При регулировании напряжений в конструкциях может возникнуть необходимость регулирования напряжений и в соединениях отдельных элементов, в усилении креплений стрежней в узлах и т.п.

При наварке нового шва в процессе наплавления металла электрода существующий шов будет разогреваться, образуя зону пластичности.

Участки шва в зоне пластичности не могут воспринимать приходящуюся на них нагрузку, и эта часть нагрузки будет восприниматься еще не усиленными холодными участками шва, а также уже усиленными, но достаточно остывшими.

Зона пластичности будет перемещаться вдоль шва, и напряжения в шве будут непрерывно распределяться по его длине.

Условной границей перехода металла шва от идеально упругого к идеально пластическому состоянию для практических расчетов принимают температуру 450°С. При t=450-550°С резко снижается модуль упругости и предел текучести. Максимальная температура шва непосредственно под электродом достигает 2200-2300°С.

Основной величиной, определяющей напряженное состояние шва, является зона пластичности «а» - участок длины шва, находящийся в результате сильного нагрева в пластическом состоянии, который не может воспринимать нагрузку. Зона пластичности зависит как от режима сварки, так и от теплотехнических характеристик сварного соединения.

Современное состояние разработки вопроса возможности регулирования напряжений в соединениях элементов м/к позволяет сделать следующие выводы:

1) Напряжения в сварных соединениях можно регулировать наложением новых сварных швов или, что более рационально, наплавкой на существующие швы дополнительных слоев; наплавка новых слоев сварных швов более рациональна, потому что в существующих нагруженных конструкциях, находящихся в напряженном состоянии, возможность наложения новых швов ограничена, а крепление к ним новых деталей, на которых можно разместить дополнительные швы, трудоемко.

2) Прочность сварных швов в процессе их усиления падает, причем наибольшая потеря прочности, зависящая от длины усиливаемых швов и режима сварки, составляет 10-20 % первоначальной прочности сварного узла (наибольшее падение прочности происходит, когда дуга находится на расстоянии 15-20 мм от начала сварки). Объясняется это тем, что в процессе наплавки усиливающего слоя шва в зоне дуги выключатся участок шва длиной примерно 50 мм за счет частичного расплавления и сильного нагрева металла; по мере передвижения дуги вдоль шва прочность его возрастает, так как в работу включаются ранее наложенные слои шва.

3) После усиления прочность сварных швов возрастает пропорционально увеличению сечений рабочих швов; в процессе усиления происходит некоторая потеря прочности не только сварных швов, но и деталей узла (фасонки, уголка, накладки и др.): при сварке вдоль действия усилий потери прочности меньше, чем при сварке поперек направления действующих усилий.

4) Регулирование напряжений в сварных швах под нагрузкой может выполняться как наплавкой, так и приваркой наклонных коротышей-пластин со стороны обушка уголка. При значительной протяженности угловых швов целесообразно выполнять их утолщение наваркой, для коротких же швов, например в узлах ферм, усиление прикрепления целесообразно выполнять приваркой коротышей-пластинок, перекрывающих швы у обушков уголков.

5) Усиление сварных швов наваркой следует производить, начиная с менее напряженных участков, например, усиление креплений стержней ферм в узлах начинать с конца уголка, а не от края фасонки.

6) В отдельных случаях при усилении существующих конструкций допускается усиление заклепочных соединений сваркой. При этом все усилия должно восприниматься сварным соединением. Это объясняется тем, что сварные швы, в силу их малой пластичности, разрушаются раньше, чем заклепки.

8 Расчет усиленных конструкций
по методу предельных состояний.

Расчет рекомендуется производить по первому предельному состоянию – по несущей способности.

Введем следующие обозначения:

σ, P , M – соответственно напряжение, усилие, изгибающий момент в конструкции после ее усиления и догрузки;

σ _c, P_c , M_c – соответственно напряжение, усилие, изгибающий момент в старом сечении конструкции перед усилением;

σ_доп, P _доп , M _доп –соответственно напряжение, усилие, изгибающий момент от дополнительной нагрузки;

F_c , W_c – соответственно площадь поперечного сечения и момент сопротивления старом сечении конструкции перед усилением;

F _ус , W _ус – соответственно площадь добавляемого металла (усиления) и дополнительный момент сопротивления;

W _об – общий момент сопротивления сечения после усиления;

γ_с – коэффициент условий работы;

R _у – расчетное сопротивление.

За предельное состояние растянутого усиленного стержня можно принимать такое состояние, при котором напряжения, равные расчетному сопротивлению, будут по всему усиленному сечению.

Тогда

,

откуда

1) ;

2) .

При изгибе

,

Откуда

3) ;

4) .

Расчет по формулам 1 и 2, учитывающим равномерное распределение напряжений по сечению, при растяжении и по формулам 3 и 4 при изгибе дает более экономичный подбор элементов усиления и достаточно хорошо согласуется с экспериментальными данными.

Расчет сжатых стержней производится по формуле

5) ,

где  – коэффициент продольного изгиба усиленного стержня.

Отсюда

6) .

В формулах 5 и 6 должно соблюдаться следующее условие:

.

Соблюдение этого необходимо потому, что в момент приварки усиливающих элементов получается неравномерный разогрев основного стержня.

Предварительно обследование конструкций и определение напряжений в конструкциях, находящихся под нагрузкой.

Сооружения (конструкции), в которых предполагается производить усиление и регулирование напряжений, должны быть предварительно осмотрены в натуре и выполнен их проверочных расчет.

В результате перерасчета может оказаться, что в силу имеющихся больших запасов прочности или недоучета других факторов, улучшающих работу конструкций и идущих в запас прочности, отпадает необходимость в регулировании напряжений или, наоборот, возникает необходимость еще и в дополнительном усилении отдельных элементов конструкции или их прикреплении.

Кроме осмотра конструкций и их перерасчета следует лабораторным путем определить механические характеристики материала, из которого выполнена конструкция, и, если конструкции старые, то проверить материал на свариваемость.

При проверочном расчете предварительно напряженных конструкций необходимо опытным путем определить усилие не только по величине, но и по знаку, поскольку в предварительно напряженных конструкциях не всегда справедливо обычное представление о сжатых или растянутых стержнях, известное из классической теории сооружений.

Особое значение при регулировании напряжений в предварительно напряженных конструкциях придается выявлению действительной величины предварительного напряжения в конструкции, находящейся под нагрузкой.

Не всегда бывает известно не только степень предварительного напряжения, полученная конструкцией при ее изготовлении, но и последовательность выполнения монтажа.

При обследовании конструкции в натуре в отдельных случаях целесообразно испытать их пробной нагрузкой.

Если временная нагрузка мала, по сравнению с постоянной, и не может вызвать больших дополнительных напряжений и деформаций, испытание пробной нагрузкой не проводят.

Для определения в каком-либо элементе конструкции или части сооружения фактических напряжений применяют различные методы.

9.1 Магнитометрический метод определения напряжений.

В настоящее время для оценки напряженного состояния арматуры в ж/б конструкциях разработан магнитометрический способ, который может быть использован и в м/к.

Этот метод позволяет определять напряжения в существующих конструкциях без их разрушения (высверливания, выпиливания).

Сущность метода заключается в следующем.

Магнитные свойства металла меняются в зависимости от степени его напряженного состояния. Одна магнитная головка аппаратуры устанавливается на исследуемый напряженный элемент конструкции, а вторая на эталонный образец. Затем эталонный образец растягивается до тех пор пока показания от первой и второй головок не будут одинаковыми. Зная растягивающую силу эталонного образца и площадь его поперечного сечения. Можно вычислить напряжение в эталонном образце, а следовательно и в исследуемом элементе конструкции.