RU2227069C2

RU2227069C2 - Rolled beam

Info

Publication number: RU2227069C2
Application number: RU2001120215/02A
Authority: RU
Inventors: К.К. Нежданов; А.К. Нежданов; В.А. Туманов; А.С. Маскаев
Original assignee: Пензенская государственная архитектурно-строительная академия
Priority date: 2001-07-18
Filing date: 2001-07-18
Publication date: 2004-04-20

Abstract

FIELD: metallic constructions. SUBSTANCE: rolled H-beam includes web and two flanges; each flange is joined with web through trough-like member whose convexity is directed to enter of cross section of shape. Thickness of trough-like member consists 0.8 - 1 of web thickness; material content of web consists 34.3%, material content of two trough-like members consists 27%; material content of web overhangs consists 38.7%. EFFECT: lowered material consumption of shape having improved characteristics such as moment of inertia and resisting moment. 2 dwg, 2 tbl, 1 ex _

Description

Предлагаемое изобретение относится к металлическим конструкциям.The present invention relates to metal structures.

Известны двутавровые прокатные балки [1, с.260]. Примем известное решение за аналог.Known I-beam rolling beams [1, p. 260]. We take a well-known solution for the analogue.

Недостаток аналога - значительная материалоемкость.The disadvantage of an analogue is significant material consumption.

Технический результат изобретения - снижение материалоемкости прокатного профиля.The technical result of the invention is the reduction of material consumption of the rolling profile.

Технический результат достигнут тем, что каждая из полок балки сопряжена со стенкой посредством лоткообразного элемента, ориентированного выпуклостью к центру профиля сечения. Толщина лоткообразного элемента составляет 0,8...1 от толщины стенки, материалоемкость стенки составляет 34,3%, двух лоткообразных элементов - 27%, а свесов полок 38,7%.The technical result is achieved in that each of the shelves of the beam is paired with the wall by means of a tray-like element oriented convex to the center of the section profile. The thickness of the tray-like element is 0.8 ... 1 of the wall thickness, the material consumption of the wall is 34.3%, two tray-shaped elements is 27%, and the overhangs of the shelves are 38.7%.

Сопоставление с аналогом показывает существующие отличия разработанного профиля:Comparison with the analogue shows the existing differences of the developed profile:

- пояс балки сопряжен со стенкой посредством лоткообразных элементов, например цилиндрических; толщина лоткообразного элемента равна или меньше толщины стенки профиля;- the beam belt is mated to the wall by means of tray-shaped elements, for example cylindrical; the thickness of the tray-like element is equal to or less than the thickness of the profile wall;

- распределение материала по сечению обеспечивает максимальный момент сопротивления и, следовательно, минимальную материалоемкость.- the distribution of the material over the cross section provides the maximum moment of resistance and, therefore, the minimum material consumption.

На фиг.1 показан профиль сечения двутавра с лоткообразными элементами; на фиг.2 - вид сбоку.Figure 1 shows the cross-sectional profile of an I-beam with tray-shaped elements; figure 2 is a side view.

Двутавровый профиль содержит стенку 1, лоткообразные элементы 2 и свесы полок 3. Толщина лоткообразного элемента t_л равна толщине стенки t_ст балки t_л=t_ст.The I-beam profile comprises a wall 1, tray-like elements 2 and overhangs of the shelves 3. The thickness of the tray-like element t _l is equal to the wall thickness t _{article of the} beam t _l = t _article

Высота стенки h_ст составляет 0,8 от высоты h балки, h_ст=0,8h. Диаметр лоткообразного элемента D составляет 0,2 от высоты балки D=0,2h. To есть по сравнению с аналогом мы уменьшаем высоту стенки на 20%, что приводит к такому же уменьшению гибкости стенки

The height of the wall h _article is 0.8 of the height h of the beam, h _article = 0,8h. The diameter of the tray-like element D is 0.2 of the beam height D = 0.2h. That is, in comparison with the analogue, we reduce the wall height by 20%, which leads to the same decrease in the flexibility of the wall

Для максимального снижения материалоемкости заготовку надо трансформировать в валках стана таким образом, чтобы профиль получил максимальный момент сопротивления W_х. Вся площадь сечения А должна распределятся в определенной пропорции между стенкой A_ст, лоткообразными элементами 2А_л и свесами полки 2А_св. Введем коэффициент материалоемкости стенки балки К. Тогда:To minimize material consumption, the workpiece must be transformed in the mill rolls so that the profile receives the maximum resistance moment W _x . The entire cross-sectional area A should be distributed in a certain proportion between the wall A _st , the tray-like elements 2A _l and the overhangs of the shelf 2A _St. We introduce the coefficient of material consumption of the wall of the beam K. Then:

КА - материалоемкость стенки балки.KA - material intensity of the beam wall.

Площадь сечения двух лоткообразных элементов равна 2А_л=π Dt_л,The cross-sectional area of two tray-shaped elements is 2A _l = π Dt _l ,

где D=0,2h - диаметр лоткообразного элемента; D=0,25h_ст;where D = 0.2h is the diameter of the tray-like element; D = 0.25h _st ;

h=1,25h_ст - высота балки;h = 1.25h _st - beam height;

t_л=t_ст - толщина лоткообразного элемента равна толщине стенки, тогда

t _l = t _article - the thickness of the tray-like element is equal to the wall thickness, then

Площадь сечения свесов полки равна

The cross-sectional area of the overhangs of the shelf is

Собственные моменты инерции двух лоткообразных элементов запишем, используя справочник по сопротивления материалов [2, с.62]We write down the intrinsic moments of inertia of two tray-shaped elements using the reference book on the resistance of materials [2, p.62]

Расстояние от главной оси Х до центра тяжести каждого из лоткообразных элементов равно

The distance from the main axis X to the center of gravity of each of the tray-like elements is

Гибкость стенки

Wall flexibility

Высота стенки равна

Wall height is

Высота всей балки

The height of the entire beam

Тогда собственные моменты инерции двух лоткообразных элементов:Then the proper moments of inertia of two tray-shaped elements:

Запишем главный момент инерции балки, пренебрегая в запас прочности собственными моментами инерции свесов:We write the main moment of inertia of the beam, neglecting the safety factors of the inertia of the overhangs:

Заменим А_ст, А_св, А_л, h_ст.Replace A _st , A _St , A _l , h _Art .

Получим:We get:

илиor

Поделив на

получим момент сопротивления профиляDividing by

get the moment of profile resistance

Взяв производную по К, найдем экстремум W_х Taking the derivative with respect to K, we find the extremum W _x

Отсюда коэффициент материалоемкости равен К=0,3433, то есть для максимального снижения материалоемкости на стенку необходимо истратить 34,33% стали от всей площади сечения.Hence, the coefficient of material consumption is equal to K = 0.3433, that is, to minimize material consumption on the wall, it is necessary to spend 34.33% of steel from the entire cross-sectional area.

Подставив К в полученные формулы, получаем:Substituting K into the obtained formulas, we obtain:

площадь сечения:cross-sectional area:

стенки: А_ст=0,343А;walls: A _st = 0.343A;

двух лоткообразных элементов: 2А_л=0,27А;two tray-shaped elements: 2A _l = 0.27A;

свесов: 2A_cв=0,387A.overhangs: 2A _cv = 0.387A.

Главный момент инерции J_х=0,089402A²λ .The main moment of inertia J _x = 0,089402A ² λ.

Момент сопротивления

Moment of resistance

Минимальная площадь сечения в зависимости от момента сопротивленияMinimum cross-sectional area depending on the moment of resistance

Толщина стенки балки

Beam Wall Thickness

Высота стенки h_ст=0,8h.Wall height h _article = 0.8h.

Момент инерции двух лоткообразных элементов

The moment of inertia of two tray-shaped elements

Пример конкретной реализации.An example of a specific implementation.

Сравним разработанный новый профиль с аналогом, например, двутавром I 100Б4 [1, с.261]Compare the developed new profile with an analog, for example, the I-beam I 100B4 [1, p. 261]

А=397 см²; J_x=662170 см⁴; W_x=13060 см²; i_x=40,8 cм; i_y=6,85 cм; h=101,4 см;A = 397 cm ² ; J _x = 662170 cm ⁴ ; W _x = 13060 cm ² ; i _x = 40.8 cm; i _y = 6.85 cm; h = 101.4 cm;

h_ст=101,4-2·3,3=94,8 см; λ _ст=94,8/1,86=51; t_ст=l,86.h _article = 101.4-2.3.3 = 94.8 cm; λ _st = 94.8 / 1.86 = 51; t _article = l, 86.

В соответствии с действующими нормами назначаем гибкость стенки, при которой не требуется проверка ее устойчивости [3, с.27, п7.3].In accordance with the applicable standards, we assign the flexibility of the wall, at which the verification of its stability is not required [3, p.

R_y=230 МПа; Е=206000 МПа.R _y = 230 MPa; E = 206000 MPa.

Тогда

Then

Принимаем гибкость стенки 74,8.We accept wall flexibility of 74.8.

Площадь сечения оставляем без изменения А=397 см². Эту площадь распределяем по сечению следующим образом (см. табл. 1).The cross-sectional area is left unchanged A = 397 cm ² . This area is distributed over the cross section as follows (see table. 1).

Момент сопротивления нового двутавра будет равенThe moment of resistance of the new I-beam will be equal

Толщина стенки

Wall thickness

Высота балки

Beam height

Высота стенки h_ст= 0,8h=101 см.Wall height h _article = 0.8h = 101 cm.

Момент инерцииMoment of inertia

J_х=0,0894A²λ =0,0894·397²·74,8=1053950 см⁴.J _x = 0.0894A ² λ = 0.0894 · 397 ² · 74.8 = 1053950 cm ⁴ .

Сопоставление с аналогом показывает, что:Comparison with the analogue shows that:

момент сопротивления увеличился в 16701,9/13060=1,279 раза;the moment of resistance increased by 16,701.9 / 13060 = 1.279 times;

момент инерции увеличился в 1053950/662170=1,592 раза.the moment of inertia increased by 1053950/662170 = 1.592 times.

Если принять толщину свеса t_св=2 см, то ширина двух свесов равнаIf we take the thickness of the overhang t _St = 2 cm, then the width of the two overhangs is equal to

Диаметр лоткообразного элемента D=0,2h=0,2·126,2=25,24 см и ширина балкиThe diameter of the tray-like element D = 0.2h = 0.2 · 126.2 = 25.24 cm and the beam width

в_max=D=2в_св=25,24+38,41=63,65 см.in _max = D = 2 in _St. = 25.24 + 38.41 = 63.65 cm.

Момент инерции относительно вертикальной оси YMoment of inertia about the vertical axis Y

где d - внутренний диаметр лоткообразного элементаwhere d is the inner diameter of the tray-like element

d=D-2t_ст=25,24-2·1,35=22,54 см.d = D-2t _st = 25.24-2.1.35 = 22.54 cm.

У аналога было J_Y=18620 см³(100%).The analogue had J _Y = 18620 cm ³ (100%).

То есть момент инерции Jу увеличился в 2,55 раза!That is, the moment of inertia Jу increased by 2.55 times!

У аналога было W_Y=1150 см³ (100%).The analogue had W _Y = 1150 cm ³ (100%).

Момент сопротивления W_Y увеличился в 1,3 раза.The moment of resistance W _Y increased by 1.3 times.

Эффективность нового балочного профиля высокая.The efficiency of the new beam profile is high.

Примем одинаковые с аналогом моменты сопротивления, то есть W_X=13060 см³.We take the same moments of resistance with the analog, that is, W _X = 13060 cm ³ .

Находим минимальную площадь сечения.We find the minimum cross-sectional area.

Распределяем площадь по сечению (см. табл. 2).We distribute the area over the cross section (see table. 2).

Толщина стенкиWall thickness

Высота балки

Beam height

Высота стенки h_ст=0,8h=93,02 см.Wall height h _article = 0.8h = 93.02 cm.

Момент инерции J_X=0,0894A²λ =0,0894·336,96²·74,8=759269,2 см⁴.Moment of inertia J _X = 0.0894A ² λ = 0.0894 · 336.96 ² · 74.8 = 759269.2 cm ⁴ .

Момент сопротивленияMoment of resistance

Произошло снижение материалоемкости.There was a decrease in material consumption.

Материалоемкость новой балки по сравнению со старой балкой 336,96/397=0,849, снижена на 15,1%.The material consumption of the new beam compared with the old beam 336.96 / 397 = 0.849, reduced by 15.1%.

Экономический эффект достигнут за счет применения рационального профиля прокатной балки. Показатели материалоемкости в сильной степени зависят от толщины стенки t_ст и гибкости ее λ _ст. В нашем случае стенка сопряжена с полками посредством лоткообразных элементов и это позволило уменьшить ее высоту на 20% и, следовательно, ее гибкость на 20%.The economic effect is achieved through the use of a rational profile of the rolling beam. The indicators of material consumption to a large extent depend on the wall thickness t _article and its flexibility λ _article . In our case, the wall is interfaced with the shelves by means of tray-shaped elements and this has reduced its height by 20% and, therefore, its flexibility by 20%.

Полученный коэффициент материалоемкости стенки К=0,3433 позволил достигнуть максимального момента сопротивления при заданной площади сечения или достигнуть минимальной материалоемкости при заданном моменте сопротивления.The obtained coefficient of material consumption of the wall K = 0.3433 made it possible to achieve the maximum moment of resistance at a given cross-sectional area or to achieve the minimum material consumption at a given moment of resistance.

Таким образом, новый прокатный профиль снижает материалоемкость до 15% по сравнению с аналогом при одинаковом моменте сопротивления.Thus, the new rolling profile reduces material consumption up to 15% compared with the analogue at the same moment of resistance.

Если же прокатывать новый профиль из такой же заготовки как аналог, то моменты сопротивления W_Х повышаются на 25... 28%, момент сопротивления W_Y на 25... 30%. Моменты инерции J_X повышаются значительно сильнее - на 55... 59%, a J_Y на 50... 55%.If you roll a new profile from the same workpiece as an analog, then the moments of resistance W _X increase by 25 ... 28%, the moment of resistance W _Y by 25 ... 30%. The moments of inertia J _X increase significantly more - by 55 ... 59%, and J _Y by 50 ... 55%.

Особенно эффективен новый профиль для подкрановых балок и колонн промышленных и гражданских зданий, так как у профиля сильно увеличен момент инерции J_Y и момент сопротивления W_Y.The new profile is especially effective for crane beams and columns of industrial and civil buildings, since the profile of moment of inertia J _Y and the moment of resistance W _{Y are} greatly increased.

ЛитератураLiterature

1. Васильченко В.Т. и др. Справочник конструктора металлических конструкций., Киев, “Будiвельник”, 1980, 288 с.1. Vasilchenko V.T. et al. Handbook of the designer of metal structures., Kiev, “Budivelnik”, 1980, 288 pp.

2. Писаренко Г.С. и др. Справочник по сопротивлению материалов, Киев, “Наукова думка”, 1975, 704 с.2. Pisarenko G.S. et al. Handbook of resistance to materials, Kiev, “Naukova Dumka”, 1975, 704 p.

3. СНиП II-23-81* Стальные конструкции, Госстрой СССР, Москва, 1999, 96 с.3. SNiP II-23-81 * Steel structures, Gosstroy of the USSR, Moscow, 1999, 96 pp.

Claims

A rolled I-beam containing a wall and two shelves, characterized in that each of the shelves is paired with a wall by means of a tray-shaped element oriented convex to the center of the section profile, the thickness of the tray-shaped element being 0.8 ... 1 of the wall thickness, the material consumption of the wall is 34.3%, of two tray-shaped elements - 27%, and overhangs of shelves - 38.7%.