RU2554643C1 - Load-carrying structure with frame from oval tube - Google Patents
Load-carrying structure with frame from oval tube Download PDFInfo
- Publication number
- RU2554643C1 RU2554643C1 RU2014120023/03A RU2014120023A RU2554643C1 RU 2554643 C1 RU2554643 C1 RU 2554643C1 RU 2014120023/03 A RU2014120023/03 A RU 2014120023/03A RU 2014120023 A RU2014120023 A RU 2014120023A RU 2554643 C1 RU2554643 C1 RU 2554643C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- oval
- elements
- plane
- lattice
- section
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Предлагаемое техническое решение относится к строительству, а именно к длинномерным строительным несущим решетчатым конструкциям из труб, и может быть использовано при изготовлении ферм, прогонов, колонн, арок, рам и других каркасных систем. Трубчатые строительные конструкции отличаются повышенными технико-экономическими характеристиками, так как конструкционный материал (сталь, алюминиевый сплав, металлопластик, композит, полимер, синтетика и т.д.) в поперечном сечении элементов расположен весьма эффективным образом. Однако дальнейший рост технико-экономических характеристик за счет применения более рациональных особо тонкостенных труб (замкнутых гнутосварных профилей) сдерживается из-за сложности технических решений узловых соединений стержневых элементов в решетчатых конструкциях.The proposed technical solution relates to construction, namely to long-length building bearing lattice structures of pipes, and can be used in the manufacture of trusses, girders, columns, arches, frames and other frame systems. Tubular building structures are distinguished by enhanced technical and economic characteristics, since the structural material (steel, aluminum alloy, metal-plastic, composite, polymer, synthetics, etc.) is located in a cross section of elements in a very efficient manner. However, the further growth of technical and economic characteristics due to the use of more rational especially thin-walled pipes (closed bent-welded profiles) is restrained due to the complexity of technical solutions of nodal connections of rod elements in lattice structures.
Наибольшее распространение в трубчатых фермах получили узловые бесфасоночные соединения с непосредственным примыканием стержней решетки к поясам [1. Металлические конструкции. В 3 т. Т. 1. Элементы конструкции: Учеб. для вузов. / Под ред. В.В. Горева. - М.: Высшая школа, 2001. - С. 459, 462, рис. 7.26, а; 7.28, а; 2. Металлические конструкции: Учеб. для вузов. / Под ред. Ю.И. Кудишина. - М.: Академия, 2007. - С. 292, 295, рис. 9.24, 9.27]. Здесь во избежание продавливания (выдергивания) диаметр трубы решетки не должен быть меньше 0,3 диаметра трубы пояса. В фермах из прямоугольных (квадратных) труб такое ограничение ужесточено в два раза, то есть ширину стержня решетки следует принимать не менее 0,6 поперечного размера пояса.The greatest distribution in tubular farms was given to nodular shaped fittings with direct adjoining of the lattice rods to the belts [1. Metal constructions. In 3 t. T. 1. Elements of construction: Textbook. for universities. / Ed. V.V. Grief. - M.: Higher School, 2001 .-- S. 459, 462, Fig. 7.26, a; 7.28, a; 2. Metal structures: Textbook. for universities. / Ed. Yu.I. Kudishin. - M.: Academy, 2007 .-- S. 292, 295, Fig. 9.24, 9.27]. Here, in order to avoid punching (pulling out), the diameter of the lattice pipe should not be less than 0.3 of the diameter of the belt pipe. In farms of rectangular (square) pipes, this restriction is doubled twice, that is, the width of the lattice rod should be taken at least 0.6 of the transverse size of the belt.
Недостаток описанных узлов заключается в отмеченном ограничении, учет которого приводит к повышению расхода материала на стержни и увеличению металлоемкости конструкции.The disadvantage of the described nodes is the noted limitation, the consideration of which leads to an increase in the consumption of material on the rods and increase the metal consumption of the structure.
Еще одним известным техническим решением является решетчатая конструкция с узловым бесфасоночным соединением трубчатых элементов фермы (варианты), в котором диагональ поперечного сечения прямоугольного (квадратного) пояса расположена в осевой плоскости фермы, а раскосы в месте примыкания имеют сквозной вырез (V-образной формы), полностью повторяющий геометрию этого примыкания. За счет такого выреза соединение каждого из элементов решетки с поясом осуществляется по двум смежным его стенкам [1. Зинькова В.А., Соколов А.А. Узловое бесфасоночное соединение трубчатых элементов фермы. - Патент №2329361, 20.07.2008, бюл. №20; 2. Соколов А.А., Логачев К.И., Зинькова В.А. Численные исследования напряженно-деформированного состояния узловых бесфасоночных соединений трубчатых элементов ферм. - Промышленное и гражданское строительство, 2007, №8. - С. 40-41; 3. Зинькова В.А., Солодов Н.В. Исследование напряженно-деформированного состояния бесфасоночных узлов трубчаты ферм. - Современные проблемы науки и образования. - Пенза: Издательский дом «Академия Естествознания», 2013, №6. - С. 205-212]. Аналогичным образом в осевой плоскости фермы из квадратных труб расположены диагонали поперечных сечений всех стержневых элементов (и верхнего пояса, и нижнего пояса, и раскосов решетки между ними) [1. Кузнецов А.Ф., Кузнецов В.А. Ферма из квадратных труб. - Патент №116877, 10.06.2012, бюл. №16; 2. J.A. Packer, J. Wardenier, X.-L. Zhao, G.J. van der Vegte and Y. Kurobane. Construction with hollow steel sections. Design Guide for rectangular hollow section (RHS) joints under predominantly static loading. CIDECT, 2009. - P. 100-101].Another well-known technical solution is a lattice structure with a nodular non-shaped connection of tubular elements of the truss (options), in which the diagonal cross section of a rectangular (square) belt is located in the axial plane of the truss, and the braces at the junction have a through cutout (V-shaped), completely repeating the geometry of this abutment. Due to such a cutout, the connection of each of the elements of the lattice with the belt is carried out along two adjacent walls [1. Zinkova V.A., Sokolov A.A. Nodal non-block connection of tubular elements of the farm. - Patent No. 2229361, 07.20.2008, bull. No. 20; 2. Sokolov A.A., Logachev K.I., Zinkova V.A. Numerical studies of the stress-strain state of nodular sleeveless joints of tubular elements of farms. - Industrial and civil engineering, 2007, No. 8. - S. 40-41; 3. Zinkova V.A., Solodov N.V. The study of the stress-strain state of non-shaped nodes tubular farms. - Modern problems of science and education. - Penza: Publishing House Academy of Natural Sciences, 2013, No. 6. - S. 205-212]. Similarly, in the axial plane of the truss of square pipes, there are diagonals of cross sections of all the rod elements (both the upper belt and the lower belt, and the braces of the lattice between them) [1. Kuznetsov A.F., Kuznetsov V.A. Farm of square pipes. - Patent No. 116877, 06/10/2012, bull. No. 16; 2. J.A. Packer, J. Wardenier, X.-L. Zhao, G.J. van der Vegte and Y. Kurobane. Construction with hollow steel sections. Design Guide for rectangular hollow section (RHS) joints under predominantly static loading. CIDECT, 2009. - P. 100-101].
Недостатком известного технического решения является сложность его применения в фермах беспрогонных покрытий, так как ребро пояса может смять листы профилированного настила. В прогонных покрытиях уже само ребро пояса может быть смято прогоном, поэтому необходимо устройство опорных столиков под прогоны, что негативно влияет на материалоемкость конструкций, а также увеличивает трудоемкость их изготовления и монтажа. Этот недостаток можно устранить при помощи поясных элементов пятиугольного сечения с одной горизонтальной (полкой), двумя вертикальными и двумя наклонными стенками [Марутян А.С., Кобалия Т.Л., Павленко Ю.И., Глухов С.А. Узловое бесфасоночное соединение трубчатых элементов фермы. - Патент №116526, 27.05.2012, бюл. №15].A disadvantage of the known technical solution is the difficulty of its application in farms without running coatings, since the edge of the belt can crush sheets of profiled flooring. In running coatings, the very edge of the belt can be wrinkled by the run, therefore, it is necessary to arrange support tables for runs, which negatively affects the material consumption of structures, and also increases the complexity of their manufacture and installation. This drawback can be eliminated with the help of belt elements of a pentagonal section with one horizontal (shelf), two vertical and two inclined walls [Marutyan AS, Kobalia TL, Pavlenko Yu.I., Glukhov SA Nodal non-block connection of tubular elements of the farm. - Patent No. 116526, 05.27.2012, bull. No. 15].
Общий недостаток приведенных технических решений заключается в повышенной жесткости бесфасоночных узловых соединений трубчатых ферм [Покровский А.А. Об учете жесткостей узлов в расчетах ферм с элементами малой гибкости. - Строительная механика и расчет сооружений, 2011, №3. - С. 31-32]. Чтобы не учитывать дополнительные изгибающие моменты от жесткости узлов, строительные нормы и правила рекомендуют выполнять расчет трубчатых ферм по шарнирной схеме при условии, когда отношение высоты сечения к длине стержневых элементов не превышает 1/15…1/10 [СНиП П-23.81*. - М.: ОАО «ЦПП», 2008. - С. 43-44]. Очевидно, что диагональный разворот квадратных трубчатых профилей, трансформируя их в ромбическую конфигурацию, сопровождается ростом жесткости бесфасоночных узлов, и происходит это по двум причинам. Первой причиной является увеличение высоты сечения стержневых элементов. Вторая причина заключается в непосредственном сопряжении стенок и ребер между ними стержневых элементов решетки с аналогичными стенками и ребрами между ними поясных элементов. Кроме того, сквозные вырезы V-образной формы в местах примыкания раскосов к поясам, полностью повторяющие геометрию этих примыканий, требуют соблюдать повышенную точность изготовления и сборки, что увеличивает трудоемкость конструкций.A common drawback of the above technical solutions lies in the increased rigidity of sleeveless nodal connections of tubular trusses [Pokrovsky A.A. About taking into account the stiffness of nodes in the calculations of farms with elements of low flexibility. - Structural mechanics and calculation of structures, 2011, No. 3. - S. 31-32]. In order not to take into account additional bending moments from the stiffness of the nodes, building codes recommend to calculate the tubular trusses according to the hinge scheme, provided that the ratio of the section height to the length of the core elements does not exceed 1/15 ... 1/10 [SNiP P-23.81 *. - M.: OJSC “TsPP”, 2008. - S. 43-44]. Obviously, the diagonal spread of square tubular profiles, transforming them into a rhombic configuration, is accompanied by an increase in the stiffness of frameless nodes, and this happens for two reasons. The first reason is an increase in the height of the cross-section of the core elements. The second reason is the direct conjugation of the walls and ribs between them of the core elements of the lattice with similar walls and ribs between them of the waist elements. In addition, through-cuts of a V-shape at the points of contact of the braces to the belts, which completely repeat the geometry of these joints, require increased accuracy of manufacturing and assembly, which increases the complexity of structures.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемой несущей конструкции с решеткой из овальной трубы является металлическая конструкция с решеткой из ромбических замкнутых гнутосварных профилей. Конструкция включает пояса трубчатого прямоугольного (квадратного) сечения и жестко прикрепленную к ним решетку, выполненную со сплющенными концами из изогнутых элементов V- или W-образного (зигзагообразного) очертания. Стержневые элементы решетки имеют трубчатое сечение ромбической формы с отношением диагоналей 1/2, где большая диагональ расположена в плоскости конструкции, а меньшая - из плоскости [Марутян А.С, Экба С.И. Металлическая конструкция с решеткой из ромбических замкнутых гнутосварных профилей. - Патент №2500863, 10.12.2013, бюл. №34].The closest technical solution to the proposed supporting structure with an oval tube grill is a metal structure with a lattice of rhombic closed bent-welded profiles. The design includes a belt of tubular rectangular (square) section and a lattice rigidly attached to them, made with flattened ends from curved elements of a V- or W-shaped (zigzag) shape. The lattice rod elements have a tubular cross-section of a rhombic shape with a diagonal ratio of 1/2, where the larger diagonal is located in the plane of the structure, and the smaller one is from the plane [Marutyan A.S., Ekba S.I. Metal construction with lattice of rhombic closed bent-welded profiles. - Patent No. 2500003, December 10, 2013, bull. No. 34].
Этому техническому решению присущ недостаток известных трубчатых ферм из прямоугольных, квадратных, пятигранных, пятиугольных, ромбических профилей, снижающий ресурс несущей способности конструкции и увеличивающий ее материалоемкость из-за угловатости перечисленных форм поперечных сечений, сопровождающейся повышенной концентрацией напряжений.This technical solution is characterized by a disadvantage of known tubular trusses of rectangular, square, pentahedral, pentagonal, rhombic profiles, which reduces the load bearing capacity of the structure and increases its material consumption due to the angularity of the listed cross-sectional shapes, accompanied by an increased stress concentration.
Техническим результатом предлагаемого решения является возрастание несущей способности конструкции с уменьшением расхода ее конструкционного материала.The technical result of the proposed solution is to increase the bearing capacity of the structure with a decrease in the consumption of its structural material.
Указанный технический результат достигается тем, что в несущей конструкции, включающей пояса и жестко прикрепленную к ним решетку, выполненную со сплющенными концами из изогнутых элементов зигзагообразного очертания, стержневые элементы решетки имеют овальное сечение с отношением габаритов 1/2,5, где больший габарит расположен в плоскости конструкции, а меньший - из плоскости.The specified technical result is achieved by the fact that in the supporting structure, including belts and a lattice rigidly attached to them, made with tapered ends of curved elements of a zigzag shape, the lattice core elements have an oval section with a ratio of dimensions of 1 / 2.5, where the larger dimension is located in plane of construction, and the smaller - from the plane.
В предлагаемой несущей конструкции верхний и нижний пояса, а также треугольная или раскосная решетка между ними выполнены из трубчатых профилей. Для непосредственного примыкания к поясам с образованием бесфасоночных узлов овальную трубу решетки в заданных по проекту местах сплющивают и двойными гибами придают ей зигзагообразное очертание. Протяженность полосовой (ленточной) заготовки овального профиля можно подобрать из расчета на всю длину конструкции или ее отправочной марки. Сплющивание и двойные загибы овального профиля обеспечивают компоновку бесфасоночных узловых соединений без конструктивных эксцентриситетов, характерных для трубчатых ферм из прямоугольных (квадратных) гнутосварных профилей, что исключает появление изгибающих моментов и позитивно влияет на расход конструкционного материала. Сплющивание предохраняет стенку поясных элементов от продавливания и позволяет уменьшить ее толщину. По линиям гибов овального профиля в плоскости конструкции образуются листовые шарниры, которые соответствуют шарнирно-стержневой расчетной схеме (модели) и избавляют от необходимости учитывать жесткости узлов, что также способствует снижению металлоемкости. Из плоскости конструкции те же загибы сплющенных участков овального профиля имеют наибольшую жесткость, приближенную к жесткости рамного крепления, за счет которого в несущих конструкциях можно сократить связевые элементы, как это сделано, например, в конструкциях покрытий типа «Тагил» [Металлические конструкции. В 3 т. Т. 2. Стальные конструкции зданий и сооружений. (Справочник проектировщика). / Под ред. В.В. Кузнецова (ЦНИИпроектстальконструкция им. Н.П. Мельникова). - М.: Изд-во АСВ, 1998. - С. 235-236]. При шарнирных закреплениях в плоскости конструкции и жестких (рамных) из плоскости расчетная длина стержневых элементов решетки в плоскости конструкции в два раза больше расчетной длины из плоскости [Металлические конструкции. В 3 т. Т. 1. Элементы конструкций: Учебник для вузов. / Под ред. В.В. Горева. - М.: Высшая школа, 2004. - С. 332, рис. 6.11]. Исходя из этого, чтобы стержневые элементы решетки в плоскости и из плоскости конструкции имели одну и ту же гибкость, целесообразен такой профиль поперечного сечения, у которого радиусы инерции по главным центральным осям отличаются между собой также в два раза. Такому условию вполне отвечает тонкостенное трубчатое сечение овальной формы с отношением габаритов 1/2,5, где больший габарит расположен в плоскости конструкции, а меньший - из плоскости. Причем значение радиуса инерции по большему габариту превышает величину радиуса инерции аналогичного круглого профиля, что определенным образом способствует дальнейшему снижению материалоемкости несущих конструкций. Кроме того, овальные профили в предлагаемой несущей конструкции отношением габаритов 1/2,5 отличаются от овальных труб по ГОСТ Р 54157-2010 [ГОСТ Р 54157-2010. Трубы стальные профильные для металлоконструкций. Технические условия - М.: Стандартинформ, 2011. - С. 55-61]. Они отличаются также и от другого известного технического решения, согласно которому для повышения несущей способности цилиндрической трубы на изгиб ее обжимают, деформируя в овальный профиль с отношением габаритов 1/3 [1. Нежданов К.К., Кузьмишкин А.А., Рубликов С.Г. Новые эффективные профили. - Известия вузов. Строительство, 2005, №10. - С. 117-120; 2. Нежданов К.К., Туманов В.А., Нежданов А.К., Рубликов С.Г. Способ повышения несущей способности цилиндрической трубы на изгиб. - Патент №2304479, 20.08.2007, бюл. №23].In the proposed supporting structure, the upper and lower zones, as well as a triangular or diagonal lattice between them, are made of tubular profiles. For direct adjacency to the belts with the formation of blockless nodes, the oval tube of the grating is flattened in the places specified by the project and double bends give it a zigzag shape. The length of the strip (tape) blank oval profile can be selected based on the entire length of the structure or its shipping mark. Flattening and double bends of an oval profile provide a layout of non-shaped nodal joints without structural eccentricities characteristic of tubular trusses from rectangular (square) bent-welded profiles, which eliminates the appearance of bending moments and positively affects the consumption of structural material. Flattening protects the wall of the waist elements from punching and reduces its thickness. Along the bending lines of the oval profile in the construction plane, sheet hinges are formed that correspond to the hinge-rod design scheme (model) and eliminate the need to take into account the stiffness of the nodes, which also helps to reduce the metal consumption. From the plane of the structure, the same bends of the flattened sections of the oval profile have the greatest stiffness, close to the rigidity of the frame fastening, due to which the connecting elements can be reduced in the supporting structures, as is done, for example, in structures of Tagil coatings [Metal structures. In 3 t. T. 2. Steel structures of buildings and structures. (Designer reference). / Ed. V.V. Kuznetsov (Central Scientific Research Instituteprojectstalconstruction named after N.P. Melnikov). - M.: Publishing house of the DIA, 1998. - S. 235-236]. With articulated fastenings in the plane of the structure and rigid (frame) from the plane, the calculated length of the lattice bar elements in the plane of the structure is twice as long as the calculated length from the plane [Metal structures. In 3 t. T. 1. Elements of constructions: Textbook for high schools. / Ed. V.V. Grief. - M.: Higher School, 2004 .-- S. 332, Fig. 6.11]. Based on this, so that the lattice bar elements in the plane and from the plane of the structure have the same flexibility, a cross-sectional profile in which the radii of inertia along the main central axes also differ by a factor of two is appropriate. This condition is fully met by a thin-walled tubular section of an oval shape with an aspect ratio of 1 / 2.5, where the larger dimension is located in the plane of the structure, and the smaller one is out of the plane. Moreover, the value of the radius of inertia over a larger dimension exceeds the value of the radius of inertia of a similar circular profile, which in a certain way contributes to a further decrease in the material consumption of the supporting structures. In addition, oval profiles in the proposed load-bearing structure with an aspect ratio of 1 / 2.5 differ from oval pipes according to GOST R 54157-2010 [GOST R 54157-2010. Steel profile pipes for metal structures. Technical conditions - M .: Standartinform, 2011. - S. 55-61]. They also differ from another well-known technical solution, according to which to increase the load-bearing capacity of a cylindrical pipe to bend it is crimped, deforming into an oval profile with an aspect ratio of 1/3 [1. Nezhdanov K.K., Kuzmishkin A.A., Publishing S.G. New effective profiles. - News of universities. Construction, 2005, No. 10. - S. 117-120; 2. Nezhdanov K.K., Tumanov V.A., Nezhdanov A.K., Publishing S.G. A method of increasing the bending capacity of a cylindrical pipe. - Patent No. 2304479, 08.20.2007, bull. No. 23].
Предлагаемое техническое решение поясняется графическими материалами, где на фиг. 1 показан фрагмент несущей конструкции с решеткой из овальной трубы; на фиг. 2 - поперечный разрез несущей конструкции; на фиг. 3 приведена расчетная схема поперечного сечения овальной трубы; на фиг. 4 - общий вид овальных профилей.The proposed technical solution is illustrated by graphic materials, where in FIG. 1 shows a fragment of a supporting structure with an oval tube grill; in FIG. 2 is a cross section of a supporting structure; in FIG. 3 shows a design diagram of a cross section of an oval pipe; in FIG. 4 is a general view of oval profiles.
Предлагаемое техническое решение несущей конструкции включает верхний (сжатый) пояс 1, нижний (растянутый) пояс 2, а также соединяющую их решетку 3 зигзагообразного очертания из овальной трубы. Сечение овальной трубы подобрано с отношением габаритов 1/2,5, где больший габарит расположен в плоскости конструкции, а меньший - из плоскости. В местах, предусмотренных проектом под бесфасоночные узловые соединения поясов с решеткой, овальный профиль решетчатых элементов сплющивают с образованием площадок, необходимых и достаточных для удобного размещения, центровки и надежного закрепления всех сходящихся в каждом узле элементов (включая детали подвесных потолков, подвесных кранов, инженерных коммуникаций, технологического оборудования и т.д.). Овальному профилю стержневых элементов решетки после сплющивания в нужных местах двойными гибами придают зигзагообразное очертание.The proposed technical solution for the supporting structure includes an upper (compressed)
Формирование переходной и сплющенной частей стержневых элементов трубчатого сечения решетки рекомендуется производить с обеспечением уклона переходного участка 1/6…1/4 [1. Трофимов В.И., Каминский A.M. Легкие металлические конструкции зданий и сооружений: Учебное пособие. - М.: Изд-во АСВ, 2002. - С. 152; 2. J.A. Packer, J. Wardenier, X.-L. Zhao, G.J. van der Vegte and Y. Kurobane. Construction with hollow steel sections. Design Guide for rectangular hollow section (RHS) joints under predominantly static loading. CIDECT, 2009. - P. 102]. По линиям двойных гибов образуются листовые шарниры, расстояние между которыми можно подобрать из условия абсолютной центровки бесфасоночных узлов несущей конструкции (фермы), как с треугольной решеткой, так и раскосной. Между этими шарнирами сплющенный участок овального профиля решетки подкрепляет полку поясного элемента, одновременно обеспечивая необходимое и достаточное размещение сварных швов. Последние должны рассчитываться лишь на разность усилий в примыкающих стержнях, а свариваться они могут в самом удобном (нижнем) положении.The formation of the transition and flattened parts of the core elements of the tubular section of the lattice is recommended to be made with the slope of the
Для вывода приведенного отношения и количественной оценки ресурсов несущей способности целесообразно использовать расчетные формулы осевых моментов инерции I0X и I0Y, а также площади сечения A0 овального трубчатого профиля [Справочник проектировщика промышленных, жилых и общественных зданий и сооружений. Расчетно-теоретический. - В 2 кн. Кн. 1. / Под ред. А.А. Уманского. - М.: Стройиздат, 1972. - С. 364]:To derive the given ratio and quantify the resources of the bearing capacity, it is advisable to use the calculation formulas of the axial moments of inertia I 0X and I 0Y , as well as the cross-sectional area A 0 of the oval tubular profile [Designer Guide for Industrial, Residential and Public Buildings and Structures. Settlement-theoretical. - In 2 kn.
I0X=(π/32)b2t(3a+b);I 0X = (π / 32) b 2 t (3 a + b);
I0Y=(π/32)a 2t(3b+a);I 0Y = (π / 32) a 2 t (3b + a );
A0=(π/2)t(a+b),A 0 = (π / 2) t ( a + b),
где а - меньший габарит поперечного сечения овальной трубы;where a is the smaller dimension of the cross section of the oval pipe;
b - больший габарит поперечного сечения овальной трубы;b - a larger dimension of the cross section of the oval pipe;
t - толщина стенки овальной трубы.t is the wall thickness of the oval pipe.
Чтобы радиусы инерции по главным центральным осям отличались между собой в два раза (i0X=2i0Y), соответствующие моменты инерции должны разниться в четыре раза, то есть I0X=4I0Y.In order for the radii of inertia along the main central axes to differ by half (i 0X = 2i 0Y ), the corresponding moments of inertia must differ by four times, that is, I 0X = 4I 0Y .
Если подставить значения моментов инерции, то для отношения меньшего габарита к большему (n=a/b) можно получить кубическое уравнениеIf we substitute the values of the moments of inertia, then for the ratio of the smaller to the larger (n = a / b), we can obtain the cubic equation
4n3+12n2-3n-1=04n 3 + 12n 2 -3n-1 = 0
с корнямиwith roots
n1=-3,209416; n2=-0,193385; n3=0,402801.n 1 = -3.209416; n 2 = -0.193385; n 3 = 0.402801.
Из этих корней практический интерес представляет последний, значение которого с 100(0,402801-0,4)/(0,402801…0,4)=0,695…0,700-процентоной погрешностью можно округлить до n3=0,4=1/2,5, получив тем самым приведенное отношение.Of these roots, the latter is of practical interest, the value of which with 100 (0.402801-0.4) / (0.402801 ... 0.4) = 0.695 ... 0.700 percent error can be rounded to n 3 = 0.4 = 1 / 2.5, thereby obtaining the reduced ratio.
Дальнейшие расчетные выкладки более наглядны при использовании трубчатого профиля круглого сечения [Справочник по сопротивлению материалов. / Отв. ред. Писаренко Г.С. - Киев: Наук. думка, 1988. - С. 60-61]:Further calculation calculations are more obvious when using a tubular profile of circular cross section [Reference for resistance of materials. / Ans. ed. Pisarenko G.S. - Kiev: Science. Dumka, 1988. - S. 60-61]:
d=a=b(n=1);d = a = b (n = 1);
AO=πdt=3,14dt;A O = πdt = 3.14dt;
IOX=IOY=πd3t/8=0,3925d3t;I OX = I OY = πd 3 t / 8 = 0.3925d 3 t;
iOX=iOY=0,3536d,i OX = i OY = 0.3536d,
где d - диаметр круглой трубы.where d is the diameter of the round pipe.
Длину овала L можно рассчитать по формуле [Корн Г., Корн Т. Свойства окружностей, эллипсов, гипербол и парабол. / Справочник по математике. - М.: Наука, 1978. - С. 70-73]:The length of the oval L can be calculated by the formula [Korn G., Korn T. Properties of circles, ellipses, hyperbolas and parabolas. / Reference for mathematics. - M .: Nauka, 1978. - S. 70-73]:
L=π(3(a+b)-((3a+b)(a+3b))1/2)=3,14(3(a+b)-((3a+b)(a+3b))1/2).L = π (3 ( a + b) - ((3 a + b) ( a + 3b)) 1/2 ) = 3.14 (3 ( a + b) - ((3 a + b) ( a + 3b)) 1/2 ).
При n=0,4 (a=0,4b или 2,5a=b) L=11,50a или L=4,60b, а при n=1 (d=a=b) L=2πd=6,28d, тогда a=0,5461d и b=1,356d.For n = 0.4 ( a = 0.4b or 2.5 a = b) L = 11.50 a or L = 4.60b, and for n = 1 (d = a = b) L = 2πd = 6 , 28d, then a = 0.5461d and b = 1.356d.
Таким образом, для овальной трубы при отношении габаритов ее сечения 0,5461/1,365=1/2,5 можно записать:Thus, for an oval pipe with a ratio of the dimensions of its cross section of 0.5461 / 1.365 = 1 / 2.5, you can write:
I0X=(π/32)b2t(3a+b)=(3,14/32)(1,356d)2t(3·0,5461d+1,365d)=0,5491d3t;I 0X = (π / 32) b 2 t (3 a + b) = (3,14 / 32) (1,356d) 2 t (3 · 0,5461d + 1,365d) = 0,5491d 3 t;
I0Y=(π/32)a 2t(3b+а)=(3,14/32)(0,5461d)2t(3·1,365d+0,5461d)=0,13582d3t;I 0Y = (π / 32) a 2 t (3b + a ) = (3.14 / 32) (0.5461d) 2 t (3 · 1.365d + 0.5461d) = 0.13582d 3 t;
A0=(π/2)t(a+b)=(3,14/2)t(0,5461d+1,365d)=3,000427dt,A 0 = (π / 2) t ( a + b) = (3.14 / 2) t (0.5461d + 1,365d) = 3,000427dt,
i0X=0,4278d;i 0X = 0.4278d;
i0Y=0,2128d,i 0Y = 0.2128d,
откудаwhere from
I0X/I0Y=0,5491/0,13582=4,0249≈4 при погрешности 0,619…0,623%;I 0X / I 0Y = 0.5491 / 0.13582 = 4.0249≈4 with an error of 0.619 ... 0.623%;
i0X/i0Y=0,4278/0,2128=2,0103≈2 при погрешности 0,512…0,515%,i 0X / i 0Y = 0.4278 / 0.2128 = 2.0103≈2 with an error of 0.512 ... 0.515%,
где неточность расчета площади сечений овальной и круглой трубы из одной и той же условной листовой заготовки составила A0/AO=3,000427/3,14=0,956, а радиус инерции в плоскости несущей конструкции возрос в i0X/iOX=0,4278/0,3536=1,21 раза.where the inaccuracy in calculating the cross-sectional area of the oval and round pipes from the same conditional sheet blank was A 0 / A O = 3,000427 / 3,14 = 0,956, and the radius of inertia in the plane of the supporting structure increased in i 0X / i OX = 0 , 4278 / 0.3536 = 1.21 times.
Если ввести параметры тонкостенности круглых труб t/d=1/100…1/10, то полученные отношение расчетных значений площадей сечений и рост радиуса инерции следует изменить соответственно этим параметрам, то естьIf we introduce the thin-walled parameters of round pipes t / d = 1/100 ... 1/10, then the obtained ratio of the calculated values of the cross-sectional areas and the growth of the radius of inertia should be changed accordingly to these parameters, that is,
A0/AO=0,956(1/(1-(1/100…1/10)))=0,966…1,062;A 0 / A O = 0.956 (1 / (1- (1/100 ... 1/10))) = 0.966 ... 1.062;
i0X/iOX=1,21(1/(1-(1/100…1/10)))=1,222…1,344.i 0X / i OX = 1.21 (1 / (1- (1/100 ... 1/10))) = 1.222 ... 1.344.
Таким образом, ресурс несущей способности (устойчивости) стержневых элементов решетки из овальной трубы при прочих равных условиях увеличивается как минимум в 1,2…1,3 раза.Thus, the resource of bearing capacity (stability) of the core elements of the lattice from an oval pipe, ceteris paribus, increases at least 1.2 ... 1.3 times.
Корректность расчетных положений подтвердилась на примере с использованием круглых труб стержневых элементов из сортамента конструктивной системы МАрхИ, «Кисловодск» [Стержни и узловые элементы системы МАРХИ / ТУ 5285-001-47543297-09. - М., 2009]. Параметры 11 калибров трубчатых профилей (круглых и производных от них овальных), собранные в таблице 1, наглядно иллюстрируют применимость и практичность всех приведенных выкладок.The correctness of the design provisions was confirmed by the example using round pipes of rod elements from the range of the MARCHI, Kislovodsk structural system [Rods and nodal elements of the MARCHI / TU 5285-001-47543297-09 system. - M., 2009]. The parameters of 11 gauges of tubular profiles (round and oval derived from them), collected in table 1, clearly illustrate the applicability and practicality of all the above calculations.
Для сравнения предлагаемого (нового) технического решения с известным в качестве базового объекта приняты три варианта стальной фермы покрытия промышленного здания пролетом 18 м из замкнутых гнутосварных профилей.To compare the proposed (new) technical solution with the well-known as the base object, three variants of a steel truss for covering an industrial building with a span of 18 m from closed bent-welded profiles were adopted.
1. Стропильная ферма из гнутосварных профилей прямоугольного (квадратного) сечения [Кузин Н.Я. Проектирование и расчет стальных ферм покрытий промышленных зданий: Учебное пособие. - М.: Изд-во АСВ, 1998. - С. 157-172].1. Rafter truss from bent welded profiles of rectangular (square) section [Kuzin N.Ya. Design and calculation of steel trusses coatings for industrial buildings: a Training manual. - M.: Publishing house of the DIA, 1998. - S. 157-172].
2. Ферма с решеткой из ромбической трубы [Марутян А.С, Экба С.И. Металлическая конструкция с решеткой из ромбических замкнутых гнутосварных профилей. - Патент №2500863, 10.12.2013; бюл. №34].2. Farm with a lattice from a rhombic pipe [Marutyan A.S., Ekba S.I. Metal construction with lattice of rhombic closed bent-welded profiles. - Patent No. 2500003, December 10, 2013; bull. No. 34].
3. Ферма с решеткой из круглых труб.3. Farm with a grid of round pipes.
Расход материла сравниваемых вариантов приведен в таблице 2, из которой видно, что в новом решении он имеет минимальное значение.The material consumption of the compared options is shown in table 2, which shows that in the new solution it has a minimum value.
Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет в зависимости от проектных решений определенным подбором отношения габаритов сечения овальных труб, а также расположением этих габаритов в осевой плоскости конструкции (фермы) регулировать напряженно-деформированное состояние конструкции. Такое регулирование обеспечивает оптимизацию физико-механических свойств и технико-экономических характеристик несущих конструкций зданий и сооружений. При этом появляется возможность в качестве исходных заготовок для овальных профилей применить соответствующие им по калибру круглые трубы, что может привести к дополнительному положительному эффекту. В качестве заводских соединений таких заготовок вполне применимы сварные стыки с продольными прорезями [Марутян А.С., Кобалия Т.Л., Павленко Ю.И. Сварное стыковое соединение трубчатых стержней. - Патент №2429329, 20.09.2011, бюл. №26], которые проще размещать на участках, свободных от сплющивания.Thus, the proposed technical solution allows, depending on the design solutions, a certain selection of the ratio of the dimensions of the cross section of oval pipes, as well as the location of these dimensions in the axial plane of the structure (truss) to regulate the stress-strain state of the structure. Such regulation provides optimization of the physico-mechanical properties and technical and economic characteristics of the supporting structures of buildings and structures. At the same time, it becomes possible to use round pipes corresponding to their caliber as initial blanks for oval profiles, which can lead to an additional positive effect. As factory joints of such blanks, welded joints with longitudinal slots are quite applicable [Marutyan AS, Kobalia TL, Pavlenko Yu.I. Welded butt connection of tubular rods. - Patent No. 2429329, 09/20/2011, bull. No. 26], which are easier to place in areas free from flattening.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014120023/03A RU2554643C1 (en) | 2014-05-19 | 2014-05-19 | Load-carrying structure with frame from oval tube |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014120023/03A RU2554643C1 (en) | 2014-05-19 | 2014-05-19 | Load-carrying structure with frame from oval tube |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2554643C1 true RU2554643C1 (en) | 2015-06-27 |
Family
ID=53498587
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2014120023/03A RU2554643C1 (en) | 2014-05-19 | 2014-05-19 | Load-carrying structure with frame from oval tube |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2554643C1 (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2601351C1 (en) * | 2015-11-17 | 2016-11-10 | Александр Суренович Марутян | Bearing structure with grid from oval pipes |
RU2618771C1 (en) * | 2016-02-19 | 2017-05-11 | Александр Суренович Марутян | Bearing structure with lattice of lenticular pipes |
RU2669410C1 (en) * | 2017-11-21 | 2018-10-11 | Александр Суренович Марутян | Half-plane profile pipe |
RU193985U1 (en) * | 2019-08-29 | 2019-11-22 | Александр Суренович Марутян | BEARING STRUCTURE WITH RECTANGULAR TUBE GRILLE |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1760041A1 (en) * | 1990-01-03 | 1992-09-07 | Государственный Проектный И Научно-Исследовательский Институт "Укрниипроектстальконструкция" | Metal thin-walled latticed structure |
RU116526U1 (en) * | 2010-08-26 | 2012-05-27 | Александр Суренович Марутян | NODE FITTLE-FREE CONNECTION OF TUBULAR FARM ELEMENTS |
RU2487222C2 (en) * | 2011-06-27 | 2013-07-10 | Государственное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования Пензенский государственный университет архитектуры и строительства | Method to increase durability of steel truss |
-
2014
- 2014-05-19 RU RU2014120023/03A patent/RU2554643C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1760041A1 (en) * | 1990-01-03 | 1992-09-07 | Государственный Проектный И Научно-Исследовательский Институт "Укрниипроектстальконструкция" | Metal thin-walled latticed structure |
RU116526U1 (en) * | 2010-08-26 | 2012-05-27 | Александр Суренович Марутян | NODE FITTLE-FREE CONNECTION OF TUBULAR FARM ELEMENTS |
RU2487222C2 (en) * | 2011-06-27 | 2013-07-10 | Государственное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования Пензенский государственный университет архитектуры и строительства | Method to increase durability of steel truss |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Металлические конструкции. Элементы конструкций. Под ред. В.В.ГОРЕВА. Том 1, 3-е издание, Москва, "Высшая школа", 2004, стр.458-459, рис.7.26. * |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2601351C1 (en) * | 2015-11-17 | 2016-11-10 | Александр Суренович Марутян | Bearing structure with grid from oval pipes |
RU2618771C1 (en) * | 2016-02-19 | 2017-05-11 | Александр Суренович Марутян | Bearing structure with lattice of lenticular pipes |
RU2669410C1 (en) * | 2017-11-21 | 2018-10-11 | Александр Суренович Марутян | Half-plane profile pipe |
RU193985U1 (en) * | 2019-08-29 | 2019-11-22 | Александр Суренович Марутян | BEARING STRUCTURE WITH RECTANGULAR TUBE GRILLE |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2554643C1 (en) | Load-carrying structure with frame from oval tube | |
RU2601351C1 (en) | Bearing structure with grid from oval pipes | |
Meera | Pre-engineered building design of an industrial warehouse | |
RU2548301C1 (en) | Truss from orthorhombic pipes (roll-welded profiles) | |
RU193985U1 (en) | BEARING STRUCTURE WITH RECTANGULAR TUBE GRILLE | |
RU2664092C1 (en) | Three-sided lattice support with belts of flat oval pipes | |
RU2500863C1 (en) | Metal structure with grid from rhombic closed bent-welded shapes | |
JP2020094400A (en) | Design method of roof frame, and roof frame | |
RU2618771C1 (en) | Bearing structure with lattice of lenticular pipes | |
RU193994U1 (en) | DOUBLE BEAM WITH CORRUGATED WALL AND TUBULAR BELTS | |
Prokopska et al. | Innovative Building Forms Determined by Orthotropic Properties of Folded Sheets Transformed into Roof Shells | |
RU180553U1 (en) | STEEL SLIPPING FARM | |
RU2669410C1 (en) | Half-plane profile pipe | |
RU2680564C1 (en) | Trapezoid shaped pipe | |
Marutyan et al. | Improvement of truss bearing capacity by means of rhombic pipes | |
RU221057U1 (en) | TRIANGULAR ISOSceles PROFILE PIPE | |
RU223758U1 (en) | TRIANGULAR ISOSceles PROFILE PIPE WITH REINFORCED EDGES | |
Yadav et al. | Study the behaviour of cold form c section purlins under bending | |
RU2584337C1 (en) | Triangular grid support | |
PL223080B1 (en) | C-shaped thin-walled beam | |
CN203571233U (en) | Large-span X-shaped spatial arch pipeline support | |
RU105929U1 (en) | POWER SUPPORT RACK | |
RU220504U1 (en) | TRIANGULAR EQUAL LEGEND WELDED PROFILE | |
Marutyan et al. | Optimization of flat-oval pipes and perspectives of their application in core structures | |
RU223312U1 (en) | TRIANGULAR EQUAL LEGEND WELDED PROFILE WITH REINFORCED EDGES |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170520 |