RU2004735C1 - Сборно-разборна балка М.Е.Докторова - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к строительным конструкци м , а более конкретно к металлическим балкам , примен емым в качестве изгибаемых элементов зданий и сооружени  преимущественно работающих на эксцентрично прикладываемые к ним нагрузки В сборно-разборной балке с полыми полками и двойной стенкой из двух одинаковых гнутых профилей стенка гнутого профил  выполн етс  изогнутой вблизи центра т жести сечени  балки и содержит участок, примыкающий в установочном положении к стенке противоположного гнутого профил , при этом по крайней мере один из сопр женных с полкой участков стенки гнутого профил  расположен под углом а к опорной плоскости полки, который определ етс  приведенной в описании формуле 3 зпф-лы, 5 ил

Description

Изобретение относитс  к строительным конструкци м, а более конкретно к металлическим балкам, примен емым в качестве изгибаемых элементов зданий и сооружений, преимущественно работающих на эксцентрично прикладываемые к ним нагрузки.

Такие балки имеют стенку и полые полки . Наличие развитых полок объ сн етс  тем, что при изгибе металл балки наиболее эффективно используетс  при максимальном удалении от нейтральной оси.

Широкое распространение получили металлические сварные балки, выполненные из листовой заготовки. Однако из-за ограниченных размеров по ширине заготовки и ограниченных возможностей технологического оборудовани  такие балки изготавливают сравнительно мелких сечений (толщиной до 3-4 мм с шириной полки до 100...150 мм). Существенным недостатком таких балок  вл етс  недостаточна  их несуща  способность и особенно при эксцентричных нагрузках в плоскости, перпендикул рной плоскости стенки балки.

Дл  устранени  этих недостатков разработаны составленные из отдельных гнутых профилей балки с развитыми полками и - полыми стенками, однако их существенным недостатком  вл етс  значительна  трудоемкость изготовлени  из-за необходимости а наборе нескольких различных профилей и применении Ьалок преимущественно дл  симметрично прикладываемых к ним па- грузкам.

Известна двутаврова  балка с полыми полками, образованна  из одной листовой заготовки, включающа  стенку и полки коробчатого сеченич с верхней rapt/сскталь- ной частью, причем кажда  полка в месте примыкани  к стенке имеет отгчб в виде ребра или полузамкнутого профил , жестко прикрепленного к стенке и соединенного с цечфсм горизонтальной части полки.

Недостатком известной двутавровой балки  вл етс  ограниченна  несуща  способность из-за недостаточной жесткости «лейки балки, затруднени  в выполнении заданной ширины полых полок на примен емом дл  изготовлени  балок высокопроизводительном профилегибочном оборудовании из-за ограничений высоты формовки профил  в балках, а также ограничений габаритов балки из-за недостаточной ширины поставл емых заготовок. В св зи с этим область применени  таких балок ограничена сравнительно небольшими нагрузками, в том числе действующими в плоскости, перпендикул рной плоскости станки балки,

Известка доухстеночна  двутаврова  балка, состо ща  из по сов и стенок, у которой стенки жестко скреплены между собой посредством соединительных элементов, выполненных в виде вкладышей со ст жными болтами. Эта балка позвол ет снизить

металлоемкость за счет повышени  устойчивости при увеличении ее высоты. Однако така  балка громоздка, трудоемка в изготовлении из-за применени  заготовительных операций: вырезки заготовок дл  полок и

стенок и последующей их сварки, недостаточно экономична из-за отсутстви  ребер жесткости или отгибов при сравнительно широких полках. Изготовление таких балок затруднено также из-за низкой производительности оборудовани , примен емого дл 1 сборки и сварки балок. В св зи с этим производство и применение двухстеночных двутавровых балок не получило широкого распространени .

Известна двутаврова  балка с полыми полками, составленна  из гнутых профилей замкнутой формы, соединенных между собой замковыми элементами.

Двутаврова  балка известной конструкцик образована парными прот женными элементами открытых гнутых профилей и охватываемыми замкнутыми профил ми, соединенными между собой посредством пружинных защелок, выполненных на концах элементов гнутых профилей, при этом пространство между стенкой и по сами заполнено легким бетоном, а гнутые профили и замкнутые профили в местах их контакта имеют выступы и пазы.

Недостатком такой балки  вл етс  необходимость в большем чем один количестве неодинаковых профилей (по крайней мере в двух - охватываемом и охватываю- щем), дл  производства которых примен ют

различное оборудование, технологию изготовлени  и инструмент, Кроме того, операции сборки и заполнени  пространства между стенкой и по сами сложны и трудоемки в реализации. Следует отметить, что

известна  балка недостаточно эффективна при работе нз эксцентричные нагрузки из-за возникающего крут щего момента сил.

Наиболее близкой по технической сущ- ности и достигаемому результату к за вл емому изобретению  вл етс  сборно-разборна  двутаврова  балка С полыми полками и двойной стенкой, выполненна  из двух

гнутых профилей со смещенной в сторону полок стенкой, соединенных между собой полками при помощи замковых элементов, при этом замковый элемент выполнен в виде отгиба на одном из концов полок каждого профил  и гофры, размещенной на внутренней грани противоположной полки профил , причем отгиб одного профил  выполнен с возможностью фиксации во впадинах гофр другого профил . Предусмотрено также , что соприкасающиес  между собой горизонтальные части полки и стенки профилей могут быть выполнены с дополнительными замковыми элементами в виде выступов на одном из профилей и ответных им впадин на другом профиле, а рассто ние между впадинами горизонтальных, частей полок профил  равны рассто нию между впадинами основного замкового элемента.

Недостатком известной сборно-разборной двутавровой балки с полыми полками и двойной стенкой  вл етс  то, что балка недостаточно эффективно работает на эксцентрично прикладываемую к полке нагрузку вследствие возникающего крут щего момента сил относительно центра т жести сечени  балки.

Общим дл  прототипа и за вл емой сборно-разборной балки с полыми полками и двойной стенкой из двух одинаковых гнутых профилей  вл етс  то, что кажда  из них содержит два одинаковых гнутых профил , включающего сгенку и сопр женные с ней полки, соединенные между собой замковыми элементами, выполненными в виде отгиба полки из одном гнутом профиле, вход щего во впадину на полке противоположного гнутого профил .

Целью изобретени   вл етс  повышение несущей способное™ балки при работе на эксцентрично прикладываемую нагрузку.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что стенка гнутого профил  в балке выполнена изогнутой вблизи центра т жести сечени  балки и содержит участок, примыкающий в установочном положении к стенке противоположного гнутого профил , при этом по крайней мере один из сопр женных с полкой участков стенки гнутого профил  распо- ложен под углом а к опорной плоскости полки, определ емым по формуле

а 90 - arctg

2е

0)

где а. -угол наклона участка стенки профил  относительно опорной плоскости полки балки;

her - рассто ние между полками профи- . л ;

е - эксцентриситет приложени  нагрузки .

При этом а отдельных случа х, преимущественно дл  балок со сравнительно широкой стенкой, предусмотрена возможность

выполнени  изогнутого вблизи центра т жести балки участка стенки гнутого профил , в месте его примыкани  к противоположному гнутому профилю, знакопеременной кри- 5 визны, содержащего по крайней мере один опорный элемент, взаимодействующий в установочном положении с опорным элементом противоположного гнутого профил .

Предусмотрено также выполнение бал- 0 ки из гнутых профилей, содержащих имеющую отгиб полку с примыканием к стенке изгибом, а также выполнение балки с полками , расположенными по разные стороны от ее стенки.

5 Сборно-разборна  балка с полыми полками и двойной стенкой выполн етс  из двух одинаковых гнутых профилей, у которых стенка вблизи центра т жести сечени  балки выполнена изогнутой и содержит уча0 сток, примыкающий в установочном положении к стенке противоположного гнутого профил , при этом по крайней мере один из сопр женных с полкой участков стенки гнутого профил  расположен под углом а к

5 опорной плоскости полки, определ емым по формуле (1).

Изготовление балки из двух одинаковых гнутых профилей, у которых стенка вблизи центра т жести выполнена изогнутой

0 и содержит участок, примыкающий вустэно- вочном положении к стенке противоположного профил ,позвол ет составить балку из унифицированных аысокоэкономичных, изготавливаемых из рулонной полосовой

5 заготовки на высокопроизводительных про- филегибочных станах гнутых профилей проката . При этом стенки профилей образуют в балке сдвоенную стенку, сопр женную Е двух местах с каждой полкой и взаимодей0 ствующими между собой в установочном положении под нагрузкой на участке вблизи центра т жести балки.

Изгиб стенки гнутых профилей, при котором по крайней мере один из сопр жен5 ных с полкой участков стенки профил  расположен под углом а. .чопорной плоскости полки, определ емым по формуле (1), позвол ет сместить центр т жести сечени  балки на линию действи  эксцентрично при0 кладываемой к полке нагрузки и тем самым устранить скручивающий балку момент сил, При этом именно угол п наклона участков стенки профил  к опорной плоскости полки, установленный по формуле (1), опре5 дел ет форму балки и условие, при котором момент сил будет равным нулю. Вследствие уменьшени  возникающего при работе балки момента си/, ее несуща  способность возрастает, что позвол ет снизить ее металлоемкость и расширить область использовани . Следует отметить, что второй сопр женный с полкой балки участок стенки профил  может быть расположен как перпендикул рно полке, так и под углом к ней.

Наличие tn стенке профил  вблизи центра т жести балки участка, примыкающего в установочном положении к стенке проти- йоположного профил  позвол ет образовывать практически лежащие в одной плоскости стенки балки из подогнутых друг Относительно друга участков стенок разных профилей и обеспечивать совмещение направлени  линий действи  прикладываемых к полкам балки усилий с упом нутыми Плоскост ми стенок балки и тем самым предупреждать поперечный изгиб и потерю устойчивости стенок балки, составленных из Отдельных участков стенок профилей, что позвол ет повысить несущую способность балки, снизить ее металлоемкость и расширить область ее использовани .

С целью повышени  несущей способности , преимущественно тонкостенных балок с относительно широкими стенками (hci/S 10, где her и S - ширина стенки профил  и ее толщина соответственно), изо- . гнутый вблизи центра т жести балки участок стенки профил , в месте его примыкани  к противоположному профилю, выполн етс  знакопеременной кривизны и содержит по крайней мере один опорный элемент, взаимодействующий в установочном положении с опорным элементом противоположного профил .

Выполнение изогнутого участка стенки вблизи центра т жести балки знакопеременной кривизны по крайней мерп с. одним опорным элементом позвол ет составить балку из двух одинаковых гнутых профилей с взаимосв занными между собой стенками различных профилей.

При этом обеспечиваетс  эффективна  передача усилий от одной полки на другую посредством взаимосв занных между со- бой стенок различных гнутых профилей с участками знакопеременной кривизны, имеющих опорные элементы.

Упом нута  взаимосв зь в балке стенок гнутых профилей повышает их местную ус- тойчивость и несущую способность балки в целом, а передача усилий в балке посредст вом стенки между полками благодар  наличию опорного элемента происходит вдоль линий их действи , наход щихс  в плоско- сти стенки, что и предопредел ет передачу прикладываемых к балке нагрузок без возникновени  скручивающего момента сил.

Дл  предупреждени  поперечного прогиба полки балки в месте приложени  нагрузки и повышени  ее несущей способности , содержаща  отгиб полка гнутого профил  выполнена с примыканием к стенке изгибом. При этом обеспечиваетс  эффективна  передача усилий от полки к стенке профил  вдоль линии действи  усилий.

В р де случаев при эксцентричном приложении к балке нагрузок полки в балке выполн ютс  по разные стороны от ее стенки . Тогда становитс  возможным уменьшить металлоемкость балки и направить линию действи  прикладываемых сил вблизи или через центр т жести сечени  балки.

По имеющимс  данным в известных решени х отсутствуют признаки, сходные с признаками, которые отличают от прототипа за вл емое техническое решение, что позвол ет сделать вывод о его соответствии критерию изобретательский уровень.

Проведенный анализ за вл емой сборно-разборной балки с полыми полками и двойной стенкой из двух одинаковых гнутых профилей свидетельствует, что положительный эффект при реализации изобретени , заключающийс  в повышении несущей способности балки, снижении ее металлоемкости , обеспечиваетс  изгибом стенок гнутых профилей вблизи центра т жести балки и выполнением при этом из каждых двух участков стенок двух гнутых профилей, примыкающих в установочном положении друг к другу составной плоской стенки балки, способной передавать прикладываемые к полкам усили  вдоль линии их действи , лежащей в плоскости упом нутой стенки балки.

На фиг. 1 показана схема поперечного сечени  за вл емой сборно-разборной балки; на фиг. 2 - схема поперечного сечени  балки с расположенным под пр мым углом к полкам профил  участком стенки; на фиг.

3- схедоа поперечного сечени  балки, содержащей в месте примыкани  стенок на каждом из профилей участок знакопеременной кривизны с опорным элементом; на фиг.

4- схема поперечного сечени  балки из гнутых профилей, содержащих полку с отгибом , выполненную с примыканием к стенке; на фиг. 5 - схема поперечного сечени  за вл емой балки, у которой полки расположены по разные стороны от ее стенки,

За вл ема  сборно-разборна  балка с полыми полками и двойной стенкой состоит из двух одинаковых гнутых профилей 1 и 2 (фиг, 1). Каждый упом нутый гнутый профиль содержит стенку 3 и сопр женные с ней полки 4 и 5, соединенные между собой замковыми элементами, выполненными в виде отгиба 6 полки на одном гнутом профиле.

вход щего во впадину 7 на полке противоположного гнутого профил ,

Дл  повышени  несущей способности балки при работе на эксцентрично прикладываемую нагрузку Р стенка гнутого профил  в балке выполн етс  изогнутой вблизи центра С т жести 3 сечени  балки и содержит участок 9, примыкающий в установочном положении к стенке противоположного гнутого профил . При этом участок 10, один из двух сопр женных с полкой участков стенки гнутого профил  расположен под углом а к опорным плоскост м 11 и 12 полки балки и определ етс  по формуле (1), а второй участок 13 стенки может быть расположен под другим углом, в том числе и пр мым, в зависимое ги от направлени  действи  дополнительно прикладываемых к балке сил - А Р. Тогда дл  пр мого угла угол р 0 (фиг. 2).

Искривление стенок спаренных в балку гнутых профилей вблизи центра т жести балки с примыканием в установочном положении стенок упом нутых профилей друг к другу позвол ет повысить несущую способность балки и снизить ее металлоемкость за счет передачи усилий Р и А Р в балке вдоль линий их действи  и расположении упом нутых линий в плоскост х стенок балки, без скручивающего момента сил. Вследствие взаимосв зи в местах примыкани  стенок, вход щих в балку гнутых профилей, стало возможным повысить местную устойчивость стенок балки и обеспечить их взаимосв зь при работе под нагрузкой и как результат- расширить область использовани  балки, увеличить несущую способность балки при снижении металлоемкости.

В отдельных случа х, преимущественно дл  балок со сравнительно широкой стенкой , изогнутый участок стенки гнутого профил  вблизи центра С т жести сечени  балки в месте его примыкани  к противоположному гнутом/ поофилю выполн ют знакопеременной кривизну (фиг. 3) с опорным элементом 14,- взаимодействующим в установочном положении с опорным элементом 15 противоположного гнутого профил , Такое выполнение стенки профилей с опорным элементом на изогнутом участке обеспечивает надежное взаимодействие и совместную работу стенок в балке под нагрузкой , повышает местную устойчивость стенок балки и, как результат, расшир ет технические возможности балки.

При необходимости количество опорных элементов на изогнутом участке может быть прин то и большим, чем единица, Дл  предупреждени  поперечного прогиба

опорных плоскостей полки балки в месте приложени  нагрузки и повышени  несущей способности, на полке гнутого профил  (фиг. 4), содержащей отгиб 6, выполн етс  5 изгиб 17 и обеспечиваетс  его примыкание 16 к стенке 13. Это позвол ет эффективно передавать усили  от полки к стенке профил  вдоль линии действи  усилий.

В р де случаев с целью уменьшени  ме- 0 таллоем кости балки и габаритов ее полок балка выполн етс  зетовой формы с размещением ее полок по разные стороны от ее стенки (фиг. 5).

Во врем  сборки балки два одинаковых

5 гнутых профил  1 и 2 располагают повернутыми на угол 180° друг относительно друга. При этом стенкаЗ каждого профил  устанавливаетс  таким образом, что сопр женные с нею полки 4 и 5 с замковыми элементами в

0 виде отгиба 6 и впадины 7 соедин ютс  соответственно с ответными им элементами на полках противоположного профил .

Участки 9 стен и каждого профил  вход т в контакт и пьи нагружении балки взаимодей5 ствуют ме г/w собой вблизи центра т жести 8 сечени  балки, передава  нагрузки

Следует отметить, что участок 10 стенки выполн етс  под углом а к опорным плоскост м 11 п 12 са 1кч и при воздействии на

0 балку очсцентоич ой нагрузки воспринимает ч передает ее в ;воей плоскости Участок 13 выполнен под другим углом ч полкам и воспринимает преимущественно нагрузки, действующие на балку в направлении ли5 ниП, лежащих в плоскости этого участка, При этом каждый из участков 10 и 13 способствует взаимного повышению местной устойчивости стенок профилей и балки, а также воспри тию, взаимодействию и поре0 распределению нагрузок между стенками балки и тем самым повышзни о несущей способное™ бал км зэ счет совместной работы. Дл  надежно о взаимодействи  и совместной работы стенок балки на стенках

5 гнутых продрлеГ вблизи центра т жести бзлкп выполн ютс  опорные элементы 14 и 15, которые при нагружении балки обеспечивают эффективную передачу нагрузок между участками стенок.

0Выполнение гнутых профилей с примыканием 16 полки к стенке с помощью изгиба 17 попки обеспечивает эффективную передачу нагрузок от попки к стенке и эффективную работу целом.

5 Согласно расчетов и конструкторских проработок за вл емое изобретение в сравнении с прототипом позвол ет повысить эффективность легких сборно-разборных строительны/ конструкций за счет изготовлени  и применение з них сбоЬно-разборных балок с полыми полками и двойной стенкой из двух одинаковых гнутых профилей за вл емой конструкции, хорошо работающих на внецентренное сжатие и кручение.

Использование за вл емой балки обеспечивает снижение металлоемкости конструкций на 10...20%. За вл ема  сборно-разборна  балка представл ет значительный интерес дл  народного хоз йства, так

как позволит организовать промышленное производство легких строительных конструкций дл  складских помещений. За вл емое изобретение не оказывает отрицательного вли ни  на состо ние окружающей среды.

(56) Авторское свидетельство СССР № 947346, кл. Е 04 С 3/06, 1982.

Claims (4)

1. Сборно-разборна  балка, включающа  два одинаковых профил  с отгибами по концам, имеющими ответные друг другу выступы и впадины, взаимодействующие при соединении профилей с образованием балки с двойной стенкой и полыми полками , отличающа с  тем, что стенка гнутого профил  в балке выполнена изогнутой в зоне центра т жести сечени  балки и содержит участок, примыкающий в установочном положении к стенке противоположного гнутого профил , при этом по крайней мере один из сопр женных с полкой участков стенки гнутого профил  расположен к опорной плоскости полки под углом

2е

а ЭО-arctg трпст

где Нет - рассто ние между полками профил ;

е - эксцентриситет приложени  нагрузки .

2.Балка по п.1, отличающа с  тем, что изогнутый в зоне центра т жести балки участок стенки гнутого профил  в месте его примыкани  к противоположному гнутому профилю выполнен знакопеременной

кривизны и содержит по крайней мере один опорный элемент, взаимодействующий в установочном положении с опорным элементом противоположного гнутого профил ,

3.Балка по пп.1 и 2, отличающа с  тем, что содержаща  отгиб полка гнутого профил  выполнена с примыкающим к стенке изгибом.

4.Балка по пп.1 и 2, отличающа с  тем, что полки расположены в балке по разные стороны от ее стенки.

др.МР Q.BS.

фиг А

.2

tf°U8.2

dpUQ.b