RU2056489C1 - Thin-walled metal beam of unclosed profile - Google Patents
Thin-walled metal beam of unclosed profile Download PDFInfo
- Publication number
- RU2056489C1 RU2056489C1 SU5027061A RU2056489C1 RU 2056489 C1 RU2056489 C1 RU 2056489C1 SU 5027061 A SU5027061 A SU 5027061A RU 2056489 C1 RU2056489 C1 RU 2056489C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- strips
- thin
- metal beam
- walled metal
- coefficient
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Rod-Shaped Construction Members (AREA)
- Buildings Adapted To Withstand Abnormal External Influences (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к строительству и машиностроению и может быть использовано в конструкциях, испытывающих сложное сопротивление, включающее комбинацию деформаций кручения с деформациями изгиба и осевого сжатия. The invention relates to construction and mechanical engineering and can be used in structures experiencing complex resistance, including a combination of torsion deformations with bending deformations and axial compression.
Известна тонкостенная металлическая балка открытого профиля, подкрепленная противокрутильными связями в виде планок, жестко соединенных с краями противоположных полок. Known thin-walled metal beam of an open profile, reinforced with anti-torsion bonds in the form of strips, rigidly connected to the edges of opposite shelves.
В данной балке вредные для конструкции сварочные напряжения и трудозатраты при изготовлении сведены к минимуму. Однако такая балка обладает недостаточной несущей способностью при кручении. Для увеличения несущей способности необходимо увеличивать суммарную ширину планок. Однако, это вызывает увеличение расхода материала, т.е. повышение металлоемкости балки. In this beam, welding stresses that are harmful to the structure and labor costs during manufacturing are minimized. However, such a beam has insufficient torsional bearing capacity. To increase the bearing capacity, it is necessary to increase the total width of the strips. However, this causes an increase in material consumption, i.e. increasing the metal intensity of the beam.
Известны также конструкции тонкостенных металлических балок открытого профиля, в которых планки либо расположены под косым углом к стенке в плоскости поперечного сечения балки (авт.св. N 706512, кл. Е 04 С 3/06, 1979), либо расположены под косым углом к полкам и образуют перекрестную систему, не имеющую точек пересечения в пространстве (авт.св. N 894126, кл. Е 04 С 3/06, 1981). Also known are the designs of thin-walled metal beams of an open profile, in which the strips are either located at an oblique angle to the wall in the plane of the cross section of the beam (ed. St. N 706512, class E 04
В данных балках за счет некоторого усложнения конструкции удается несколько увеличить несущую способность и снизить металлоемкость. Однако по прежнему повышение несущей способности балки за счет увеличения суммарной ширины планок вызывает увеличение металлоемкости конструкции. In these beams, due to some complexity of the design, it is possible to slightly increase the bearing capacity and reduce the metal consumption. However, as before, an increase in the bearing capacity of the beam due to an increase in the total width of the slats causes an increase in the metal consumption of the structure.
Цель изобретения достижение оптимального соотношения между одновременным повышением несущей способности балки при кручении и снижением металлоемкости. The purpose of the invention is to achieve the optimal ratio between a simultaneous increase in the bearing capacity of the beam during torsion and a decrease in metal consumption.
Это достигается тем, что в тонкостенной металлической балке открытого профиля, подкрепленной противокрутильными связями в виде планок, отношение суммарной ширины b планок к длине l балки с высотой h поперечного сечения выбрано в диапазоне:
при l≅h b/l (1/5-1/3);
при 2h≥l>h b/l (1/11-1/6);
при 3h≥l>2h b/l (1/17-1/12);
при l > 3h b/l (1/20-1/18).This is achieved by the fact that in a thin-walled metal beam of an open profile, supported by anti-torsion bonds in the form of strips, the ratio of the total width b of the strips to the length l of the beam with a cross-section height h is selected in the range:
at l≅hb / l (1 / 5-1 / 3);
at 2h≥l> hb / l (1 / 11-1 / 6);
at 3h≥l> 2h b / l (1 / 17-1 / 12);
for l> 3h b / l (1 / 20-1 / 18).
Для определения оптимума конструкции введен специальный безразмерный коэффициент эффективности конструкции, характеризующий балку с планками одновременно как по несущей способности при кручении, так и по металлоемкости, получена аналитическая зависимость для определения данного коэффициента через физико-конструктивные параметры балки и планок, показано, что при изменении параметров планок их суммарная ширина является максимально влияющим на коэффициент эффективности параметром, проведено исследование коэффициента эффективности на экстремум, в результате чего получены приведенные выше соотношения между суммарной шириной планок и длиной балки при различных длинах балки и высоте ее поперечного сечения. To determine the design optimum, a special dimensionless design efficiency coefficient was introduced that characterizes the beam with the slats at the same time both in torsional bearing capacity and in metal consumption, an analytical dependence is obtained to determine this coefficient through the physicostructural parameters of the beam and slats, it is shown that when parameters are changed strips their total width is the most influencing on the efficiency coefficient parameter, a study of the efficiency coefficient to an extremum, as a result of which the above relations were obtained between the total width of the slats and the length of the beam for various lengths of the beam and the height of its cross section.
На фиг. 1 изображена тонкостенная металлическая балка швеллерного сечения, подкрепленная планками; на фиг.2 графики зависимостей коэффициентов эффективности от суммарной ширины планок при различных длинах балки. In FIG. 1 shows a thin-walled metal beam of a channel section, reinforced by trims; figure 2 graphs of the dependences of the efficiency coefficients on the total width of the strips at different lengths of the beam.
Тонкостенная металлическая балка 1 открытого профиля длиной l и высотой поперечного сечения h состоит из стенки 2 и полок 3, к противоположным краям 4 которых жестко присоединены планки 5, толщиной δ и шириной bi каждая, параллельные стенке 2 и распределенные равномерно по длине балки, при этом суммарная ширина планок b Σbi выбрана из приведенных условий.A thin-
На фиг. 1 в качестве примера приведена балка швеллерного сечения с прямыми планками 5, параллельными стенке 2 балки, однако эти аналитические соотношения полностью справедливы и для конструкций швеллерного сечения с косыми планками. В случае балки другого сечения, например, двутавровый, диапазоны изменения b/l, соответствующие оптимуму коэффициента эффективности, несколько сместятся, однако принципиально характер соотношений не изменится. In FIG. 1, an example is a beam of a channel section with
Безразмерный коэффициент k эффективности конструкции балки с планками учитывает одновременно несущую способность балки при кручении и металлоемкость
K (1) где С и Сб жесткости на кручение балки с планками и без планок; Рб и Рп вес балки без планок и суммарный вес планок.The dimensionless coefficient k of the design efficiency of the beam with slats takes into account simultaneously the load-bearing capacity of the beam during torsion and metal consumption
K (1) where C and C b are the torsional rigidity of the beam with and without trims; R b and R p the weight of the beam without strips and the total weight of the strips.
Как следует из (1) коэффициент эффективности k 1 при отсутствии планок и тем больше, во сколько раз планки увеличивают жесткость балки на кручение по сравнению с балкой с полностью открытым профилем, но одновременно k тем меньше, во сколько раз наличие планок увеличивает вес балки. Таким образом, безразмерный коэффициент эффективности k универсален, учитывая одновременно как положительный эффект увеличения несущей способности балки при кручении за счет введения планок, так и отрицательный эффект увеличения веса балки, т.е. металлоемкости конструкции. As follows from (1), the
Выразим коэффициент эффективности k через физико-конструктивные параметры балки и планок. Жесткость С может быть записана в виде
C (2) где CΩ- секториальная жесткость планки; Iк момент инерции сечения балки при свободном кручении; IΩ- секторальный момент инерции; Е и G модули упругости материала при растяжении (сжатии) и при сдвиге.We express the coefficient of efficiency k through the physico-structural parameters of the beam and slats. Hardness C can be written as
C (2) where C Ω is the sectorial stiffness of the bar; I to the moment of inertia of the beam section in free torsion; I Ω is the sectoral moment of inertia; E and G are the elastic moduli of the material under tension (compression) and shear.
Для прямой планки CΩ= •4Ω2, (3) где Iп δb3/12 (4);Ω секториальная координата (площадь). Жесткость на кручение балки без планок Сб GIк/l (5). С учетом выражений (2)-(5) коэффициент эффективности k при подстановке указанных выражений в (1) будет иметь вид:
K (6)
Из полученной зависимости (6) видно, что изменение параметров планок для получения максимального значения коэффициента эффективности k связано как с изменением суммарной ширины b планок, так и их толщины δ. Аналогическим определением коэффициентов влияния ∂k/∂b и ∂k/∂δ (методика из теории чувствительности), их вычислением и сравнением для балок с различными характеристиками показано, что величина ∂k/∂b превосходит ∂k/∂δ более чем на порядок, то есть ширина планок b является максимально влияющим на коэффициент эффективности k параметром.For the straight bar C Ω = • 4Ω 2, (3) where I n δb 3/12 (4); Ω sectorial coordinate (square). The torsional rigidity of the beam without strips C b GI k / l (5). Taking into account expressions (2) - (5), the efficiency coefficient k when substituting the indicated expressions in (1) will have the form:
K (6)
From the obtained dependence (6), it can be seen that a change in the parameters of the bars to obtain the maximum value of the coefficient of efficiency k is associated with both a change in the total width b of the bars and their thickness δ. By analogous determination of the influence coefficients ∂k / ∂b and ∂k / ∂δ (a technique from the theory of sensitivity), their calculation and comparison for beams with different characteristics, it is shown that the value ∂k / ∂b exceeds ∂k / ∂δ by more than an order of magnitude , that is, the width of the slats b is the parameter most influencing the efficiency coefficient k.
Далее зависимость (6) была исследована на экстремум аналитическим и графическим способами. В результате такого исследования для балок с различной длиной l и высотой h поперечного сечения были получены необходимые диапазоны отношений суммарной ширины b планок к длине l балки, при соблюдении которых коэффициент эффективности k находится в областях максимальных значений. Further, dependence (6) was investigated for extremum by analytical and graphical methods. As a result of such a study, for the beams with different lengths l and height h of the cross section, the necessary ranges of the ratios of the total width b of the slats to the length l of the beam were obtained, at which the efficiency coefficient k is in the areas of maximum values.
На фиг. 2 приведены результаты графического исследования, где построены зависимости коэффициента эффективности k при изменении суммарной ширины b планок для балок с постоянной высотой поперечного сечения h 40 см и различными длинами l. In FIG. Figure 2 shows the results of a graphical study where the dependences of the efficiency coefficient k are plotted on changing the total width b of the slats for beams with a constant cross-section height h 40 cm and various lengths l.
В результате исследований доказано, что величина отношений b/l, соответствующих максимуму коэффициента эффективности k, определяется не абсолютными значениями длины балки l и высоты поперечного сечения h, а предельными соотношениями между ними. Зависимости для отношений b/l рационально задавать не одним значением, соответствующим пиковому значению коэффициента эффективности k, а диапазоном значений, при соблюдении которого значения коэффициента k отличаются от максимума не более чем на 20% Это объясняется тем, что обычно параметры балки не строго номинальны, а несколько "плавают" в определенных допусках, и "плавание" k примерно соответствует этим допускам. При необходимости диапазоны изменения соотношений b/l легко резко сжать, что однако несколько усложнит процесс изготовления балки с планками. As a result of the studies, it was proved that the value of the b / l ratios corresponding to the maximum of the efficiency coefficient k is determined not by the absolute values of the beam length l and the height of the cross section h, but by the limiting relations between them. It is rational to set the dependencies for b / l ratios not by a single value corresponding to the peak value of the efficiency coefficient k, but by a range of values under which the values of the coefficient k differ from the maximum by no more than 20%. This is because the beam parameters are usually not strictly nominal, and some “swim” in certain tolerances, and “swimming” k roughly corresponds to these tolerances. If necessary, the ranges of changes in the b / l ratios can be easily sharply compressed, which, however, will somewhat complicate the process of manufacturing a beam with slats.
Основные физико-конструктивные параметры исследуемых балок при построении зависимостей на фиг.2: h 40 см; l переменно и указано на кривых; δ 0,6 см; Ω= 121,67 см2; Iк 59,74 см4; IΩ= 148100 см6; Рб= 24,15 кг; E 2,1·106 кг/см2; G0,8·106 кг/см2. Значения k и b приведены на графиках на фиг.2 (b в см, k безразмерный).The main physical and structural parameters of the studied beams when constructing the dependencies in figure 2: h 40 cm; l is variable and indicated on the curves; δ 0.6 cm; Ω = 121.67 cm 2 ; I to 59.74 cm 4 ; I Ω = 148100 cm 6 ; P b = 24.15 kg; E 2.1 · 10 6 kg / cm 2 ; G0.8 · 10 6 kg / cm 2 . The values of k and b are shown in the graphs in figure 2 (b in cm, k is dimensionless).
Claims (1)
при l ≅ h b/l = 1/5 - 1/3;
при 2h ≥ l > h b/l = 1/11 - 1/6;
при 3h ≥ l > 2h b/l = 1/17 - 1/12;
при l > 3h b/l = 1/20 - 1/18.THIN-WALL METAL BEAM OPEN PROFILES, reinforced with anti-torsion bonds in the form of strips, characterized in that the ratio of the total width b of the strips to the length l of the beam with the height h of the cross section is selected in the range
when l ≅ hb / l = 1/5 - 1/3;
for 2h ≥ l> hb / l = 1/11 - 1/6;
at 3h ≥ l> 2h b / l = 1/17 - 1/12;
for l> 3h b / l = 1/20 - 1/18.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU5027061 RU2056489C1 (en) | 1992-02-11 | 1992-02-11 | Thin-walled metal beam of unclosed profile |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU5027061 RU2056489C1 (en) | 1992-02-11 | 1992-02-11 | Thin-walled metal beam of unclosed profile |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2056489C1 true RU2056489C1 (en) | 1996-03-20 |
Family
ID=21596766
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU5027061 RU2056489C1 (en) | 1992-02-11 | 1992-02-11 | Thin-walled metal beam of unclosed profile |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2056489C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2685013C1 (en) * | 2018-06-08 | 2019-04-16 | Александр Суренович Марутян | Roll-formed channel |
-
1992
- 1992-02-11 RU SU5027061 patent/RU2056489C1/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Власов В.З. Тонкостенные упругие стержни. М.: Физматгиз, 1959, с.212. * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2685013C1 (en) * | 2018-06-08 | 2019-04-16 | Александр Суренович Марутян | Roll-formed channel |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
MXPA05014101A (en) | An improved beam. | |
CA2237525C (en) | Spanning member with convoluted web and c-shaped flanges | |
RU2056489C1 (en) | Thin-walled metal beam of unclosed profile | |
US5832691A (en) | Composite beam | |
Kwan et al. | Effects of concrete grade and steel yield strength on flexural ductility of reinforced concrete beams | |
RU2122083C1 (en) | Steel concrete member | |
RU2167985C1 (en) | Pre-stressed tubular-concrete member with fan reinforcement | |
JP4583299B2 (en) | Lap joint for joining concrete members and the design method thereof | |
SU706512A1 (en) | Thin-wall metal beam | |
RU2043467C1 (en) | Dismountable assembled h-beam with hollow shelves and double wall | |
KR20050063787A (en) | A beam | |
RU2629270C1 (en) | I-beam with corrugated wall | |
US2068052A (en) | Joist | |
RU166510U1 (en) | CORKED WALL BEAM | |
SU897995A1 (en) | Open-profile thin-wall metal rod | |
RU226056U1 (en) | PENTAGONAL EQUAL-LEGENT PIPE OF BEAM MODIFICATION | |
Li et al. | Effects of axial force on deformation capacity of steel encased reinforced concrete beam–columns | |
SU672307A1 (en) | Curvilinear thin-wall member | |
SU802472A1 (en) | Thin-wall rod | |
AU2020100066A4 (en) | A Lintel | |
Shakir-Khalil | STEEL—CONCRETE COMPOSITE COLUMNS—I | |
Zhou et al. | Effect of the torsional moment on the shear strength of reinforced concrete columns due to eccentric jointing of beam to column | |
JP6807787B2 (en) | Steel beam reinforcement structure | |
JPS6113612Y2 (en) | ||
SU937643A1 (en) | Embedded part |