RU222108U1

RU222108U1 - THREE-EDGED GRID SUPPORT WITH FLAT-OVAL PIPE BELTS

Info

Publication number: RU222108U1
Application number: RU2023126405U
Authority: RU
Inventors: Александр Суренович Марутян
Original assignee: Александр Суренович Марутян
Filing date: 2023-10-13
Publication date: 2023-12-12

Abstract

Полезная модель относится к области строительства и может быть использована в качестве опорных конструкций для антенно-мачтовых систем, громоотводов, линий электропередач, радиорелейной связи, ветрогенераторных установок, осветительных вышек, дымовых труб и других инженерных сооружений. Техническим результатом полезной модели является увеличение возможностей конструктивно-компоновочного оформления бесфасоночных узлов решетчатой опоры за счет более широких плоских граней, допускающих оптимизацию их поперечных сечений по критерию равной устойчивости из осевой плоскости и в осевой плоскости решетки с увеличением жесткостных характеристик. Указанный технический результат достигается тем, что в трехгранной решетчатой опоре из трубчатых профилей, включающей пояса и стержни решеток, соединенные при помощи сварных бесфасоночных узлов и монтажных стыков на болтах через фланцы, поперечные сечения поясов имеют плоскоовальную форму с отношением габаритных размеров 1/2,497 по средней линии расчетного сечения с конструктивным эксцентриситетом, равным 1/2 меньшего из габаритных размеров.The utility model relates to the field of construction and can be used as support structures for antenna mast systems, lightning rods, power lines, radio relay communications, wind generators, lighting towers, chimneys and other engineering structures. The technical result of the utility model is to increase the possibilities of structural and layout design of bevelless lattice support units due to wider flat faces, allowing optimization of their cross sections according to the criterion of equal stability from the axial plane and in the axial plane of the lattice with an increase in rigidity characteristics. The specified technical result is achieved by the fact that in a triangular lattice support made of tubular profiles, including belts and lattice rods, connected by means of welded faceless units and mounting joints on bolts through flanges, the cross sections of the belts have a flat oval shape with an overall dimensions ratio of 1/2.497 on average design section lines with a design eccentricity equal to 1/2 of the smaller overall dimensions.

Description

Полезная модель относится к области строительства и может быть использована в качестве опорных конструкций для антенно-мачтовых систем, громоотводов, линий электропередач, радиорелейной связи, ветрогенераторных установок, осветительных вышек, дымовых труб и других инженерных сооружений.The utility model relates to the field of construction and can be used as support structures for antenna mast systems, lightning rods, power lines, radio relay communications, wind generators, lighting towers, chimneys and other engineering structures.

Известным техническим решением является трехгранная решетчатая опора с поясами из замкнутых треугольных, четырехугольных или пятиугольных профилей, выполненных путем перегиба стального листа, а также обратного симметричного отгиба под углом 60° обеих кромок того же листа в виде листовых фасонок для узловых соединений стержней решеток [Сабитов Л.С., Кузнецов И.Л., Батердинов И.Р. Трехгранная решетчатая опора // Патент №2564337. 20.05.2016. Бюл. №14].A well-known technical solution is a triangular lattice support with belts made of closed triangular, quadrangular or pentagonal profiles, made by bending a steel sheet, as well as a reverse symmetrical bend at an angle of 60° of both edges of the same sheet in the form of sheet gussets for nodal connections of lattice rods [Sabitov L S.S., Kuznetsov I.L., Baterdinov I.R. Triangular lattice support // Patent No. 2564337. 05/20/2016. Bull. No. 14].

Такому техническому решению присущ недостаток известных трубчатых ферм из прямоугольных, квадратных, пятигранных и пятиугольных профилей, снижающий ресурс несущей способности конструкций и увеличивающий их материалоемкость из-за угловатости перечисленных форм поперечных сечений, сопровождающейся наклепом материала и повышенной концентрацией напряжений. Этот недостаток в рассматриваемом случае усугубляют двойные отгибы под острыми углами в обратных направлениях. Фасонки для соединения стержней решеток необходимы только в местах их примыкания к поясам, а в трехгранных трубчатых опорах подобные соединения и вовсе являются бесфасоночными и узловые фасонки имеют ограниченное применение в монтажных стыках [Металлические конструкции. В 3 т. Т. 3 / Под ред. В.В. Кузнецова. М.: Издательство АСВ, 1999. С. 42-43, рис. 1.29]. Поэтому двойные фасонки по всей длине поясов могут стать причиной увеличения расхода конструкционного материала и дополнительных затрат, вызванных обработкой торцевых кромок стержней решеток с продольными прорезями для пропуска этих фасонок. Кроме того, такие фасонки формируют пазухи, ухудшающие эксплуатационные качества несущих конструкций (особенно открытых).This technical solution has the inherent disadvantage of known tubular trusses made of rectangular, square, pentagonal and pentagonal profiles, which reduces the life-bearing capacity of structures and increases their material consumption due to the angularity of the listed cross-sectional shapes, accompanied by hardening of the material and increased stress concentration. This drawback in the case under consideration is aggravated by double bends at sharp angles in the opposite directions. Grills for connecting grating rods are needed only in the places where they adjoin the chords, and in trihedral tubular supports such connections are completely gussetless and nodal gussets have limited use in installation joints [Metal structures. In 3 vols. T. 3 / Ed. V.V. Kuznetsova. M.: ASV Publishing House, 1999. P. 42-43, fig. 1.29]. Therefore, double gussets along the entire length of the chords can cause an increase in the consumption of structural material and additional costs caused by processing the end edges of the grating rods with longitudinal slots to allow these gussets to pass through. In addition, such gussets form sinuses that impair the performance of load-bearing structures (especially open ones).

Еще одним известным техническим решением (принятым за аналог) является трубчатая конструкция, в которой все стержневые элементы поясов и решеток (включающих раскосы и распорки) имеют круглые сечения, заводские соединения в виде сварных бесфасоночных узлов и монтажные стыки на болтах через фланцы [Металлические конструкции. В 3 т. Т. 3 / Под ред. В.В. Кузнецова. М.: Издательство АСВ, 1999. С.42-43, рис. 1.28].Another well-known technical solution (accepted as an analogue) is a tubular structure, in which all the rod elements of the chords and grids (including braces and struts) have circular sections, factory connections in the form of welded unshaped units and mounting joints with bolts through flanges [Metal structures. In 3 vols. T. 3 / Ed. V.V. Kuznetsova. M.: ASV Publishing House, 1999. P.42-43, fig. 1.28].

Основной недостаток аналога заключается в сложной форме (фигурной) разделки торцевых кромок стержней решеток (раскосов и распорок) для их непосредственного примыкания в узловых соединениях к поясам, поверхности которых отличается полным отсутствием плоских участков, что требует соблюдать повышенную точность изготовления и сборочно-сварочных операций, увеличивает трудоемкость и сопровождается определенным ростом затрат. Этот недостаток определенным образом ограничивает область применения круглых труб, в чем они значительно уступают прямоугольным профилям, массово востребованным в строительной практике.The main disadvantage of the analogue is the complex form of (shaped) cutting of the end edges of the grating rods (braces and struts) for their direct abutment in the nodal connections to the chords, the surface of which is distinguished by the complete absence of flat areas, which requires increased precision in manufacturing and assembly and welding operations, increases labor intensity and is accompanied by a certain increase in costs. This drawback in some way limits the scope of application of round pipes, in which they are significantly inferior to rectangular profiles, which are widely in demand in construction practice.

Наиболее близким техническим решением (принятым за прототип) к предлагаемой трехгранной решетчатой опоре с поясами из плоскоовальных труб такая же опора, поперечное сечение поясов которой имеет плоскоовальную форму с отношением габаритных размеров 1/1,542 по средней линии этого сечения [Марутян А.С. Трехгранная решетчатая опора с поясами из плоскоовальных труб // Патент №2664092. 15.08.2018. Бюл. №23]. За счет оптимизации с использованием конструктивного эксцентриситета, равного 1/4 меньшего из габаритных размеров, поясные элементы равноустойчивы из плоскости и в плоскости решетки. Кроме того, они имеют округлые очертания с двумя плоскими гранями, весьма упрощающими сварные бесфасоночные узлы решетчатой опоры. Однако недостаток прототипа заключается в узости этих граней, поскольку их ширина лимитирована приведенным отношением и не превышает 0,542 большего из габаритных размеров, что в свою очередь ограничивает конструктивно-компоновочное оформление таких узлов.The closest technical solution (adopted as a prototype) to the proposed triangular lattice support with belts made of flat oval pipes is the same support, the cross section of the belts has a flat oval shape with an overall dimensions ratio of 1/1.542 along the center line of this section [Marutyan A.S. Triangular lattice support with belts made of flat-oval pipes // Patent No. 2664092. 08/15/2018. Bull. No. 23]. Due to optimization using a structural eccentricity equal to 1/4 of the smaller overall dimensions, the belt elements are equally stable from the plane and in the plane of the lattice. In addition, they have a rounded outline with two flat edges, which greatly simplifies the welded bevelless assemblies of the lattice support. However, the disadvantage of the prototype is the narrowness of these edges, since their width is limited by the given ratio and does not exceed 0.542 of the larger overall dimensions, which in turn limits the design and layout of such units.

Техническим результатом полезной модели является увеличение возможностей конструктивно-компоновочного оформления бесфасоночных узлов решетчатой опоры за счет более широких плоских граней, допускающих оптимизацию их поперечных сечений по критерию равной устойчивости из осевой плоскости и в осевой плоскости решетки с повышенными значениями жесткостных характеристик.The technical result of the utility model is to increase the possibilities of structural and layout design of bevelless lattice support units due to wider flat faces, allowing optimization of their cross sections according to the criterion of equal stability from the axial plane and in the axial plane of the lattice with increased values of rigidity characteristics.

Указанный технический результат достигается тем, что в трехгранной решетчатой опоре из трубчатых профилей, включающей пояса и стержни решеток, соединенные при помощи сварных бесфасоночных узлов и монтажных стыков на болтах через фланцы, поперечные сечения поясов имеют плоскоовальную форму с отношением габаритных размеров 1/2,497 по средней линии расчетного сечения с конструктивным эксцентриситетом, равным 1/2 меньшего из этих размеров.The specified technical result is achieved by the fact that in a triangular lattice support made of tubular profiles, including belts and lattice rods, connected by means of welded faceless units and mounting joints on bolts through flanges, the cross sections of the belts have a flat oval shape with an overall dimensions ratio of 1/2.497 on average design section lines with a design eccentricity equal to 1/2 of the smaller of these dimensions.

В предлагаемой опорной конструкции из прототипа все три пояса, а также решетки между ними выполнены из трубчатых профилей. Для непосредственного примыкания к поясам с образованием бесфасоночных узлов все стержневые элементы решеток из круглых труб имеют плоскую разделку торцевых кромок под определенными углами: острыми для раскосов и прямыми для распорок. Такая разделка является наиболее простой и весьма технологичной, поскольку допускает обработку не отдельных стержней, а пакетную обработку однотипных элементов их прямыми или косыми резами фрезами или лентопильными станками. Для удобства наложения валиков сварных швов й повышения степени унификации бесфасоночных узловых соединений вполне оправдано применение конструктивных эксцентриситетов, ограниченных 1/4 размера поясных элементов из прямоугольных труб, что допускает не учитывать их в расчетах [Руководство по проектированию стальных конструкций из гнутосварных замкнутых профилей / М.: ЦНИИпроектстальконструкция, 1978. С. 24, п. 4.2.8]. Это допущение применительно к поясам из плоскоовальных труб нуждается в подтверждении за счет соответствующих проработок и экспериментальных исследований. Однако оно вполне может послужить своего рода расчетно-теоретической предпосылкой в техническом решении прототипа, обеспечивающей в трехгранной опоре равноустойчивость трубчатых поясов из плоскоовальных труб относительно осевых плоскостей решеток. Исходя из этого, чтобы стержневые элементы поясов в плоскостях и из плоскостей решеток имели одни и те же гибкости, целесообразно использовать приведенный конструктивный эксцентриситет для расчета оптимальных параметров плоскоовальных труб. При таком подходе конструктивный эксцентриситет можно увеличить до 1/2 размера поясных элементов, который был апробирован в перекрестных системах из трубчатых ферм с бесфасоночными раскосными узлами [Марутян А.С., Кобалия Т.Л. Бесфасоночный раскосный узел трубчатых ферм // Патент №100784. 27.12.2010. Бюл. №36]. Эта апробация включала натурные испытания на статические и динамические воздействия от подвесного подъемно-транспортного оборудования [Марутян А.С. Приближенный расчет перекрестных систем на крановые воздействия // Строительная механика и расчет сооружений. 2013, №1. С. 15-22]. Поэтому в предлагаемой решетчатой конструкции практический интерес может вызвать дополнительная проработка технического решения из прототипа на предмет определенного роста жесткостных характеристик поясных труб при помощи оптимизации по критерию равной устойчивости из плоскости и в плоскости решетки с использованием в бесфасоночных узлах конструктивных эксцентриситетов, увеличенных до 1/2 меньшего из габаритных размеров.In the proposed support structure from the prototype, all three belts, as well as the gratings between them, are made of tubular profiles. For direct abutment to the belts with the formation of chamferless units, all rod elements of round pipe gratings have flat cutting of the end edges at certain angles: sharp for braces and straight for spacers. This cutting is the simplest and most technologically advanced, since it allows processing not individual rods, but batch processing of similar elements with straight or oblique cuts using milling cutters or band saws. For the convenience of applying beads of welds and increasing the degree of unification of bevelless nodal connections, it is quite justified to use structural eccentricities limited to 1/4 of the size of belt elements made of rectangular pipes, which allows them not to be taken into account in the calculations [Guide to the design of steel structures made of bent-welded closed profiles / M. : TsNIIproektstalkonstruktsiya, 1978. P. 24, paragraph 4.2.8]. This assumption in relation to belts made of flat-oval pipes needs to be confirmed through appropriate studies and experimental studies. However, it may well serve as a kind of computational and theoretical prerequisite in the technical solution of the prototype, ensuring in a triangular support the equal stability of tubular belts made of flat-oval pipes relative to the axial planes of the gratings. Based on this, so that the rod elements of the chords in the planes and from the planes of the grids have the same flexibility, it is advisable to use the given structural eccentricity to calculate the optimal parameters of flat-oval pipes. With this approach, the structural eccentricity can be increased to 1/2 the size of the chord elements, which was tested in cross systems of tubular trusses with chamferless braced units [Marutyan A.S., Kobalia T.L. Shapeless braced assembly of tubular trusses // Patent No. 100784. 12/27/2010. Bull. No. 36]. This approbation included full-scale tests for static and dynamic impacts from overhead lifting and transport equipment [Marutyan A.S. Approximate calculation of cross systems for crane impacts // Structural mechanics and calculation of structures. 2013, no. 1. P. 15-22]. Therefore, in the proposed lattice design, practical interest may be generated by additional elaboration of the technical solution from the prototype for a certain increase in the rigidity characteristics of the belt pipes using optimization according to the criterion of equal stability from the plane and in the plane of the lattice using structural eccentricities in shapeless units, increased to 1/2 less from overall dimensions.

Полезная модель поясняется графическими материалами, где The utility model is illustrated with graphic materials, where

на фиг. 1 показана аксонометрия фрагмента трехгранной решетчатой опоры из трубчатых профилей; in fig. Figure 1 shows an axonometry of a fragment of a triangular lattice support made of tubular profiles;

на фиг. 2 - поперечный разрез опорной конструкции с поясами из плоскоовальных труб; in fig. 2 - cross-section of the supporting structure with belts made of flat-oval pipes;

на фиг. 3 - расчетная схема поперечного сечения пояса из плоскоовальной трубы с конструктивным эксцентриситетом в бесфасоночном узле; in fig. 3 - design diagram of the cross section of a belt made of a flat-oval pipe with a structural eccentricity in a bevelless unit;

на фиг. 4 - снимок среза разнокалиберных плоскоовальных труб.in fig. 4 - a snapshot of a section of flat-oval pipes of different sizes.

Полезная модель трехгранной опоры включает пояса 1, а также соединяющие их решетки из раскосов 2 и распорок 3. Заводские соединения оформлены в виде бесфасоночных узлов на сварке с односторонними примыканиями раскосов 2 и распорок 3 к поясам 1, а также с использованием конструктивных (расчетных) эксцентриситетов, по абсолютной величине равных 1/2 меньшего из габаритных размеров плоскоовального сечения поясной трубы. Монтажные стыки 4 выполнены при помощи стяжных болтов через фланцы.A useful model of a triangular support includes chords 1, as well as grids of braces 2 and struts 3 connecting them. Factory connections are made in the form of bevelless welded units with one-sided connections of braces 2 and struts 3 to chords 1, as well as using design (calculated) eccentricities , in absolute value equal to 1/2 of the smaller overall dimensions of the flat-oval section of the waist pipe. Mounting joints 4 are made using coupling bolts through flanges.

Для вывода приведенного отношения габаритных размеров плоскоовального сечения поясов и количественной оценки ресурсов их несущей способности целесообразно использовать расчетные формулы, протестированные при оптимизации параметров плоскоовальных труб для решеток ферменных конструкций [Марутян А.С, Абовян А.Г. Расчет оптимальных параметров плоскоовальных труб для ферменных конструкций // Строительная механика и расчет сооружений. 2017, №4. С.17-22]:To derive the reduced ratio of the overall dimensions of the flat-oval section of the chords and quantify the resources of their load-bearing capacity, it is advisable to use calculation formulas tested when optimizing the parameters of flat-oval pipes for truss structures [Marutyan A.S., Abovyan A.G. Calculation of optimal parameters of flat-oval pipes for truss structures // Structural mechanics and design of structures. 2017, no. 4. P.17-22]:

где I_x, I_y, А - соответственно момент инерции сечения относительно оси х-х, момент инерции сечения относительно оси у-у, площадь сечения;where I _x , I _y , A - respectively, the moment of inertia of the section relative to the x-x axis, the moment of inertia of the section relative to the y-y axis, and the cross-sectional area;

U - меньший габаритный размер поперечного сечения плоскоовальной трубы по средней линии;U is the smaller overall dimension of the cross-section of a flat-oval pipe along the center line;

V - больший габаритного размера поперечного сечения плоскоовальной трубы по средней линии;V - larger than the overall cross-sectional dimension of a flat-oval pipe along the center line;

n - отношение меньшего габаритного размера к большему,n is the ratio of the smaller overall size to the larger one,

n=U/Vn=U/V

t - толщина стенки плоскоовальной трубы.t is the wall thickness of the flat-oval pipe.

Когда центр бесфасоночного узлового соединения совмещен с центром тяжести поперечного сечения поясной трубы, то есть при e =0 (где e - конструктивный эксцентриситет), моменты инерции сечения можно определить с учетом угла поворота осей:When the center of the chamferless nodal connection is combined with the center of gravity of the cross section of the belt pipe, that is, at e = 0 (where e is the structural eccentricity), the moments of inertia of the section can be determined taking into account the angle of rotation of the axes:

где α - угол поворота осей, α30°, cos²α=0,75, sin²α=0,25.where α is the angle of rotation of the axes, α30°, cos ² α=0.75, sin ² α=0.25.

Увеличить жесткостные характеристики вполне допустимо за счет конструктивного эксцентриситета (e ≠0).It is quite possible to increase the rigidity characteristics due to the structural eccentricity (e ≠0).

В частности, расчетные выкладки, сопровождающие увеличение конструктивного эксцентриситета до значения, равного 1/2 меньшего из габаритных размеров, можно записать следующим образом:In particular, the calculations accompanying an increase in the structural eccentricity to a value equal to 1/2 of the smaller overall dimensions can be written as follows:

Очевидно, что рационально такое сечение поясной трубы, которое является равноустойчивым относительно осевой плоскости решетки, когда гибкость в плоскости решетки равна гибкости из этой плоскости, то есть I_xv=I_yp.It is obvious that such a section of the belt pipe is rational, which is equally stable relative to the axial plane of the lattice, when the flexibility in the lattice plane is equal to the flexibility from this plane, that is, I _xv =I _yp .

Тогда, подставив значения моментов инерции, можно получить уравнение третьей степениThen, by substituting the values of the moments of inertia, we can obtain an equation of the third degree

с корнямиwith roots

Из полученных значений практический интерес представляет третье:Of the obtained values, the third is of practical interest:

где за эталонные (100-процентные) показатели приняты характеристики круглой трубы из технического решения аналогаwhere the characteristics of a round pipe from an analogue technical solution are taken as reference (100 percent) indicators

Полученные результаты и их сравнение достаточно наглядно подтверждают эффективность применения конструктивного эксцентриситета, поскольку с его приращением в (1/2)/(1/4)=2 раза жесткостные характеристики увеличились в 0,0149102/0,0142376=1,0472 раза, а ширина плоских граней - в 1,497/0,542=2,76 раза, где ширина плоских граней представляет собой разницу габаритных размеров, то есть V-U.The results obtained and their comparison quite clearly confirm the effectiveness of using structural eccentricity, since with its increase by (1/2)/(1/4)=2 times, the rigidity characteristics increased by 0.0149102/0.0142376=1.0472 times, and the width of the flat edges is 1.497/0.542 = 2.76 times, where the width of the flat edges is the difference in overall dimensions, that is, V-U.

Таким образом, подводя некоторые итоги, можно прийти к основному выводу, что оптимизированное по критерию равноустойчивости относительно осевых плоскостей решеток плоскоовальное сечение поясных труб с отношением габаритных размеров 1/2,497 по средней линии расчетного сечения с конструктивным эксцентриситетом, равным 1/2 меньшего из габаритных размеров достаточно перспективно для применения в опорных конструкциях. Если к этому добавить, что разделка торцевых кромок всех стержневых элементов решеток из круглых труб ограничивается плоскими резами, то положительный эффект от предлагаемого технического решения может оказаться более наглядным и весомым.Thus, summing up some results, we can come to the main conclusion that the flat-oval section of belt pipes, optimized by the criterion of equal stability relative to the axial planes of the gratings, with an overall dimensions ratio of 1/2.497 along the center line of the design section with a structural eccentricity equal to 1/2 of the smaller overall dimensions quite promising for use in supporting structures. If we add to this that the cutting of the end edges of all core elements of round pipe gratings is limited to flat cuts, then the positive effect of the proposed technical solution may turn out to be more obvious and significant.

Claims

Triangular lattice support made of tubular profiles, including belts of flat-oval cross-sections and lattice rods, connected by means of welded non-faceted units and mounting joints on bolts through flanges, characterized in that the cross sections of the belts have a ratio of overall dimensions of 1/2.497 along the center line of the design section with a design eccentricity equal to 1/2 of the smaller overall dimensions.