RU199895U1 - TWO-TURN BENDED LOCKED PROFILE WITH TUBULAR SHELVES AND PERFORATED WALL - Google Patents
TWO-TURN BENDED LOCKED PROFILE WITH TUBULAR SHELVES AND PERFORATED WALL Download PDFInfo
- Publication number
- RU199895U1 RU199895U1 RU2020122119U RU2020122119U RU199895U1 RU 199895 U1 RU199895 U1 RU 199895U1 RU 2020122119 U RU2020122119 U RU 2020122119U RU 2020122119 U RU2020122119 U RU 2020122119U RU 199895 U1 RU199895 U1 RU 199895U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- profile
- height
- shelves
- bent
- cutouts
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E04—BUILDING
- E04C—STRUCTURAL ELEMENTS; BUILDING MATERIALS
- E04C3/00—Structural elongated elements designed for load-supporting
- E04C3/02—Joists; Girders, trusses, or trusslike structures, e.g. prefabricated; Lintels; Transoms; Braces
- E04C3/04—Joists; Girders, trusses, or trusslike structures, e.g. prefabricated; Lintels; Transoms; Braces of metal
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Architecture (AREA)
- Civil Engineering (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Rod-Shaped Construction Members (AREA)
Abstract
Предлагаемое техническое решение относится к области строительства и может быть использовано в качестве балочных элементов при разработке несущих конструкций зданий и сооружений различного назначения. В частности, это могут быть элементы прогонов, ригелей, балок.Техническим результатом предлагаемого решения является достаточная местная (локальная) и общая устойчивость двутавровых гнутозамкнутых профилей из плоскости и в плоскости несущей конструкции, повышение жесткости, снижение наклепа металла, расширение области рационального применения, а также уменьшение дополнительных затрат и расхода конструкционного материала.Указанный технический результат достигается тем, что в двутавровом гнутозамкнутом профиле трубчатые полки и перфорированная стенка сопряжены друг с другом посредством зубчатых замыканий продольных кромок и взаимного опирания в зонах контакта двух его плоских листовых заготовок и двух его перфорированных листовых заготовок швеллерной формы, у которых отгибы выполнены в виде выкружек радиусом, равным половине ширины полок, а вертикальные участки снабжены вырезами с зубчатыми замыканиями кромок по всему периметру каждого из этих вырезов. Перфорация стенки и прочность на изгиб максимальны, когда высота вырезов достигает 0,6844 высоты профиля и отношение габаритных размеров профиля по ширине и высоте равно 1/3,168.The proposed technical solution relates to the field of construction and can be used as beam elements in the development of load-bearing structures of buildings and structures for various purposes. In particular, these can be elements of girders, girders, beams. The technical result of the proposed solution is sufficient local (local) and general stability of I-beams bent out of the plane and in the plane of the supporting structure, increasing rigidity, reducing metal work hardening, expanding the area of rational use, and also a decrease in additional costs and consumption of structural material. The specified technical result is achieved by the fact that in the I-beam bent-closed profile the tubular shelves and the perforated wall are connected to each other by means of toothed closures of the longitudinal edges and mutual support in the contact zones of its two flat sheet blanks and two of its perforated sheet U-shaped blanks, in which the bends are made in the form of fillets with a radius equal to half the width of the shelves, and the vertical sections are provided with cutouts with serrated edges along the entire perimeter of each of these cutouts. Wall perforation and bending strength are maximum when the height of the notches reaches 0.6844 of the profile height and the ratio of the overall dimensions of the profile in width and height is 1 / 3.168.
Description
Предлагаемое техническое решение относится к области строительства и может быть использовано в качестве балочных элементов при разработке несущих конструкций зданий и сооружений различного назначения. В частности, это могут быть элементы прогонов, ригелей, балок.The proposed technical solution relates to the field of construction and can be used as beam elements in the development of load-bearing structures of buildings and structures for various purposes. In particular, these can be elements of purlins, crossbars, beams.
Известна стальная составная балка двутаврового сечения, у которой верхнюю и нижнюю полки, а также вертикальную стенку образует пара гнутых тонкостенных профилей. Плоские участки этих профилей для формирования вертикальной стенки соединены между собой загибами выштампованных шпилек, взаимно входящих в образованные отверстия от выштамповки. Продольные кромки горизонтальных участков тех же парных профилей для формирования трубчатых (полостных) полок загнуты до соприкосновения с противоположной гранью и соединены сваркой [Замалиев Ф.С., Замалиев Э.Ф., Замалиев Э.Ф. Стальная составная балка. - Патент №176505, 22.01.2018, бюл. №3]. Однако сварные соединения ограничивают минимальную толщину свариваемых элементов и не позволяют применять оцинкованную сталь, которая обеспечивает высокую стойкость конструкции против коррозии. При этом использование выштампованных шпилек и их отверстий сопровождается определенным ростом дополнительных затрат.Known steel composite beam of I-section, in which the upper and lower flanges, as well as the vertical wall forms a pair of bent thin-walled profiles. The flat sections of these profiles to form a vertical wall are interconnected by bends of stamped pins, mutually entering the formed holes from the stamping. The longitudinal edges of the horizontal sections of the same paired profiles for the formation of tubular (cavity) shelves are bent until they touch the opposite face and are connected by welding [FS Zamaliev, EF Zamaliev, EF Zamaliev. Steel composite beam. - Patent No. 176505, 22.01.2018, bul. Number 3]. However, welded joints limit the minimum thickness of the welded elements and do not allow the use of galvanized steel, which provides a high resistance to corrosion of the structure. At the same time, the use of stamped pins and their holes is accompanied by a certain increase in additional costs.
Другим известным техническим решением является многопролетная несущая конструкция (балка), включающая трубчатый (пустотелый) профиль из двух криволинейных стенок и двух плоских полок (верхней и нижней). Обе стенки приварены к полкам и, будучи вогнутыми вовнутрь, объединены стяжными шпильками в зоне их контакта, что придает пустотелому профилю конструкции двутавровое очертание [Веселов В.В., Федоров A.M. Многопролетная несущая балка. - Патент №176462, 19.01.2018, бюл. №2]. Как и в предыдущем случае, сварка ограничивает минимальную толщину свариваемых элементов и не позволяет применять оцинкованную сталь, а стяжные шпильки и их отверстия вызывают определенный рост дополнительных затрат.Another well-known technical solution is a multi-span supporting structure (beam), including a tubular (hollow) profile of two curved walls and two flat shelves (upper and lower). Both walls are welded to the shelves and, being concave inwardly, are united by tie rods in the zone of their contact, which gives the hollow profile of the structure an I-beam [Veselov V.V., Fedorov A.M. Multi-span structural beam. - Patent No. 176462, 19.01.2018, bul. No. 2]. As in the previous case, welding limits the minimum thickness of the welded elements and does not allow the use of galvanized steel, and tie rods and their holes cause a certain increase in additional costs.
Известно еще одно техническое решение (принятое за аналог) в виде двутаврового гнутозамкнутого профиля из двух плоских и двух вогнутых вовнутрь листовых заготовок дугообразной формы. Листовые заготовки прикреплены друг к другу посредством зубчатых замыканий продольных кромок и взаимно оперты в зоне их контакта. В поперечном сечении дугообразные заготовки имеют форму круглых полуколец, диаметр которых равен ширине профиля. Горизонтальные грани плоских заготовок и полукольцевые грани дугообразных заготовок после замыкания их зубчатых креплений формируют пару трубчатых полок треугольного очертания [Марутян А.С. Двутавровый гнутозамкнутый профиль. - Патент №2680560, 22.02.2019, бюл. №6]. Такой профиль, имея компактную форму поперечного сечения с равными габаритами по ширине и высоте, достаточно эффективно сопротивляется продольным нагрузкам, приложенным центрально и с эксцентриситетами, что характерно для таких стержневых элементов, как стойки и колонны. Однако для силового сопротивления поперечным нагрузкам и воздействиям, свойственным балочным конструкциям, более эффективна форма двутаврового профиля с вытянутым по высоте распределением конструкционного материала, включая максимальную перфорацию его стенки. Применительно к двутавровым гнутозамкнутым профилям перфорации их стенок можно придать дополнительное функциональное назначение в виде формирования вырезов различных очертаний с зубчатыми замыканиями кромок по всему периметру каждого из этих вырезов. Такие замыкания могут обеспечить необходимые связи вытянутого по высоте составного сечения и усилить кромки вырезов перфорированной стенки. Обозначенная проработка двутавровых гнутозамкнутых профилей с перфорированными стенками, дополненная оптимизацией расчетных параметров, может способствовать расширению области их рационального применения.Another technical solution (taken as an analogue) is known in the form of an I-beam bent-closed profile of two flat and two inwardly concave sheet blanks of an arcuate shape. The sheet blanks are attached to each other by means of serrated closures of the longitudinal edges and are mutually supported in their contact zone. In cross-section, the arcuate blanks have the form of circular half-rings, the diameter of which is equal to the profile width. The horizontal faces of flat blanks and semicircular faces of arcuate blanks, after closing their gear fasteners, form a pair of tubular shelves of triangular shape [Marutyan A.S. I-beam bent-closed profile. - Patent No. 2680560, 22.02.2019, bul. No. 6]. Such a profile, having a compact cross-sectional shape with equal dimensions in width and height, quite effectively resists longitudinal loads applied centrally and with eccentricities, which is typical for such rod elements as posts and columns. However, for the force resistance to lateral loads and influences inherent in beam structures, the shape of an I-profile with an elongated distribution of structural material, including the maximum perforation of its wall, is more effective. With regard to I-beams, bent-closed perforation profiles of their walls can be given additional functionality in the form of the formation of cuts of various shapes with toothed closures of the edges along the entire perimeter of each of these cuts. Such closures can provide the necessary connections for an elongated composite section and strengthen the edges of the cutouts of the perforated wall. The indicated study of I-beams bent-closed profiles with perforated walls, supplemented by the optimization of design parameters, can contribute to expanding the area of their rational use.
Наиболее близким к предлагаемому (принятым в качестве прототипа) является техническое решение, представляющее собой двутавровый гнутозамкнутый профиль с параллельными гранями полок и перфорированной стенкой из двух плоских листовых заготовок и двух перфорированных листовых заготовок с прямоугольными отгибами швеллерной формы. Горизонтальные грани плоских заготовок и такие же грани швеллерных заготовок после замыкания их зубчатых креплений формируют пару плоских полок двутаврового профиля с параллельными гранями. Вертикальные грани швеллерных заготовок взаимно оперты, снабжены вырезами и формируют перфорированную стенку двутаврового профиля после замыкания их зубчатых креплений, расположенных по всему периметру каждого из этих вырезов. Прочность на изгиб такого профиля максимальна, если его габарит по высоте больше габарита по ширине в 3…4 раза, когда высота вырезов составляет 0,7…0,8 высоты профиля, а также, если его габарит по высоте больше габарита по ширине в 5,9…6 раз, когда высота вырезов составляет 0,1…0,2 высоты профиля [Марутян А.С. Двутавровый гнутозамкнутый профиль с перфорированной стенкой. - Патент №2715778, 03.03.2020, бюл. №7]. При всей своей оптимальности прототип имеет два основных недостатка: по жесткости его плоские полки уступают трубчатым полкам треугольного очертания аналога, а по наклепу металла его листовые заготовки швеллерной формы с прямоугольными отгибами еще больше уступают полукруглым заготовкам того же аналога.The closest to the proposed one (adopted as a prototype) is a technical solution, which is an I-beam bent-closed profile with parallel flange edges and a perforated wall of two flat sheet blanks and two perforated sheet blanks with rectangular channel-shaped bends. The horizontal faces of flat blanks and the same faces of channel blanks, after closing their gear fastenings, form a pair of flat flanges of an I-profile with parallel faces. The vertical faces of the channel blanks are mutually supported, provided with cutouts and form a perforated wall of the I-profile after closing their gear mountings located along the entire perimeter of each of these cutouts. The bending strength of such a profile is maximum if its overall height is 3 ... 4 times greater than the width of the profile, when the height of the cutouts is 0.7 ... 0.8 of the profile height, and also if its height is greater than the width of 5 , 9 ... 6 times, when the height of the notches is 0.1 ... 0.2 of the profile height [Marutyan A.S. I-beam bent-closed profile with a perforated wall. - Patent No. 2715778, 03.03.2020, bul. No. 7]. For all its optimality, the prototype has two main drawbacks: in terms of rigidity, its flat shelves are inferior to the tubular shelves of a triangular outline of the analog, and according to the work-hardening of the metal, its channel-shaped sheet blanks with rectangular bends are even more inferior to the semicircular blanks of the same analog.
Техническим результатом предлагаемого решения является достаточная местная (локальная) и общая устойчивость двутавровых гнутозамкнутых профилей из плоскости и в плоскости несущей конструкции, повышение жесткости, снижение наклепа металла, расширение области рационального применения, а также уменьшение дополнительных затрат и расхода конструкционного материала.The technical result of the proposed solution is sufficient local (local) and general stability of I-beam bent-closed profiles from the plane and in the plane of the supporting structure, increasing rigidity, reducing metal work hardening, expanding the area of rational use, as well as reducing additional costs and consumption of structural material.
Указанный технический результат достигается тем, что в двутавровом гнутозамкнутом профиле трубчатые полки и перфорированная стенка сопряжены друг с другом посредством зубчатых замыканий продольных кромок и взаимного опирания в зонах контакта двух его плоских листовых заготовок и двух его перфорированных листовых заготовок швеллерной формы, у которых отгибы выполнены в виде выкружек радиусом, равным половине ширины полок, а вертикальные участки снабжены вырезами с зубчатыми замыканиями кромок по всему периметру каждого из этих вырезов. Перфорация стенки и прочность на изгиб максимальны, когда высота вырезов достигает 0,6844 высоты профиля и отношение габаритных размеров профиля по ширине и высоте равно 1/3,168.The specified technical result is achieved by the fact that in the I-beam bent-closed profile, the tubular shelves and the perforated wall are mated to each other by means of toothed closures of the longitudinal edges and mutual support in the contact zones of two of its flat sheet blanks and two of its perforated sheet blanks of a channel shape, in which the bends are made in in the form of fillets with a radius equal to half the width of the flanges, and the vertical sections are provided with cutouts with serrated edges along the entire perimeter of each of these cutouts. Wall perforation and bending strength are maximal when the height of the notches reaches 0.6844 of the profile height and the ratio of the overall dimensions of the profile in width and height is 1 / 3.168.
Предлагаемый двутавровый гнутозамкнутый профиль обладает достаточно универсальным техническим решением, с реализацией которого для его изготовления можно использовать листовые заготовки одинаковой и разной толщины, как с зубчатыми замыканиями, так и со сварными, болтовыми или заклепочными соединениями. Для изготовления гнутозамкнутых профилей без сварных, болтовых или заклепочных соединений параметры зубчатых продольных кромок их листовых заготовок целесообразно подобрать так, чтобы одним зигзагообразным резом формировать кромки сразу двух заготовок. Издержки производства при этом будут минимальными, что обеспечит уменьшение дополнительных затрат. К тому же загибы зубчатых креплений гнутозамкнутых профилей увеличивают толщину смятия, что может способствовать определенному росту несущей способности соединений тонкостенных элементов, работающих в основном на сдвиг [Кузнецов И.Л., Фахрутдинов А.Ф., Рамазанов P.P. Результаты экспериментальных исследований работы соединений тонкостенных элементов на сдвиг.- Вестник МГСУ, 2016, №12. - С. 34-43]. Кроме того, загибы зубчатых креплений обеспечивают сохранение местной (локальной) устойчивости и формы сечения тонкостенных элементов до достижения предельного состояния, что позволяет рассчитывать не редуцированные сечения, а сечения нетто [Белый Г.И. К определению редуцированных сечений стержневых элементов легких стальных тонкостенных конструкций. - Вестник гражданских инженеров, 2017, №6. - С. 33-37]. Следует добавить, что загибы зубчатых креплений, распределенные равномерно по стенкам и полкам на всем протяжении двутаврового гнутозамкнутого профиля, сохраняют его цельность и монолитность в большей степени, чем зоны контакта с трением соединения фальцевого типа в прямоугольном профиле балки с креплениями торцов к зацепам, что позволило считать поперечное сечение балки монолитным [Яковлева Е.Л., Атавин И.В., Казакова Ю.Д., Максудов И.Х. Прочностные характеристики тонкостенных элементов. - Строительство уникальных зданий и сооружений, 2017, №12. - С. 125-139].The proposed I-beam bent-closed profile has a sufficiently versatile technical solution, with the implementation of which sheet blanks of the same and different thickness can be used for its manufacture, both with toothed closures and with welded, bolted or riveted joints. For the manufacture of bent-closed profiles without welded, bolted or riveted joints, the parameters of the serrated longitudinal edges of their sheet blanks should be selected so that the edges of two blanks are formed with one zigzag cut. At the same time, production costs will be minimal, which will ensure a decrease in additional costs. In addition, the bends of the gear fastenings of the bent-closed profiles increase the crushing thickness, which can contribute to a certain increase in the bearing capacity of the joints of thin-walled elements, working mainly in shear [Kuznetsov I.L., Fakhrutdinov A.F., Ramazanov P.P. The results of experimental studies of the work of joints of thin-walled elements in shear. - Vestnik MGSU, 2016, No. 12. - S. 34-43]. In addition, the bends of the gear fastenings ensure the preservation of local (local) stability and the shape of the section of thin-walled elements until the limiting state is reached, which makes it possible to calculate not reduced sections, but net sections [Bely G.I. To the definition of reduced sections of bar elements of light steel thin-walled structures. - Bulletin of civil engineers, 2017, No. 6. - S. 33-37]. It should be added that the bends of the gear fasteners, distributed evenly along the walls and shelves throughout the I-beam bent-closed profile, preserve its integrity and solidity to a greater extent than the zones of contact with friction of a folded-type connection in a rectangular profile of a beam with end-to-hook fastenings, which allowed consider the cross-section of the beam to be monolithic [Yakovleva EL, Atavin IV, Kazakova Yu.D., Maksudov I.Kh. Strength characteristics of thin-walled elements. - Construction of unique buildings and structures, 2017, No. 12. - S. 125-139].
Расчет оптимальной компоновки прототипа, коим является двутавровый гнутозамкнутый профиль с параллельными гранями полок и перфорированной стенкой, выполнен с учетом ограничений размеров по высоте вырезов в перфорированной стенке [Стальные здания в Европе. Многоэтажные стальные здания. Часть 2. Основные проектные решения / Ассоциация стального строительства. - М.: Аксиом Графике Юнион, 2017. - С. 56, рис. 5.7]: для прямоугольных отверстийThe calculation of the optimal layout of the prototype, which is an I-beam bent-closed profile with parallel flange edges and a perforated wall, is made taking into account the size restrictions on the height of the cutouts in the perforated wall [Steel buildings in Europe. Multi-storey steel buildings.
h≤0,7V;h≤0.7V;
для круглых отверстийfor round holes
h≤0,SV,h≤0, SV,
где h - высота вырезов; V - высота профиля.where h is the height of the cutouts; V is the profile height.
Подобные ограничения для двутаврового гнутозамкнутого профиля с трубчатыми полками и перфорированной стенкой заключаются в особенностях его конструктивно-компоновочного решения и определяются размерами плоских участков стенки между выкружами полок.Such restrictions for an I-beam bent-closed profile with tubular flanges and a perforated wall lie in the peculiarities of its structural and layout solution and are determined by the dimensions of the flat sections of the wall between the fillets of the flanges.
Предлагаемое техническое решение поясняется графическими материалами, где на:The proposed technical solution is illustrated by graphic materials, where:
фиг. 1 показан боковой вид двутаврового гнутозамкнутого профиля с трубчатыми полками и прямоугольными вырезами перфорированной стенки;fig. 1 shows a side view of an I-beam bent-closed profile with tubular shelves and rectangular cutouts of the perforated wall;
фиг. 2 - боковой вид двутаврового гнутозамкнутого профиля с трубчатыми полками и круглыми вырезами перфорированной стенки;fig. 2 is a side view of an I-beam bent-closed profile with tubular shelves and round cutouts of the perforated wall;
фиг. 3 - боковой вид двутаврового гнутозамкнутого профиля с трубчатыми полками и шестиугольными вырезами перфорированной стенки;fig. 3 is a side view of an I-beam bent-closed profile with tubular shelves and hexagonal cutouts of the perforated wall;
фиг. 4 - боковой вид двутаврового гнутозамкнутого профиля с трубчатыми полками и ромбическими вырезами перфорированной стенки;fig. 4 is a side view of an I-beam bent-closed profile with tubular shelves and rhombic notches of the perforated wall;
фиг. 5 - боковой вид двутаврового гнутозамкнутого профиля с трубчатыми полками и овальными вырезами перфорированной стенки;fig. 5 is a side view of an I-beam bent-closed profile with tubular shelves and oval cutouts of the perforated wall;
фиг. 6 - вид сверху (или снизу) двутаврового гнутозамкнутого профиля с трубчатыми полками и перфорированной стенкой;fig. 6 is a top (or bottom) view of an I-beam bent-closed profile with tubular shelves and a perforated wall;
фиг. 7 представлен поперечный разрез двутаврового гнутозамкнутого профиля с трубчатыми полками в пределах одного из вырезов его перфорированной стенки;fig. 7 shows a cross-section of an I-beam bent-closed profile with tubular shelves within one of the cutouts of its perforated wall;
фиг. 8 - расчетная схема поперечного сечения двутаврового гнутозамкнутого профиля с трубчатыми полками в пределах одного из вырезов его перфорированной стенки;fig. 8 - design diagram of the cross-section of an I-beam bent-closed profile with tubular shelves within one of the cutouts of its perforated wall;
фиг. 9 - аксонометрия фрагмента двутаврового гнутозамкнутого профиля с трубчатыми полками и прямоугольными вырезами его перфорированной стенки в разобранном виде;fig. 9 is an exploded perspective view of a fragment of an I-beam bent-closed profile with tubular shelves and rectangular cutouts of its perforated wall;
фиг. 10 приведены графики изменений основных расчетных параметров двутаврового гнутозамкнутого профиля с трубчатыми полками в зависимости от роста относительной высоты h/V вырезов его перфорированной стенки.fig. 10 shows graphs of changes in the main design parameters of an I-beam bent-closed profile with tubular shelves, depending on the growth of the relative height h / V of the notches of its perforated wall.
Для количественной оценки ресурсов несущей способности двутаврового гнутозамкнутого профиля с трубчатыми полками и перфорированной стенкой целесообразно рассчитать площадь, а также моменты инерции его сечения Ix и Iy относительно главных центральных осей. Здесь очевидно, что сечение такого профиля можно считать составной фигурой, включающей пару горизонтальных прямоугольников размерами t×U, образующих горизонтальные грани трубчатых полок, две пары выкружек радиусом R=0,5U, образующих наклонные грани тех же полок, а также одну пару вертикальных прямоугольников размерами t×(V-U) с вырезами размерами или без вырезов (h=0), образующих перфорированную стенку, где t - толщина листовой заготовки, U - размер ширины профиля, V - размер высоты профиля, h - высота выреза перфорированной стенки. Расчетные выкладки при этом допустимо выполнять по средней линии тонкостенного сечения без учета угловых закруглений и без учета численных величин, содержащих значения толщины, возведенной во вторую и третью степень (t2, t3) [Марутян А.С. Оптимизация конструкций из трубчатых (гнутосварных) профилей квадратных (прямоугольных) и ромбических сечений. - Строительная механика и расчет сооружений, 2016, №1. - С. 30-38]. Угловые закругления в предлагаемом двутавровом гнутозамкнутом профиле отсутствуют, и этим он отличается от модификации двутаврового гнутосварного профиля с двойной стенкой и одним сварным швом [Марутян А.С. Двутавровый гнутосварной профиль. - Патент №2686762, 30.04.2019, бюл. №13]. Кроме того, если сварной профиль выполнен из единой листовой заготовки, то составное сечение гнутозамкнутого профиля включает две пары листовых заготовок. Однако принятые расчетно-теоретические предпосылки и одинаковые очертания профилей позволяют повторно применить уже апробированные выкладки:For a quantitative assessment of the resources of the bearing capacity of an I-beam bent-closed profile with tubular shelves and a perforated wall, it is advisable to calculate the area, as well as the moments of inertia of its section I x and I y relative to the main central axes. Here it is obvious that the cross-section of such a profile can be considered a composite figure, including a pair of horizontal rectangles with dimensions t × U, forming the horizontal edges of the tubular shelves, two pairs of fillets with a radius of R = 0.5U, forming the inclined edges of the same shelves, and one pair of vertical rectangles dimensions t × (VU) with cutouts dimensions or without cuts (h = 0) forming a perforated wall, where t is the thickness of the sheet blank, U is the size of the profile width, V is the size of the profile height, h is the height of the cut of the perforated wall. In this case, it is permissible to carry out the calculated calculations along the middle line of a thin-walled section without taking into account the angular roundings and without taking into account the numerical values containing the values of the thickness raised to the second and third powers (t 2 , t 3 ) [Marutyan A.S. Optimization of structures from tubular (bent-welded) profiles of square (rectangular) and rhombic sections. - Structural mechanics and calculation of structures, 2016, No. 1. - S. 30-38]. Corner roundings in the proposed I-beam bent-closed profile are absent, and this differs from the modification of the I-beam bend-welded profile with a double wall and one welded seam [Marutyan A.S. I-beam bent-welded profile. - Patent No. 2686762, 30.04.2019, bul. No. 13]. In addition, if the welded profile is made of a single sheet blank, then the composite section of the bent-closed profile includes two pairs of sheet blanks. However, the accepted theoretical and theoretical prerequisites and the same outlines of the profiles make it possible to reapply the already approved calculations:
где n - отношение размеров ширины и высоты профиля, n=V/U.where n is the ratio of the dimensions of the width and height of the profile, n = V / U.
С другой стороны, расчетные формулы можно получить, если условно принять, что один двутавровый гнутозамкнутый профиль с трубчатыми полками и перфорированной стенкой скомпонован из двух таких же швеллерных профилей, у каждого из которых изъята вертикальная грань сечением t×V [1. Марутян А.С. Швеллерный гнутозамкнутый профиль с перфорированной стенкой. - Патент №197291, 20.04.2020, бюл. №11; 2. Марутян А.С. Сравнительный расчет оптимальных параметров швеллерных гнутых и гнутозамкнутых профилей. - Строительная механика инженерных конструкций и сооружений, 2019, т. 15, №6. - С. 415-432]:On the other hand, the calculation formulas can be obtained if it is conventionally assumed that one I-beam bent-closed profile with tubular shelves and a perforated wall is composed of two of the same channel profiles, each of which has a vertical facet with a section t × V removed [1. A. S. Marutyan Channel bent closed profile with a perforated wall. - Patent No. 197291, 20.04.2020, bul. # 11; 2. Marutyan A.S. Comparative calculation of the optimal parameters of bent and bent-closed channels. - Construction mechanics of engineering structures and structures, 2019, vol. 15, No. 6. - S. 415-432]:
где - площадь и осевой момент инерции расчетного сечения нетто швеллерного профиля; - размер ширины расчетного сечения нетто швеллерного профиля, - отношение размеров ширины и высоты расчетного сечения нетто швеллерного профиля, - размер высоты расчетного сечения нетто швеллерного профиля, Where - area and axial moment of inertia of the calculated net section of the channel profile; - the size of the width of the calculated net section of the channel profile, - the ratio of the dimensions of the width and height of the calculated net section of the channel profile, - the size of the height of the calculated net section of the channel profile,
Как видно, расчетные формулы практически совпали, что можно условно принять в качестве их контрольной проверки и применить для решения оптимизационной задачи. Эта задача представляет собой расчет оптимальной компоновки составного сечения двутаврового гнутозамкнутого профиля с трубчатыми полками и перфорированной стенкой, когда его прочность на изгиб и перфорация стенки максимальны: (где А - площадь сечения исходной заготовки, подлежащей зигзагообразному резу на две пары заготовок).As you can see, the calculation formulas practically coincided, which can be conventionally taken as their control check and applied to solve the optimization problem. This problem is the calculation of the optimal layout of a composite section of an I-beam bent-closed profile with tubular shelves and a perforated wall, when its bending strength and wall perforation are maximum: (where A is the cross-sectional area of the original workpiece to be zigzag cut into two pairs of workpieces).
Для начала решения поставленной задачи целесообразно рассмотреть расчетный случай без вырезов в стенке двутаврового профиля (h=0), который имеет практическое значение также и для сварной его модификации:To start solving the problem, it is advisable to consider the calculated case without cutouts in the wall of the I-profile (h = 0), which is also of practical importance for its welded modification:
Чтобы найти экстремальное значение момента сопротивления Wx его формулу необходимо продифференцировать по переменной n:To find the extreme value of the moment of resistance W x, its formula must be differentiated by the variable n:
Приравняв к нулю производную можно получить уравнение четвертой степениEquating to zero the derivative you can get the equation of the fourth degree
с корнямиwith roots
Практическое значение для продолжения выкладок имеет третий корень когда двутавровый профиль является балочным элементом с наибольшим по абсолютной величине значением прочностной характеристики поперечного сечения, то естьThe third root is of practical importance for the continuation of calculations. when the I-profile is a beam element with the largest absolute value of the strength characteristic of the cross section, that is
при h=0for h = 0
где дальнейшие численные выкладки более наглядны в сравнении с соответствующими расчетными параметрами, принятыми в качестве эталонных (100-процентных) значений.where further numerical calculations are more illustrative in comparison with the corresponding calculated parameters taken as reference (100 percent) values.
Продолжение оптимизационного расчета двутаврового гнутозамкнутого профиля с трубчатыми полками и перфорированной стенкой по сечению с вырезом имеет следующий вид:The continuation of the optimization calculation of an I-beam bent-closed profile with tubular shelves and a perforated wall along the section with a cutout is as follows:
при h=0,1Vat h = 0.1V
где Ix,0 - осевой момент инерции расчетного сечения нетто профиля без вырезов в стенке (h=0); tw - толщина стенки профиля, tw=2t.where I x, 0 is the axial moment of inertia of the calculated net section of the profile without cutouts in the wall (h = 0); t w - profile wall thickness, t w = 2t.
Как видно, размер высоты вырезов в перфорированной стенке превысил 1/10 часть максимального значения, а основные характеристики расчетного сечения нетто мало изменились. Поэтому для сравнительно небольших вырезов, уменьшающих отходы конструкционного материала, но обеспечивающих цельность составного сечения, достаточно приемлемы расчетные параметры в пределах n=U/V=1/5,22…1/5,2 при h/V=0…0,l.As you can see, the size of the height of the cutouts in the perforated wall exceeded 1/10 of the maximum value, and the main characteristics of the calculated net section changed little. Therefore, for relatively small cutouts that reduce waste of structural material, but ensure the integrity of the composite section, the design parameters are quite acceptable within the range n = U / V = 1 / 5.22 ... 1 / 5.2 at h / V = 0 ... 0, l ...
Последовательно наращивая размер высоты вырезов перфорированной стенки, его можно приблизить к максимальному значению:By successively increasing the size of the height of the cutouts of the perforated wall, it can be brought closer to the maximum value:
при h=0,6Vat h = 0.6V
при h=0,7Vat h = 0.7V
Поскольку размер высоты вырезов в перфорированной стенке превысил максимальное значение, и соответственно их отношение оказалось больше единицы, то на практике это значит, что зона перфорации охватила всю стенку и частично переместилась в пределы трубчатых полок, нарушив тем самым принятую систему компоновки составного сечения двутаврового профиля.Since the size of the height of the cutouts in the perforated wall exceeded the maximum value, and, accordingly, their ratio turned out to be more than one, then in practice this means that the perforation zone covered the entire wall and partially moved into the limits of the tubular shelves, thereby violating the accepted system of arrangement of the composite section of the I-profile.
Остается методом последовательных приближений уточнить расчетные параметры того сечения, где размер высоты вырезов в перфорированной стенке совпадает с максимальным значением, и соответственно их отношение равно единице:It remains by the method of successive approximations to clarify the calculated parameters of the section where the size of the height of the cutouts in the perforated wall coincides with the maximum value, and, accordingly, their ratio is equal to unity:
при h=0,684375Vat h = 0,684375V
Таким образом, полученные результаты расчета оптимальной компоновки составного сечения двутаврового гнутозамкнутого профиля с трубчатыми полками и перфорированной стенкой позволяют заключить, что его прочность на изгиб и перфорация стенки максимальны, то есть при h/V=0, 6844 и n=U/V=1/3,168.Thus, the obtained results of calculating the optimal layout of a composite section of an I-beam bent-closed profile with tubular shelves and a perforated wall allow us to conclude that its bending strength and wall perforation are maximum, that is, with h / V = 0, 6844 and n = U / V = 1 / 3.168.
Практическое значение имеет дальнейшее уточнение расчетных характеристик предлагаемых профилей с добавлением зубчатых креплений взамен сварных, болтовых или заклепочных соединений. Для этого в рассмотренных профилях необходимо подобрать размеры элементов зубчатого крепления (зубцов), которые должны быть не меньше 1/10 габаритного размера сечения [СП 260.1325800.2016. Конструкции стальные тонкостенные из холодногнутых оцинкованных профилей и гофрированных листов. Правила проектирования. - М, 2016. - С. 16, формула (7.2)]. В данном случае этот размер составляет 0,1 U, где U - ширина полки (пояса) гнутозамкнутого профиля.It is of practical importance to further refine the design characteristics of the proposed profiles with the addition of toothed fasteners instead of welded, bolted or riveted joints. For this, in the considered profiles, it is necessary to select the dimensions of the gear attachment elements (teeth), which must be at least 1/10 of the overall cross-sectional size [SP 260.1325800.2016. Thin-walled steel structures from cold-formed galvanized profiles and corrugated sheets. Design rules. - M, 2016. - P. 16, formula (7.2)]. In this case, this dimension is 0.1 U, where U is the width of the flange (belt) of the bent-closed profile.
В расчетных выкладках параметр зубчатых креплений (размер зубцов) отразится 12-кратным образом, как и в прототипе, поскольку двутавровый гнутозамкнутый профиль имеет составное сечение из 4 листовых заготовок (штрипсов или формуемых полос) с продольными кромками зубчатой формы, из которых 2 перфорированные заготовки дополнительно снабжены такими же кромками зубчатой формы по всему периметру каждого из вырезов:In the calculated calculations, the parameter of the gear fastenings (the size of the teeth) will be reflected in a 12-fold manner, as in the prototype, since the I-bend bent profile has a composite section of 4 sheet blanks (strips or molded strips) with longitudinal toothed edges, of which 2 are additionally perforated blanks equipped with the same scalloped edges along the entire perimeter of each of the cutouts:
при n=1/5,219at n = 1 / 5.219
при n=1/5,208at n = 1 / 5.208
при n=1/3,168 at n = 1 / 3.168
Найденные значения отношения двутавровых гнутозамкнутых профилей с трубчатыми полками и перфорированными стенками не превышают аналогичных отношений прототипа (двутавровых гнутозамкнутых профилей с параллельными гранями полок и перфорированными стенками) и находятся примерно в тех же пределах, что и редукционный коэффициент стержневых элементов легких стальных тонкостенных конструкций (ЛСТК):Found ratio values I-beams bent-closed profiles with tubular flanges and perforated walls do not exceed similar prototype ratios (I-beams bent-closed profiles with parallel flange edges and perforated walls) and are approximately within the same limits as the reduction coefficient of rod elements of light steel thin-walled structures (LSTK):
где Ared - расчетная площадь редуцированного (эффективного) сечения, А -расчетная площадь полного сечения.where A red is the calculated area of the reduced (effective) section, A is the calculated area of the full section.
Так, применительно к сплошным гнутым профилям С-образного и швеллерного сечения ρ=0,694…0,950 [Рекомендации по проектированию, изготовлению и монтажу ограждающих и несущих конструкций из стальных гнутых профилей повышенной жесткости. - М.: ЦНИИПСК им. Н.П. Мельникова, 1999. - С. 10-11, табл. 2].So, in relation to continuous bent profiles of C-shaped and channel section ρ = 0.694 ... 0.950 [Recommendations for the design, manufacture and installation of enclosing and supporting structures from steel bent sections of increased rigidity. - M .: TsNIIPSK im. N.P. Melnikova, 1999. - S. 10-11, tab. 2].
Из сравнения расчетных параметров предлагаемого (нового) технического решения, коим является двутавровый гнутозамкнутый профиль с трубчатыми полками и перфорированной стенкой, с его прототипом, коим является также двутавровый гнутозамкнутый профиль с перфорированной стенкой, но параллельными гранями полок, очевидна примерная равнозначность характеристик обоих профилей в силовой плоскости несущей конструкции (см. таблицу). Из плоскости конструкции более предпочтителен профиль с трубчатыми полками, обладающими повышенной изгибно-крутильной жесткостью. Причем круглые очертания этих полок, а также их плавное сопряжение со стенкой обеспечивают уменьшение наклепа металла. Остается добавить, что расчет оптимальной компоновки двутавровых и других гнутозамкнутых профилей, включая швеллерных, позволяет повысить их эффективность и расширить область рационального применения за счет унификации листовых заготовок, одинаковых или разных как по размерам толщины, так и по прочностным свойствам конструкционного материла.From a comparison of the design parameters of the proposed (new) technical solution, which is an I-beam bent-closed profile with tubular shelves and a perforated wall, with its prototype, which is also an I-beam curved profile with a perforated wall, but parallel edges of the shelves, the approximate equivalence of the characteristics of both profiles in the load-bearing plane of the supporting structure (see table). From the plane of the structure, a profile with tubular shelves with increased bending and torsional rigidity is more preferable. Moreover, the round outlines of these shelves, as well as their smooth mating with the wall, provide a decrease in metal work hardening. It remains to add that the calculation of the optimal layout of I-beams and other bent sections, including U-sections, makes it possible to increase their efficiency and expand the area of rational use by unifying sheet blanks that are the same or different both in terms of thickness and in strength properties of structural material.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020122119U RU199895U1 (en) | 2020-06-29 | 2020-06-29 | TWO-TURN BENDED LOCKED PROFILE WITH TUBULAR SHELVES AND PERFORATED WALL |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020122119U RU199895U1 (en) | 2020-06-29 | 2020-06-29 | TWO-TURN BENDED LOCKED PROFILE WITH TUBULAR SHELVES AND PERFORATED WALL |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU199895U1 true RU199895U1 (en) | 2020-09-24 |
Family
ID=72601250
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2020122119U RU199895U1 (en) | 2020-06-29 | 2020-06-29 | TWO-TURN BENDED LOCKED PROFILE WITH TUBULAR SHELVES AND PERFORATED WALL |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU199895U1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU205124U1 (en) * | 2021-04-15 | 2021-06-28 | Александр Суренович Марутян | H-SHAPED BENDED WELDED PROFILE |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20080134619A1 (en) * | 2006-12-06 | 2008-06-12 | Georgia-Pacific Wood Products Llc | I-beam joist having openings formed therein for mechanical access |
RU147433U1 (en) * | 2014-04-14 | 2014-11-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Самарский государственный архитектурно-строительный университет" (СГАСУ) | METAL DOUBLE BEAM |
RU176505U1 (en) * | 2017-08-28 | 2018-01-22 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский государственный архитектурно-строительный университет" КГАСУ | STEEL COMPOUND BEAM |
RU2680560C1 (en) * | 2018-04-10 | 2019-02-22 | Александр Суренович Марутян | H-shaped bent closed profile (options) |
-
2020
- 2020-06-29 RU RU2020122119U patent/RU199895U1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20080134619A1 (en) * | 2006-12-06 | 2008-06-12 | Georgia-Pacific Wood Products Llc | I-beam joist having openings formed therein for mechanical access |
RU147433U1 (en) * | 2014-04-14 | 2014-11-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Самарский государственный архитектурно-строительный университет" (СГАСУ) | METAL DOUBLE BEAM |
RU176505U1 (en) * | 2017-08-28 | 2018-01-22 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский государственный архитектурно-строительный университет" КГАСУ | STEEL COMPOUND BEAM |
RU2680560C1 (en) * | 2018-04-10 | 2019-02-22 | Александр Суренович Марутян | H-shaped bent closed profile (options) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU205124U1 (en) * | 2021-04-15 | 2021-06-28 | Александр Суренович Марутян | H-SHAPED BENDED WELDED PROFILE |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5527625A (en) | Roll formed metal member with reinforcement indentations | |
US6415577B1 (en) | Corrugated web beam connected to a top tube and bottom tube | |
CN108894363A (en) | Quarter bend corrugated steel shear wall and its component | |
CN215054569U (en) | Partially-coated cold-formed thin-wall steel-concrete combined column | |
US3263387A (en) | Fabricated non-symmetrical beam | |
CN208518074U (en) | Pretensioned prestressing integral precast structure | |
RU199895U1 (en) | TWO-TURN BENDED LOCKED PROFILE WITH TUBULAR SHELVES AND PERFORATED WALL | |
RU2680560C1 (en) | H-shaped bent closed profile (options) | |
CN208733868U (en) | A kind of quarter bend corrugated steel shear wall and its component | |
RU2686762C1 (en) | Double-tee roll-welded profile | |
RU2755179C1 (en) | I-beam closed formed profile with bends and cavettos for shelves | |
RU114981U1 (en) | FRAME VARIABLE CONSTRUCTION | |
RU189137U1 (en) | DOUBLE-BAND GOFROBAL WITH BELTS FROM COLD-BEAMED PROFILES | |
RU2715778C1 (en) | H-shaped curved closed profile with perforated wall | |
RU214485U1 (en) | ZETOVY (Z-SHAPED) BENT-CLOSED PROFILE WITH PERFORATED WALL | |
RU91584U1 (en) | METAL BEAM WITH MULTI-CORFORED WALL | |
RU218153U1 (en) | ZETOVY (Z-SHAPED) BENT-CLOSED PROFILE WITH A PERFORATED WALL, BENDS AND FILLINGS OF THE SHELVES | |
RU2714033C1 (en) | H-shaped folded closed profile with perforated flange | |
CN216475888U (en) | Partially-coated honeycomb steel-concrete composite beam | |
RU2683839C1 (en) | Zee (z-shaped) folded-closed section | |
RU2725340C1 (en) | C-shaped curved closed profile with perforated wall | |
RU197291U1 (en) | CHANNEL BENT CLOSED PROFILE WITH PERFORATED WALL | |
RU204843U1 (en) | DOUBLE-TEXT BENDED WELDING PROFILE WITH PERFORATED WALL | |
RU156947U1 (en) | SUPPORT ASSEMBLY OF TRIANGULAR RAILFORMS | |
CN105756253B (en) | A kind of prestressing force overlaps board member |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM9K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20201109 |