RU219413U1

RU219413U1 - Полуплоскоовальный гнутосварной профиль

Info

Publication number: RU219413U1
Application number: RU2023109044U
Authority: RU
Inventors: Александр Суренович Марутян
Original assignee: Александр Суренович Марутян
Filing date: 2023-04-10
Publication date: 2023-07-14

Abstract

Предлагаемая полезная модель относится к области строительства и может быть использована в качестве стержневых и балочных элементов при разработке несущих конструкций зданий и сооружений различного назначения. В частном случае это могут быть стержневые элементы поясов и решеток ферм, кровельных прогонов или стеновых ригелей, а также балочные элементы крановых и подкрановых конструкций. Техническим результатом предлагаемого решения является оптимизация момента сопротивления сечения полуплоскоовального гнутосварного профиля применительно к балочному или стержневому элементу, что увеличивает конструктивно-компоновочные возможности и расширяет область его рационального применения. Указанный технический результат достигается тем, что полуплоскоовальный гнутосварной профиль с отношением габаритных размеров профиля 1/3 по средней линии сечения, включающий одну полукруглую грань, пару стенок (вертикальных граней) и одну полку (горизонтальную грань), выполнен с внутренним ребром, расположенным по середине полукруглой грани параллельно стенкам и сформированным сваркой отогнутых кромок листовой заготовки. Высота ребра равна 0,248 меньшего из габаритных размеров. 4 ил.

Description

Предлагаемое техническое решение относится к области строительства и может быть использовано в качестве стержневых и балочных элементов при разработке несущих конструкций зданий и сооружений различного назначения. В частном случае это могут быть стержневые элементы поясов и решеток ферм, кровельных прогонов или стеновых ригелей, а также балочные элементы крановых и подкрановых конструкций.

Известно техническое решение в виде специального стального трубчатого стержня, полученного в результате сварки плиты с корытным профилем U-образного сечения, изготовленного из прокатных листов большой толщины. Применение таких стержневых элементов в подкрановых конструкциях достаточно эффективно, так как их момент сопротивления выше, чем у труб круглого сечения [Брудка Ян. Трубчатые стальные конструкции. М.: Стройиздат, 1975. С. 136-137, рис. V. 32]. Недостаток такого технического решения заключается в том, что трубчатый стержень выполнен из листовых заготовок разных толщин, а двойные сварные швы увеличивают трудозатраты.

Известно еще одно технические решение, представляющее собой трубу полуовального сечения по ТУ 14-105-737-2004 [ТУ 14-105-737-2004. Трубы стальные электросварные прямошовные круглого и профильного сечений. Череповец, 2004. С. 5, 33-34], которую можно принять в качестве первого аналога. За второй аналог можно принять трубу плоскоовального профиля по типу В согласно ГОСТ Р 54157-2010 [ГОСТ Р 54157-2010. Трубы стальные профильные для металлоконструкций. Технические условия. М.: Стандартинформ, 2011. С. 62, 67-68]. Трубчатый профиль прототипа как по ТУ, так и по ГОСТ отличается одной и той же U-образной формой поперечного сечения, включающей одну полукруглую грань, две стенки (вертикальные грани), одну полку (горизонтальную грань). Такую трубу, очевидно, вполне допустимо назвать полуплоскоовальной. Она имеет одну листовую заготовку (штрипс) и один сварной шов. Однако ее целесообразно дополнительно проработать как стержневой или балочный элемент с оптимизированным моментом сопротивления сечения.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому (принятым за прототип) является полуплоскоовальная профильная труба с внутренним ребром по середине полукруглой грани, сформированным сваркой отогнутых кромок листовой заготовки параллельно стенкам. Отношение габаритных размеров трубы составляет 1/3,064 по средней линии сечения, а высота ребра равна 0,2468 меньшего из габаритных размеров [Марутян А.С. Полуплоскоовальная профильная труба // Патент №2669410, 11.10.2018, бюл. №29]. За первооснову ее формообразования принята плоскоовальная профильная труба с отношением габаритных размеров 1/3,064 по средней линии сечения, что в максимальной степени повышает несущую способность на изгиб [Марутян А.С. Способ перепрофилирования круглой трубы // Патент №2623558, 27.06.2017, бюл. №18]. При этом если полуплоскоовальная труба одной своей частью по очертанию полностью совпадает с плоскоовальной, то другой своей частью она ничем не отличается от прямоугольной. Прямоугольная профильная труба или гнутосварной профиль по определению представляет собой сортовой гнутый профиль, замкнутый контур которого обеспечен сваркой полок [ГОСТ 14350-80. Профили проката гнутые. Термины и определения. М: Издательство стандартов, 1980. С. 10]. Прямоугольный гнутосварной профиль обладает наибольшей прочностью изгибу при отношении габаритных размеров 1/3 по средней линии сечения [Марутян А.С. Способ перепрофилирования круглой трубы в прямоугольную// Патент №2756683, 04.10.2021, бюл. №28]. Здесь практический интерес может вызвать техническое решение прототипа с дополнительной проработкой, где за первооснову формообразования принят прямоугольный гнутосварной профиль с отношением габаритных размеров 1/3 по средней линии сечения. Поэтому проработанное таким образом решение для большей определенности вполне допустимо маркировать как полуплоскоовальный гнутосварной профиль.

Техническим результатом предлагаемого решения является оптимизация момента сопротивления сечения полуплоскоовального гнутосварного профиля применительно к балочному или стержневому элементу, что увеличивает конструктивно-компоновочные возможности и расширяет область его рационального применения.

Указанный технический результат достигается тем, что полуплоскоовальный гнутосварной профиль с отношением габаритных размеров профиля 1/3 по средней линии сечения, включающий одну полукруглую грань, две стенки (вертикальные грани) и одну полку (горизонтальную грань), выполнен с внутренним ребром, расположенным по середине полукруглой грани параллельно стенкам и сформированным сваркой отогнутых кромок листовой заготовки. Высота ребра равна 0,248 меньшего из габаритных размеров.

Предлагаемый полуплоскоовальный гнутосварной профиль обладает достаточно универсальным техническим решением, с реализацией которого для его изготовления можно использовать прямошовные сварные соединения листовых заготовок как обычной, так и повышенной тонкостенности. В последнем случае по технологическим требованиям наложения сварных швов необходима разделка кромок под сварку в виде их отбортовки [Металлические конструкции / Под ред. Ю.И. Кудишина. М.: Издательский центр «Академия», 2007. С. 119, рис. 4.15]. Итогом таких сборочно-сварочных операций может стать формообразование внутри замкнутого (трубчатого) профиля своего рода ребра жесткости, которому вполне допустимо и целесообразно после соответствующего расчета согласно заданным по проекту параметрам придать дополнительные конструктивно-компоновочные функции. В частности, внутреннее ребро может обеспечить оптимизацию момента сопротивления ее сечения для применения в качестве балочного или стержневого элемента.

Предлагаемое техническое решение поясняется графическими материалами, где на - фиг. 1 приведена расчетная схема поперечного сечения полуплоскоовального гнутосварного профиля;

- фиг. 2 - расчетная схема поперечного сечения полуплоскоовального гнутосварного профиля с отношением габаритных размеров 1/3 по средней линии этого сечения;

- фиг. 3 - расчетная схема поперечного сечения полуплоскоовального гнутосварного профиля с внутренним ребром и отношением габаритных размеров 1/3 по средней линии сечения, оптимизированного по моменту сопротивления;

- фиг. 4 - снимок среза разнокалиберных полуплоскоовальных гнутосварных профилей с внутренними ребрами, оптимизированных по моменту сопротивления.

Для вывода оптимальных параметров полуплоскоовального гнутосварного профиля и количественной оценки его несущей способности целесообразно воспользоваться расчетными формулами, апробированными в техническом решении по прототипу:

- площадь поперечного сечения

А=Ut((1,57n+2)/n);

- момент инерции относительно оси абсцисс

I_x=U³t(0,0118043n⁵-0,0781084n⁴+0,6669133n³+2,643456n²+2,6166667n+0,6666667)/(n³(1,57n+2)²);

- момент инерции относительно оси ординат

I_y=U³t(0,0295833n+0,5)/n;

- ординаты цента тяжести

y_min=U(-0,034955n²+0,57n+1)/(n(1,57n+2));

y_max=U(0,034955n²+n+1)/(n(1,57n+2)),

где U - меньший габарит поперечного сечения полуплоскоовального гнутосварного профиля по средней линии;

V - больший габарит поперечного сечения полуплоскоовального гнутосварного профиля по средней линии;

n - отношение меньшего габарита к большему, n=U/V.

t - толщина стенки полуплоскоовального гнутосварного профиля.

Полуплоскоовальный гнутосварной профиль с отношением габаритных размеров 1/3 имеет следующие расчетные параметры:

n=1/3=0,3333333;

V=3U;

А=7,57Ut;

y_min=1,4101777U≈1,41U;

y_max=1,5898222U≈1,59U;

y_min+y_max=U(1,41+1,59)=3U=V;

I_x=7,8719787U³t;

I_y=1,7662497U³t;

W_x,min=4,9514836U²t;

W_x,max=5,582260U²t;

W_y=3,5324994U²t;

i_x=1,0197507U;

i_y=0,4830343U.

Здесь, как и следовало ожидать, отсутствие второй оси материальной симметрии сопровождается тем, что центр тяжести поперечного сечения делит один из габаритных размеров (высоту) на разновеликие части (y_min и y_max), а момент сопротивления такого сечения имеет два значения (W_x,min и W_x,max), которые отличаются друг от друга на

100(5,582260-4,9514836)/(5,582260…4,9514836)=11,3…12,7%.

Очевидно, что полученная разница сравнительно невелика, поэтому расположение центра тяжести поперечного сечения на середине его высоты вполне достижимо без изменения принятого отношения габаритных размеров (n=1/3) за счет включения в расчетное сечение полуплоскоовального гнутосварного профиля внутреннего ребра размером h×2t:

А=7,57Ut+2ht.

Далее целесообразно вычислить размер ребра h из такого расчета, чтобы ордината центра тяжести оказалась равной половине габаритного размера по высоте (y_o=0,5V):

y_o=(7,57Ut×1,59U+2×2ht×0,5h)/(7,57Ut+2ht);

0,5V=1,532U=(7,57Ut×1,59U+2×2ht×0,5h)/(7,57Ut+2ht);

h²-3Ut+0,6813U²=0;

h₁=0,2475225U; h₂=2,7524775U.

В дальнейшую проработку целесообразно принять

h=0,2475225U≈0,248U.

Тогда полуплоскоовальный гнутосварной профиль с таким размером внутреннего ребра будет иметь следующие характеристики сечения:

A=8,066Ut; U=0,1239771A/t; V=0,3719313A/t;

h=0,248U=0,0307463A/t; y_o=1,5U=0,1859656A/t;

I_x=8,8749522U³t=0,0169118A³/t²; I_y=1,7662497U³t=0,0033657A³/t²;

W_x=5,9166348U²t=0,0909405A²/t; W_y=3,5324994U²t=0,0542956A²/t;

i_x=1,0489478U=0,1300455A/t; i_y=0,4679472U=0,0580147A/t,

где A и t - соответственно площадь сечения и толщина листовой заготовки,

A=const; t=const.

Сравнение полуплоскоовального гнутосварного профиля с внутренним ребром и такого же профиля без ребра при одинаковых габаритах (V=3U, t=const) показывает, что, если площадь сечения у предлагаемой трубы возросла в 8,066/7,57=1,0655 раза, то момент инерции в плоскости несущей конструкции возрос в 8,8749522/7,8719787=1,1274 раза и момент сопротивления - в 5,9166348/5,582260=1,2876 раза, а радиус инерции - в 1,0687874/0,9999511=1,0688 раза. Такие итоги можно признать достаточно перспективными для дальнейших проработок предлагаемого решения в проектировании несущих конструкциях зданий и сооружений.

Основные расчетные характеристики полуплоскоовального гнутосварного профиля с внутренним ребром и других профильных труб (гнутосварных профилей) интересно сопоставить в табличной форме [Марутян А.С. Оптимизация перепрофилирования круглых труб в прямоугольные // Строительная механика и расчет сооружений. 2023. №1. С. 65-74].

Как видно, трубчатый профиль по предлагаемому решению при самой компактной строительной высоте по несущей способности превзошел овальный и плоскоовальный профили.

Claims

Полуплоскоовальный гнутосварной профиль с отношением габаритных размеров 1/3 по средней линии сечения, включающий одну полукруглую грань, пару стенок (вертикальных граней), одну полку (горизонтальную грань), а также внутреннее ребро, расположенное по середине полукруглой грани параллельно стенкам и сформированное сваркой отогнутых кромок листовой заготовки, отличающийся тем, что высота ребра равна 0,248 меньшего из габаритных размеров.