Раскосы для стальных конструкций: зона напряжения, натяжение и поиск

Размещен заказ на поставку «прутка круглого сечения 16 мм, с резьбой на одном конце, длиной 4,8 м». Приходят стержни, вилки не подходят к резьбе, и при полном закручивании талрепов каждый стержень оказывается короче на 30 мм. Эта последовательность является повседневной реальностью торговли распорными стержнями: проблема редко возникает в стали, а в интерфейсах.

Стержневые распорки — одна из наименее привлекательных частей структурного пакета, однако именно они определяют, останется ли рама портала квадратной, будет ли стойка для труб воспринимать ветер без раскачивания и будет ли навес двигаться так, как заявлено в модели. Правильное решение зависит от нескольких конкретных цифр.

Что на самом деле делает распорка

Под воздействием ветра или сейсмических воздействий прямоугольная бухта стремится превратиться в параллелограмм. В пролете с X-образными связями одна диагональ удлиняется и провисает, а другая укорачивается и натягивается, перенося боковой сдвиг вниз к фундаменту. Стержень никогда не сопротивляется сжатию: поменяйте нагрузку, и противоположный стержень возьмет на себя управление. Это единственное поведение объясняет большинство последующих правил проектирования и поиска поставщиков.

Только напряжение и никогда в одиночестве

Один стержень не может защитить сустав от обратной нагрузки, поскольку он прогибается в момент изменения силы. В практических решениях используется как минимум две стержня на раскосный пролет или одна стержень плюс сжимающая распорка. Когда на чертеже изображена одинокая диагональ без сопутствующей стороны, стоит задаться вопросом, откуда дует расчетный ветер.

Корень потока задает емкость

Стержень с полной резьбой удобен, но площадь растягивающего напряжения меньше номинального хвостовика. Крупная резьба М16 дает площадь примерно 157 мм² против номинальных 201 мм², что примерно на 22 процента меньше. При давлении 8,8 бар и пределе текучести 640 МПа это дает предел текучести около 100 кН и рабочее напряжение около 60 кН. Если в конструкции предусмотрено усилие 70 кН, необходим более тяжелый стержень или более высокая марка — сам по себе номинальный диаметр вам ни о чем не говорит.

Концы работают сильнее, чем середина.

Вилки, проушины, косынки, анкерные заглушки и корпуса талрепов находятся на одном и том же пути нагрузки и обычно изготавливаются из разных материалов, на разных заводах и с разными покрытиями. Горячеоцинкованный талреп, соединенный со стержнем из черного оксида, гарантирует защиту от коррозии на первой витке. Выравнивание всей сборки дешевле, чем ее последующий ремонт.

Стержень, уголок или трубка: компромисс в цифрах

Причина, по которой стержневые распорки сохраняются, — это масса. Пруток диаметром 16 мм весит около 1,58 кг на метр; угол 50×50×5 сопоставимой прочности весит 3,77 кг на метр, и с ним гораздо сложнее обращаться на высоте. В приведенном ниже сравнении варианты сравниваются по критериям, которые фактически определяют решение о покупке.

Там, где рама действительно нуждается в способности к сжатию (например, в скрепленном пролете в сейсмической зоне), стержневые распорки перестают быть правильным решением, независимо от стоимости. Если речь идет только о ветре, удилище выигрывает по управляемости, грузоподъемности и размеру соединительных пластин.

Скрытая переменная: растяжение и ход талрепа.

Конструкторы редко проверяют, насколько растянется стержень между слабым состоянием и рабочим натяжением. Это число определяет, какую регулировку должен выдержать талреп, и оно не одинаково для разных диаметров. На графике показано упругое удлинение стержня длиной 6 м, натянутого с усилием 15 кН, при условии, что E = 205 ГПа.

Практический смысл заключается в том, что жесткий стержень большого диаметра имеет очень небольшую податливость, поэтому ошибка в длине обрезки почти один к одному приводит к провисанию или чрезмерному затягиванию распорки. Более тонкий стержень более прост в установке, но требует более широкого приемного окна. Как правило, рассчитывайте ход талрепа как рассчитанное растяжение плюс допустимый допуск на длину обрезки плюс около 10 мм остаточной резьбы, чтобы раскос можно было отрегулировать после того, как конструкция стабилизируется.

Еще одно последствие: стержни затягиваются вращением, поэтому резьба должна быть чистой и смазанной, иначе трение съест большую часть крутящего момента, прежде чем какое-либо напряжение достигнет стержня. Сухая оцинкованная резьба обычно требует на 30–40 процентов большего крутящего момента для того же натяжения, поэтому бригады на объекте в конечном итоге перетягивают и снимают корпус талрепа.

Где применяется стержневая распорка

Шаблоны заказов от производителя крепежа дают приблизительное представление о том, где в конечном итоге окажутся эти детали. Приведенное ниже разделение отражает то, как тоннаж обычно распределяется по приложениям; это ориентировочная фотография, а не исследование рынка.

Стоит отметить модернизированный фрагмент. Старые рамы часто повторно закрепляются после изменения использования, и здесь стержень выбирается из-за его допуска к несовершенной геометрии, а не из-за его прочности. Стержень с запасным натяжителем длиной 50 мм часто более ценен при модернизации, чем шток с дополнительной нагрузкой 10 кН.

Выбор и поиск распорного стержня

Процесс спецификации будет коротким, если он выполняется в правильном порядке. Каждый приведенный ниже шаг устраняет режим отказа, который повторяется достаточно часто, чтобы его можно было предсказать.

ASTM A193 B7 Резьбовые стержни из легированной стали Высокопрочные хромомолибденовые стержни B7 для работы при повышенных температурах или граничных давлениях, доступны с оцинкованной, черной оксидной или горячеоцинкованной отделкой. Посмотреть продукт →

ASTM A320 L7 Стержень с полной резьбой Стержень с полной резьбой из легированной стали L7 для морской эксплуатации, доступен в исполнении из HDG, цинка или черного оксида; проверьте длину готового отрезка и очистите скошенные концы. Посмотреть продукт →

Длины прикладов из легированной стали B7 и L7, а также из простой углеродистой стали марки 8,8 покрывают большую часть того, что нужно комплекту раскосов; переменной величиной обычно является длина резки и качество поверхности, а не сам материал.

Стержень с полной резьбой из углеродистой стали класса 8.8 Раскосный стержень M16×300 из простой углеродистой стали класса 8,8 с оцинкованной или черной отделкой; Стандартная длина подходит для комплектов распорок, где длина обрезки и отделка различаются. Посмотреть продукт →

Осмотр, техническое обслуживание и существенные пробелы в соблюдении требований

Распорный стержень, правильно собранный и натянутый в первый же день, может оставаться без нагрузки два года спустя. Важные проверки просты и в основном визуальны.

• Проверка натяжения при передаче и после первого ветрового сезона. Стержень, который можно перемещать вручную, не работает. Пометьте талреп и резьбу краской, чтобы движение было видно.
• Покрытие повреждено при транспортировке. Оцинкованные стержни, обработанные цепными стропами, теряют слой именно в месте контакта с вилкой. Подкрашивайте краской с высоким содержанием цинка до монтажа, а не после.
• Обнажение нити. Любая резьба, выступающая за талреп, должна иметь то же покрытие, что и стержень. Оголенные концы — это первое место, где появляется ржавчина и появляется усталостная трещина на вибрирующей конструкции.
• Документация. Результаты удара по Шарпи для L7, показания толщины покрытия при горячем погружении и прослеживаемость до номера плавки — вот три пункта, которые запросит аудитор. Храните их вместе с монтажными чертежами, а не в архиве проекта.

Ничто из этого не является экзотической инженерией. Распорный стержень представляет собой простой, эффективный элемент, работающий только на растяжение, и он остается надежным, когда зона напряжения, припуск и покрытие указаны явно, а не вытекают из фотографии в каталоге. Сбои, которые случаются, почти всегда связаны с тем, что один из этих трех номеров остается в цеху.