперечных рам возможно добиться установкой крестовых диагональных жестких связей, а когда это невозможно, - жестких распорок (ригелей) в сочетании с диагональными раскосами.

Рис. 3.39. Усиление предварительно напряженной стойкой:

1- предварительно напряженная стойка; 2- сварной шов; 3- накладки

Эффективный способ увеличения прочности и жесткости металлических ригелей - подведение под них прокатных или сварных балок с приваркой под нагрузкой в нагретом состоянии. При ограниченных габаритах помещений усиливающую балку устанавливают сверху, вскрывают пол и приваривают ее к верхней полке усиливаемого ригеля в предварительно напряженном состоянии. Усиливающие балки в первом и во втором случаях заводят и жестко закрепляют в узлах рамы.

Повышения несущей способности стропильных балок и ригелей перекрытия возможно добиться устройством сплошного железобетонного настила, жестко связанного с верхним поясом балки. В этом случае жесткость ригеля существенно повышается, и его можно рассматривать как тавровую железобетонную балку с жесткой арматурой.

Наиболее часто требуют усиления сжатые стальные элементы. Традиционным способом их усиления является увеличение сечения приваркой полос, уголков и других элементов без предварительного напряжения. Однако такой способ усиления обладает существенным недостатком: элементы усиления поздно включаются в работу, приварка этих элементов вызывает в сжатых стойках дополнительные деформации, что снижает эффективность усиления. Поэтому традиционные способы усиления применяют, если временная нагрузка на стойки составляет не менее 40 % от постоянной и во время выполнения работ по усилению она отсутствует.

Рис. 3.40. Схемы усиления стоек ненапряженными элементами

Усиление стальных стоек ненапряженными элементами осуществляют увеличением их сечения и уменьшением их свободной длины, при этом следует стремиться к максимальному увеличению радиусов инерции сечения (рис. 3.40). При выполнении усиления нагрузка на стойке не должна превышать 50...60 % расчетной.

При небольшой гибкости усиливаемого элемента необходимо уменьшать эксцентриситет от смещения, а при гибкости l>80 - увеличивать его устойчивость.

Присоединение элементов усиления осуществляют в основном сваркой. Сварочный прогиб для элементов, которые усиливаются под нагрузкой, является нагружающим фактором, поэтому сначала усиливаемый элемент приваривают точечной сваркой, а затем накладывают основной шов. При этом предпочтение следует отдавать шпоночным (прерывистым) швам, которые уменьшают деформации элементов, сокращают сроки сварочных работ и уменьшают массу наплавленного металла.

Усиление балок. Усиление металлических балок осуществляют увеличением сечения, при этом необходимо выполнить их разгрузку не менее чем на 60 % или установить временные дополнительные опоры. При проектировании усиления необходимо придерживаться следующих технологических правил: объем сварки должен быть минимальным, сварные швы следует располагать в удобных доступных местах, необходимо избегать потолочной сварки, сначала надо усиливать нижний пояс, а затем верхний, что исключает прогиб балки в момент усиления.

Рис. 3.41. Схемы усиления балок симметричными накладками

Наиболее простой способ усиления-симметричными накладками (рис. 3.41), однако при этом возникает необходимость в большом объеме потолочной сварки. При большой ширине нижней накладки можно избежать потолочных швов, однако ширина ее не должна превышать 506, в противном случае возникает значительная концентрация напряжений по кромкам балки.

Проверку прочности и устойчивости усиленной балки производят как для цельного сечения, так как критические усилия не зависят от величины напряжений, существовавших до усиления.

Для повышения местной устойчивости локальных участков стенки балки устанавливают на этих участках короткие ребра жесткости, окаймляя их продольными ребрами (рис.3.42).

Эффективным способом усиления сплошных балок являются натяжные устройства, которые обеспечивают стабильную величину предварительного напряжения, не зависящую от податливости анкеров и вытяжки затяжек. Такие способы позволяют регулировать усилие предварительного напряжения в нижнем поясе балки. Один из варианта усиления представлен на рис. 43. Распорные элементы выполняют в виде секторов с гнездами, образующих с осью разрезные шарниры, расположенные между скошенными торцами распираемых балок, натяжное устройство требуемой массы располагают внутри колонны. Этот способ наиболее эффективен при усилении подкрановых балок, так как требует минимальных трудовых и материальных затрат.

Усиление ферм. Усиление стальных ферм осуществляют подведением новых конструкций, введением дополнительных элементов решетки, изменением схемы конструкции и увеличением сечений отдельных элементов. Выбор того или иного способа усиления зависит от причин, вызвавших усиление стропильных конструкций.

Подведение новых конструкций осуществляют в том случае, если другие способы усиления не дают требуемого эффекта и если по условиям производства допустима установка дополнительных промежуточных стоек.

Дополнительные элементы решетки вводятся для уменьшения гибкости стержней в плоскости фермы, для усиления верхнего пояса фермы на местный изгиб, а также для увеличения жесткости и несущей способности фермы в целом. Усиление нижнего пояса осуществляют, как правило, увеличением его сечения. Верхний пояс усиливают шпренгельной решеткой. Дополнительную перекрестную решетку устанавливают для повышения несущей способности и жесткости фермы в целом. В этом случае ферма превращается в статически неопределимую систему и возникает опасность перераспределения усилий в элементах решетки (растянутые элементы испытывают сжимающие усилия, и наоборот). Поэтому иногда возникает необходимость дополнительного усиления отдельных элементов решетки.

Наиболее распространенный характер повреждений стропильных ферм — погнутость стержней решетки, которая достигает 50...70 мм. В этом случае увеличивают сечение решетки или устанавливают предварительно напряженные элементы, снижающие искривления элементов решетки.

Существенного увеличения несущей способности фермы можно добиться установкой третьего пояса (шпренгельной системы) в пределах высоты фермы или (если допускает высота помещения) путем его закрепления в нижних опорных узлах. Такое усиление не требует дополнительных опор и может выполняться из высокопрочных канатов (пучков), обеспечивая минимальную материалоемкость усиления. Стойки шпренгельной системы выполняют из жестких профилей. Разгрузку существующей фермы осуществляют предварительным напряжением третьего пояса, поэтому его сечение должно быть достаточным для воспринятая максимальных напряжений при полной нагрузке фермы. Усилия в различных элементах конструкции суммируются из усилий, возникающих при предварительном напряжении третьего пояса, а также усилий, в статически неопределимой усиленной конструкции от всех нагрузок, приложенных после усиления.

Одним из способов усиления ферм является надстройка висячих (вантовых) систем, к которым подвешивается усиливаемая конструкция. Этот способ особенно эффективен, если ванты можно подвешивать к рядом стоящим более высоким и устойчивым сооружениям.

Усиления ферм можно добиться включением в их работу светоаэрационных фонарей. Наиболее эффективен этот метод при расположении фонарей не по середине пролета, а над колоннами в двух- и многопролетных цехах.

Как уже отмечалось, усиления верхнего пояса ферм можно добиться за счет включения 8 его работу железобетонных плит покрытия.

Усиление соединений. При недостаточной прочности сварных швов их усиливают увеличением длины.

Наращивание швов следует производить электродами Э42, Э42А или Э46Т диаметром не более 4 мм при силе тока не более 220 А со скоростью, при которой за один проход размер катета не превышает 8 мм. Для элементов из уголков новые швы следует накладывать, начиная со стороны обушка от края фасовки в направлении существующих швов. Сварку последующего шва производят только после охлаждения предыдущего до 100°C. При усилении швов напряжения в усиливаемом элементе не должны превышать 0,8Ry, где Ry-расчетное сопротивление стали. Усиление должны производить высококвалифицированные, сварщики не ниже 5-го разряда.

Усиление заклепочных соединений осуществляют высокопрочными болтами с предварительным напряжением. Болты устанавливают от середины узла к краям с помощью тарировочных ключей для измерения крутящих моментов. Из-за ослабления старых заклепок при установке новых высокопрочных болтов последние должны быть рассчитаны на воспринятие полной нагрузки.

Из-за различной жесткости сварных и болтовых соединений усиление последних при помощи сварки не рекомендуется.