RU2701404C1 - Cantilever beam of regularly variable height from shaped tubes (bent-welded sections) - Google Patents

Cantilever beam of regularly variable height from shaped tubes (bent-welded sections) Download PDF

Info

Publication number
RU2701404C1
RU2701404C1 RU2018144599A RU2018144599A RU2701404C1 RU 2701404 C1 RU2701404 C1 RU 2701404C1 RU 2018144599 A RU2018144599 A RU 2018144599A RU 2018144599 A RU2018144599 A RU 2018144599A RU 2701404 C1 RU2701404 C1 RU 2701404C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
section
cantilever beam
bent
shape
height
Prior art date
Application number
RU2018144599A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Суренович Марутян
Original Assignee
Александр Суренович Марутян
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Александр Суренович Марутян filed Critical Александр Суренович Марутян
Priority to RU2018144599A priority Critical patent/RU2701404C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2701404C1 publication Critical patent/RU2701404C1/en

Links

Images

Classifications

    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E04BUILDING
    • E04CSTRUCTURAL ELEMENTS; BUILDING MATERIALS
    • E04C3/00Structural elongated elements designed for load-supporting
    • E04C3/02Joists; Girders, trusses, or trusslike structures, e.g. prefabricated; Lintels; Transoms; Braces
    • E04C3/04Joists; Girders, trusses, or trusslike structures, e.g. prefabricated; Lintels; Transoms; Braces of metal
    • E04C3/06Joists; Girders, trusses, or trusslike structures, e.g. prefabricated; Lintels; Transoms; Braces of metal with substantially solid, i.e. unapertured, web

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Architecture (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Rod-Shaped Construction Members (AREA)

Abstract

FIELD: construction.
SUBSTANCE: invention relates to construction, in particular to cantilever beam design. Cantilever beam of regular-variable height from shaped pipes (bent-curved profiles) has a section on the cantilever of round ring shape and in the closing – a flat-oval shape with height equal to 3.064 of the ring diameter, or cross-section of the beam on the cantilever has square shape and in closing – rectangular shape with height equal to 3.0 of the square size.
EFFECT: reduced consumption of structural material (steel), reduced level of stress concentration, increased efficiency of thin-walled profiles.
1 cl, 8 dwg

Description

Предлагаемое техническое решение относится к области строительства, а также сфере машиностроения, и может быть востребовано применительно к металлическим конструкциям балочного типа. В частности, ими могут быть консольные балки покрытий и перекрытий, промышленных этажерок, мостов и эстакад, грузовых стрел и подъемников, стеллажей и других балочных систем зданий (сооружений) или машин (механизмов).The proposed technical solution relates to the field of construction, as well as the field of mechanical engineering, and can be demanded in relation to metal structures of beam type. In particular, they can be cantilever beams of coatings and ceilings, industrial shelves, bridges and overpasses, cargo booms and elevators, racks and other beam systems of buildings (structures) or machines (mechanisms).

Известен способ изготовления облегченных металлических конструкций М.Б. Каминского, в котором зигзагообразную линию реза вертикальной стенки балки (в том числе и консольной) располагают под углом к продольной оси, а затем поворачивают одну из частей балки на 180° [Каминский М.Б. Способ изготовления облегченных металлических конструкций М.Б. Каминского. - Авторское свидетельство №548402, 28.02.1977, бюл. №8]. Основным недостатком подобного технического решения является ограниченная боковая жесткость балки в случае протяженного вылета консоли.A known method of manufacturing lightweight metal structures Kaminsky, in which the zigzag cut line of the vertical wall of the beam (including the cantilever) is placed at an angle to the longitudinal axis, and then one of the parts of the beam is rotated 180 ° [Kaminsky MB A method of manufacturing lightweight metal structures Kaminsky. - Copyright certificate No. 548402, 02/28/1977, bull. No. 8]. The main disadvantage of such a technical solution is the limited lateral stiffness of the beam in the case of an extended overhang of the console.

Известным решением является также способ изготовления стальной опоры регулярного переменного по высоте сечения из двух секций, формируемых образовавшимися частями квадратной трубы, резанной косо по каждой стороне в виде равнополочных уголков [Кузнецов И.Л., Сабитов Л.С. Способ изготовления стальной опоры регулярного переменного сечения. - Авторское свидетельство №2495213, 10.10.2013, бюл. №28]. Такое решение можно рассмотреть в качестве аналога, однако его целесообразно доработать для увеличения жесткости в силовой плоскости несущей конструкции балочного типа.A well-known solution is also a method of manufacturing a steel support of a regular sectional height-variable section of two sections formed by the formed parts of a square pipe cut obliquely on each side in the form of equal-angle corners [Kuznetsov I.L., Sabitov L.S. A method of manufacturing a steel support of regular variable cross-section. - Copyright certificate No. 2495213, 10/10/2013, bull. No. 28]. Such a solution can be considered as an analogue, however, it is advisable to modify it to increase the rigidity in the force plane of the supporting structure of the beam type.

Необходимую и достаточную жесткость в силовой плоскости имеет консольная балка равного сопротивления переменного сечения прямоугольной формы, высота которого на консоли и в заделке имеет определенные соотношения с высотой сечения, найденной по наибольшему (максимальному) изгибающему моменту [Стравинскас С.С. Консольная балка. - Авторское свидетельство №1596034. - 30.09.1990, бюл. 36]. Приведенное решение наиболее приближено к предлагаемому техническому решению, что позволяет принять его за прототип, который для металлических конструкций нуждается в некоторой доработке. Если сплошные сечения прямоугольной формы весьма эффективны для железобетонных или деревянных конструкций [Карамышева А.А., Языев Б.М., Чепуренко А.С., Языева С.Б. Оптимизация геометрических параметров двухскатной балки прямоугольного сечения. - Инженерный вестник Дона, 2015, №3 (ivdon.ru/ru/magazine/archive/n3y2015/3138)], то в стальных балках более рациональны фасонные и тонкостенные профили.The cantilever beam of equal resistance of variable cross-section of a rectangular shape, the height of which on the cantilever and in the seal, has certain correlations with the height of the cross section found from the greatest (maximum) bending moment [Stravinskas S.S.] has the necessary and sufficient rigidity in the force plane. Cantilever beam. - Copyright certificate No. 1596034. - 09/30/1990, bull. 36]. The above solution is closest to the proposed technical solution, which allows us to take it as a prototype, which needs some refinement for metal structures. If solid sections of a rectangular shape are very effective for reinforced concrete or wooden structures [Karamysheva AA, Yazyev BM, Chepurenko AS, Yazyeva SB Optimization of geometric parameters of a gable beam of rectangular cross section. - Engineering Journal of the Don, 2015, No. 3 (ivdon.ru/ru/magazine/archive/n3y2015/3138)], then in steel beams shaped and thin-walled profiles are more rational.

Техническим результатом предлагаемого решения является уменьшение расхода конструкционного материала (стали), снижение уровня концентрации напряжений, повышение эффективности тонкостенных профилей.The technical result of the proposed solution is to reduce the consumption of structural material (steel), reduce the level of stress concentration, increase the efficiency of thin-walled profiles.

Указанный технический результат достигается тем, что в консольных балках регулярно-переменной высоты из профильных труб (гнутосварных профилей) в одном варианте сечение балки на консоли имеет форму круглого кольца и в заделке - плоскоовальную форму высотой, равной 3,064 диаметра кольца, а в другом варианте сечение балки на консоли имеет форму квадрата и в заделке - форму прямоугольника высотой, равной 3,0 размера квадрата.The specified technical result is achieved by the fact that in cantilever beams of regularly variable height from profile pipes (bent sections) in one embodiment, the section of the beam on the console has the shape of a round ring and in the seal, a flat oval shape with a height equal to 3.064 of the diameter of the ring, and in another embodiment, the cross section the beams on the console have the shape of a square and in the embedment - the shape of a rectangle with a height equal to 3.0 the size of the square.

Предлагаемые консольные балки регулярно-переменной высоты из профильных труб (гнутосварных профилей) обладают вполне универсальным техническим решением, с реализацией которого возможно их применение не только внутри зданий, но и в открытых строениях таких, как эстакады и мосты, промышленные этажерки, грузовые стрелы, корабельные мачты, антенные сооружения, опоры линий электропередач, стеллажи и другие несущие системы балочного типа.The proposed cantilever beams of regularly variable height from profile pipes (bent sections) have a completely universal technical solution, with the implementation of which it is possible to use them not only inside buildings, but also in open buildings such as flyovers and bridges, industrial shelves, cargo booms, ship masts, antenna structures, pylons of power lines, racks and other load-bearing systems of beam type.

Сравнивая предлагаемое техническое решение с его аналогом, не трудно заметить, что один замкнутый гнутосварной профиль прямоугольного сечения гораздо проще распустить на два швеллера, или одну плоскоовальную профильную трубу на два U-образных профиля, чем на четыре уголка. Не менее очевидно, что сплошное сечение прямоугольной формы из прототипа в металлических конструкциях, включая стальные балки, по эффективности и рациональности значительно уступают профильным трубам (гнутосварным профилям). При этом тонкостенность и замкнутая форма поперечного сечения способствует уменьшению расхода конструкционного материала (стали) и росту коррозийной стойкости, а круглые очертания профиля приводят к снижению уровня концентрации напряжений. Дополнительное повышение эффективности тонкостенных профилей обеспечивает также то, что регулярно-переменная высота консольных балок вполне соответствует форме эпюр изгибающих моментов от сосредоточенной и распределенной нагрузки.Comparing the proposed technical solution with its analogue, it is not difficult to notice that it is much easier to dissolve one closed bent welded profile of rectangular section into two channels, or one plane-oval profile pipe into two U-shaped profiles, than into four corners. It is no less obvious that the continuous cross-section of the rectangular shape from the prototype in metal structures, including steel beams, is significantly inferior in terms of efficiency and rationality to profile pipes (bent-welded profiles). At the same time, the thin-walled and closed cross-sectional shape contributes to a decrease in the consumption of structural material (steel) and an increase in corrosion resistance, and the round profile shape leads to a decrease in the stress concentration level. An additional increase in the efficiency of thin-walled profiles is also ensured by the fact that the regularly variable height of the cantilever beams fully corresponds to the shape of the diagrams of bending moments from a concentrated and distributed load.

Предлагаемое техническое решение поясняется графическими материалами, где наThe proposed technical solution is illustrated by graphic materials, where

фиг. 1 изображена аксонометрия консольной балки регулярно-переменной высоты из плоскоовальной профильной трубы;FIG. 1 shows a perspective view of a cantilever beam of regularly variable height from a flat oval profile pipe;

фиг. 2 - аксонометрия консольной балки регулярно-переменной высоты из прямоугольной профильной трубы;FIG. 2 is a perspective view of a cantilever beam of a regularly variable height from a rectangular profile pipe;

фиг. 3 показана расчетная схема поперечного сечения плоскоовальной профильной трубы;FIG. 3 shows a design diagram of a cross section of a flat oval profile pipe;

фиг. 4 - расчетная схема поперечного сечения прямоугольной профильной трубы;FIG. 4 is a design diagram of a cross section of a rectangular profile pipe;

фиг. 5 приведены графики изменения моментов сопротивления сечения плоскоовальной профильной трубы, а также моментов сопротивления сечения с постоянным напряжением (равным расчетному сопротивлению материала) при сосредоточенной и распределенной нагрузке в зависимости от соотношения между высотой сечения и его шириной;FIG. Figure 5 shows graphs of changes in the moments of resistance of a section of a flat oval shaped pipe, as well as the moments of resistance of a section with constant voltage (equal to the calculated resistance of the material) at a concentrated and distributed load, depending on the ratio between the height of the section and its width;

фиг. 6 - графики изменения моментов сопротивления сечения прямоугольной профильной трубы, а также моментов сопротивления сечения с постоянным напряжением (равным расчетному сопротивлению материала) при сосредоточенной и распределенной нагрузке в зависимости от соотношения между высотой сечения и его шириной;FIG. 6 - graphs of changes in the moments of resistance of the cross section of a rectangular profile pipe, as well as the moments of resistance of the section with constant voltage (equal to the calculated resistance of the material) at a concentrated and distributed load, depending on the ratio between the height of the section and its width;

фиг. 7 представлена схема примера формообразования консольной балки регулярно-переменной высоты из прямоугольной профильной трубы;FIG. 7 is a diagram of an example of forming a cantilever beam of regularly variable height from a rectangular shaped pipe;

фиг. 8 - схема примера формообразования консольной балки регулярно-переменной высоты из плоскоовальной профильной трубы.FIG. 8 is a diagram of an example of shaping a cantilever beam of regularly variable height from a flat oval profile pipe.

От нагрузки, сосредоточенной на консоли, эпюра изгибающих моментов имеет прямолинейное очертание с максимальным значением в заделке и нулевым на консоли [Справочник по сопротивлению материалов / Отв. ред. Писаренко Г.С. - Киев: Наукова думка, 1988. - С. 117]:From the load concentrated on the console, the diagram of bending moments has a straight line with a maximum value in the seal and zero on the console [Reference for resistance of materials / Resp. ed. Pisarenko G.S. - Kiev: Naukova Dumka, 1988. - S. 117]:

Mz=-Fz;M z = -Fz;

Figure 00000001
Figure 00000001

Figure 00000002
Figure 00000002

Mz=0 при z=0;M z = 0 at z = 0;

Figure 00000003
Figure 00000003

где Mz - изгибающий момент в рассматриваемом сечении консольной балки; z - координата рассматриваемого сечения,

Figure 00000004
F - нагрузка, сосредоточенная на консоли;
Figure 00000005
- длина вылета консольной балки; Mmax - наибольший (максимальный) изгибающий момент в заделке.where M z is the bending moment in the considered section of the cantilever beam; z is the coordinate of the considered section,
Figure 00000004
F is the load concentrated on the console;
Figure 00000005
- the length of the extension of the cantilever beam; M max - the largest (maximum) bending moment in the seal.

Очевидно, что прямолинейным будет и график (эпюра) требуемых моментов сопротивления сечения консольной балки:Obviously, the graph (plot) of the required moments of resistance of the cantilever beam section will also be straightforward:

Figure 00000006
Figure 00000006

где WxF - требуемый момент сопротивления рассматриваемого сечения от сосредоточенной нагрузки; Ry - расчетное сопротивление материала консольной балки (стали).where W xF is the required moment of resistance of the considered section from the concentrated load; R y is the design resistance of the material of the cantilever beam (steel).

От нагрузки, распределенной по всей протяженности консольной балки, эпюра изгибающих моментов имеет параболическое вогнутое очертание с максимальным значением в заделке и нулевым на консоли [Справочник по сопротивлению материалов / Отв. ред. Писаренко Г.С. - Киев: Наукова думка, 1988. - С. 118]:From the load distributed over the entire length of the cantilever beam, the bending moment diagram has a parabolic concave outline with a maximum value in the embedment and zero on the console [Handbook of material resistance / Res. ed. Pisarenko G.S. - Kiev: Naukova Dumka, 1988. - S. 118]:

Mz=-qz2/2;M z = -qz 2/2;

Figure 00000007
Figure 00000007

Figure 00000008
Figure 00000008

Mz=0 при z=0;M z = 0 at z = 0;

Figure 00000009
Figure 00000009

где q - интенсивность нагрузки, распределенной равномерно по всей длине вылета консольной балки.where q is the intensity of the load distributed evenly over the entire length of the extension of the cantilever beam.

Таким же криволинейным будет и график (эпюра) требуемых моментов сопротивления сечения консольной балки:The graph (plot) of the required moments of resistance of the section of the cantilever beam will also be curved:

Figure 00000010
Figure 00000010

Wxq=0 при z=0;W xq = 0 at z = 0;

Figure 00000011
Figure 00000011

Figure 00000012
Figure 00000012

Figure 00000013
Figure 00000013

Figure 00000014
Figure 00000014

Figure 00000015
Figure 00000015

Figure 00000016
Figure 00000016

Figure 00000017
Figure 00000017

Figure 00000018
Figure 00000018

Figure 00000019
Figure 00000019

Figure 00000020
Figure 00000020

где Wxq - требуемый момент сопротивления рассматриваемого сечения от распределенной нагрузки.where W xq is the required moment of resistance of the considered section from the distributed load.

Обоим графикам (эпюрам) вполне соответствует консольная балка равного сопротивления регулярно-переменной высоты из профильной трубы (гнутосварного профиля), сечение которой на консоли имеет форму круглого кольца, а в заделке - плоскоовальную форму высотой, равной 3,064 диаметра кольца. При таком соотношении высоты и ширины плоскоовальная труба имеет максимальный момент сопротивления сечения [Марутян А.С. Новый способ перепрофилирования круглых труб и расчет его оптимальных параметров для балочных конструкций. - Строительная механика и расчет сооружений, 2018, №1. - С. 66-72]:To both graphs (diagrams), a cantilever beam of equal resistance of a regularly variable height from a profile pipe (bent-welded profile), the cross section of which on the console has the shape of a circular ring, and in the seal, a flat-oval shape with a height equal to 3.064 of the diameter of the ring, completely corresponds. With this ratio of height and width, the flat-oval pipe has a maximum moment of resistance of the section [Marutyan AS A new way of reprofiling round pipes and calculating its optimal parameters for beam structures. - Structural mechanics and calculation of structures, 2018, No. 1. - S. 66-72]:

Ao=tU(2/n+1,14);A o = tU (2 / n + 1.14);

Ixo=tU3(0,0740286+0,785(1/n-0,363)2+(1/n-1)3/6);I xo = tU 3 (0.0740286 + 0.785 (1 / n-0,363) 2 + (1 / n-1) 3/6);

Wxo=tU2(0,3333333/n2+0,57/n+0,0216012n-0,13982);W xo = tU 2 (0.3333333 / n 2 + 0.57 / n + 0.0216012n-0.13982);

Wxo=0,7851145tU2 при V/U=1;W xo = 0.7851145tU 2 at V / U = 1;

Wxo=1,0421807tU2 при V/U=1,2=1/0,8333333;W xo = 1.0421807tU 2 with V / U = 1.2 = 1 / 0.8333333;

Wxo=1,3269426tU2 при V/U=1,4=1/0,71428857;W xo = 1.3269426tU 2 with V / U = 1.4 = 1 / 0.71428857;

Wxo=1,6390138tU2 при V/U=1,6=1/0,6250;W xo = 1.6390138tU 2 with V / U = 1.6 = 1 / 0.6250;

Wxo=1,9781808tU2 при V/U=1,8=1/0,5555555;W xo = 1.9781808tU 2 with V / U = 1.8 = 1 / 0.5555555;

Wxo=2,3443139tU2 при V/U=2,0=1/0,50;W xo = 2,3443139tU 2 with V / U = 2.0 = 1 / 0.50;

Wxo=2,7373322tU2 при V/U=2,2=1/0,4545454;W xo = 2.7373322tU 2 with V / U = 2.2 = 1 / 0.4545454;

Wxo=3,1571809tU2 при V/U=2,4=1/0,4166666;W xo = 3.1571809tU 2 with V / U = 2.4 = 1 / 0.4166666;

Wxo=3,6038223tU2 при V/U=2,6=1/0,3846153;W xo = 3.6038223tU 2 with V / U = 2.6 = 1 / 0.3846153;

Wxo=4,0772285tU2 при V/U=2,8=1/0,3571428;W xo = 4.0772285tU 2 with V / U = 2.8 = 1 / 0.3571428;

Wxo=4,5773803tU2 при V/U=3,0=1/0,3333333;W xo = 4.5773803tU 2 with V / U = 3.0 = 1 / 0.3333333;

Wxo=4,7431359tU2 при V/U=3,064=1/0,3264,W xo = 4.7431359tU 2 with V / U = 3.064 = 1 / 0.3264,

где t - толщина профильной трубы; U - ширина профильной трубы по средней линии ее тонкостенного сечения; n - отношение ширины к высоте профильной трубы по средней линии ее сечения, n=U/V; V - высота профильной трубы по средней линии ее сечения.where t is the thickness of the profile pipe; U is the width of the profile pipe along the midline of its thin-walled section; n is the ratio of the width to the height of the profile pipe along the midline of its section, n = U / V; V is the height of the profile pipe along the midline of its section.

Прямоугольный гнутосварной профиль компактнее плоскоовальной трубы, если они спрофилированы из одинаковых листовых заготовок (штрипсов), поэтому в консольных балках равного сопротивления регулярно-переменной высоты он может оказаться не менее рациональным и эффективным. Его сечение можно считать составным из четырех прямоугольных участков: двух горизонтальных граней (полок) и двух вертикальных граней (стенок). Расчетные выкладки при этом допустимо выполнять по средней линии тонкостенного сечения без учета численных величин, содержащих значения толщины, возведенной во вторую и третью степень (t2, t3), а также без учета угловых закруглений [Марутян А.С. Оптимизация конструкций из трубчатых (гнутосварных) профилей квадратных (прямоугольных) и ромбических сечений. - Строительная механика и расчет сооружений, 2016, №1. - С. 30-38].A rectangular bent-welded profile is more compact than a flat oval pipe if they are profiled from the same sheet blanks (strips), so in cantilever beams of equal resistance of a regularly variable height, it can be no less rational and effective. Its cross section can be considered composite of four rectangular sections: two horizontal faces (shelves) and two vertical faces (walls). In this case, it is permissible to perform computational calculations along the midline of a thin-walled section without taking into account numerical values containing thicknesses raised to the second and third degree (t 2 , t 3 ), as well as without taking into account angular roundings [Marutyan A.S. Optimization of structures from tubular (bent-welded) profiles of square (rectangular) and rhombic sections. - Structural mechanics and calculation of structures, 2016, No. 1. - S. 30-38].

При вычислении осевых моментов инерции сечения прямоугольной трубы можно воспользоваться правилом параллельного переноса осей и после соответствующих преобразований получить расчетные формулы в следующем виде:When calculating the axial moments of inertia of the cross section of a rectangular pipe, you can use the rule of parallel transfer of axes and, after appropriate transformations, obtain the calculation formulas in the following form:

Ix=tU3(0,1666666/n+0,5)/n2;I x = tU 3 (0.1666666 / n + 0.5) / n 2 ;

Iy=tU3(0,1666666+0,5/n),I y = tU 3 (0.1666666 + 0.5 / n),

где значение большей стороны, коей является высота стенки, V заменено его соотношением с меньшей стороной, коей является ширина полки, U, то есть V=U/n, а t - толщина прямоугольной трубы.where the value of the larger side, which is the height of the wall, V is replaced by its ratio to the smaller side, which is the width of the shelf, U, that is, V = U / n, and t is the thickness of the rectangular pipe.

Площадь поперечного сечения тонкостенного прямоугольного профиля допустимо рассчитать по длине средней линии:The cross-sectional area of a thin-walled rectangular profile can be calculated along the length of the midline:

A=2tU(1+1/n).A = 2tU (1 + 1 / n).

Моменты сопротивления сечения:Cross-section moments:

Wx=2Ix/V=tU2(0,3333333/n+1)/n;W x = 2I x / V = tU 2 (0.3333333 / n + 1) / n;

Wy=2Iy/U=tU2(0,3333333+1/n)/n.W y = 2I y / U = tU 2 (0.3333333 + 1 / n) / n.

Если для продолжения расчетных выкладок в качестве исходных данных принять площадь сечения A=const и толщину t=const штрипса (листовой заготовки), то параметры сечения можно переписать в следующем виде:If, to continue the computational calculations, as the initial data, we take the section area A = const and the thickness t = const of the strip (sheet blank), then the section parameters can be rewritten in the following form:

U=(A/t)(0,5/(1+1/n));U = (A / t) (0.5 / (1 + 1 / n));

V=(A/t)(0,5/(1+n));V = (A / t) (0.5 / (1 + n));

Ix=(A3/t2)(0,0208333/n+0,0625)/(n2(1+1/n)3);I x = (A 3 / t 2 ) (0,0208333 / n + 0,0625) / (n 2 (1 + 1 / n) 3 );

Iy=(A3/t2)(0,0208333+0,0625/n)/(1+1/n)3;I y = (A 3 / t 2 ) (0.0208333 + 0.0625 / n) / (1 + 1 / n) 3 ;

Wx=(A2/t)(0,0833333/n+0,25)/(n(1+1/n)2);W x = (A 2 / t) (0.0833333 / n + 0.25) / (n (1 + 1 / n) 2 );

Wy=(A2/t)(0,0833333/n+0,25)/(1+1/n)2.W y = (A 2 / t) (0.0833333 / n + 0.25) / (1 + 1 / n) 2 .

Чтобы найти экстремальное значение момента сопротивления сечения Wx его формулу необходимо продифференцировать по переменной n и, приравняв к нулю производную (dWx/dn=0), получить уравнение второй степениTo find the extreme value of the moment of resistance of the cross section W x, its formula must be differentiated with respect to the variable n and equating the derivative (dW x / dn = 0) to zero, we obtain an equation of the second degree

n2+0,6666666n-0,3333333=0n 2 + 0.6666666n-0.3333333 = 0

с корнямиwith roots

n1=-0,9999999; n2=0,3333333.n 1 = -0.9999999; n 2 = 0.3333333.

Из этих корней практический интерес представляет второй, значение которого можно округлить доOf these roots, the second is of practical interest, the value of which can be rounded to

n=0,3333333≈1/3.n = 0.3333333≈1 / 3.

Таким образом, полученным графикам (эпюрам) WxF и Wxq соответствует консольная балка равного сопротивления регулярно-переменной высоты из прямоугольной профильной трубы (гнутосварного профиля), сечение которой на консоли имеет форму квадрата, а в заделке - форму прямоугольника высотой, равной 3,0 размера квадрата:Thus, the obtained graphs (diagrams) W xF and W xq correspond to a cantilever beam of equal resistance of a regularly variable height from a rectangular profile pipe (bent-welded profile), the cross section of which on the console has the shape of a square, and in the seal - the shape of a rectangle with a height of 3, 0 square size:

Wxq=tU2(0,3333333/n+1)/n;W xq = tU 2 (0.3333333 / n + 1) / n;

Wxq=1,3333333tU2 при V/U=1;W xq = 1.3333333tU 2 at V / U = 1;

Wxq=1,680tU2 при V/U=1,2=1/0,8333333;W xq = 1.680tU 2 with V / U = 1.2 = 1 / 0.8333333;

Wxq=2,0533333tU2 при V/U=1,4=1/0,71428857;W xq = 2.0533333tU 2 with V / U = 1.4 = 1 / 0.71428857;

Wxq=2,4533333tU2 при V/U=1,6=1/0,6250;W xq = 2.4533333tU 2 with V / U = 1.6 = 1 / 0.6250;

Wxq=2,880tU2 при V/U=1,8=1/0,5555555;W xq = 2.880tU 2 with V / U = 1.8 = 1 / 0.5555555;

Wxq=3,3333333tU2 при V/U=2,0=1/0,50;W xq = 3.3333333tU 2 with V / U = 2.0 = 1 / 0.50;

Wxq=3,8133333tU2 при V/U=2,2=1/0,4545454;W xq = 3.8133333tU 2 with V / U = 2.2 = 1 / 0.4545454;

Wxq=4,320tU2 при V/U=2,4=1/0,4166666;W xq = 4.320tU 2 with V / U = 2.4 = 1 / 0.4166666;

Wxq=4,8503333tU2 при V/U=2,6=1/0,3846153;W xq = 4.8503333tU 2 with V / U = 2.6 = 1 / 0.3846153;

Wxq=5,4133333tU2 при V/U=2,8=1/0,3571428;W xq = 5.4133333tU 2 with V / U = 2.8 = 1 / 0.3571428;

Wxq=6,0tU2 при V/U=3,0=1/0,3333333.W xq = 6.0tU 2 with V / U = 3.0 = 1 / 0.3333333.

Пример формообразования консольной балки регулярно-переменной высоты из прямоугольной профильной трубы можно представить на основе замкнутого гнутосварного профиля сечением 160×80×4 мм по ТУ 67-2287-80 (A=18,56 см2, Ix=623,5 см4, Wx=77,9 см3) [Металлические конструкции. В 3 т. Т. 1. Общая часть. (Справочник проектировщика) / Под ред. В.В. Кузнецова (ЦНИИпроектстальконструкция им. Н.П. Мельникова) - М.: изд-во АСВ, 1998. - С. 135]:An example of the formation of a cantilever beam of a regularly variable height from a rectangular profile pipe can be presented on the basis of a closed bent welded profile with a section of 160 × 80 × 4 mm according to TU 67-2287-80 (A = 18.56 cm 2 , I x = 623.5 cm 4 , W x = 77.9 cm 3 ) [Metal structures. In 3 t. T. 1. General. (Designer Handbook) / Ed. V.V. Kuznetsov (TsNIIproektstalkonstruktsiya im.N.P. Melnikova) - M.: Publishing House ASV, 1998. - S. 135]:

n=U/V=(80-4)/(160-4)=76/156=0,4871794=1/2,0526315;n = U / V = (80-4) / (160-4) = 76/156 = 0.4871794 = 1 / 2.0526315;

A=2tU(1+1/n)=2×0,4×7,6(1+1/0,4871794)=18,559999≈18,56 см2;A = 2tU (1 + 1 / n) = 2 × 0.4 × 7.6 (1 + 1 / 0.4871794) = 18.559999≈18.56 cm 2 ;

Figure 00000021
Figure 00000021

Figure 00000022
Figure 00000022

Wx=623,002/(16,0/2)=77,87525≈77,872 см3.W x = 623.002 / (16.0 / 2) = 77.87525≈77.872 cm 3 .

Двойным косым резом этот профиль можно распустить на два швеллера, развернуть полученные швеллеры относительно друг друга на 180° и наложить двойные валики сварных швов, скомпоновав консольную балку регулярно-переменной высоты с квадратным сечение 80×80×4 мм на консоли и прямоугольным сечением 240×80×4 мм в заделке:With a double oblique cut, this profile can be disassembled into two channels, the resulting channels are turned 180 ° relative to each other and superimposed double weld beads by arranging a cantilever beam of regular height with a square section of 80 × 80 × 4 mm on a console and a rectangular section of 240 × 80 × 4 mm in the seal:

n=1;n is 1;

A=2×0,4×7,6(1+1/1)=12,16 см2;A = 2 × 0.4 × 7.6 (1 + 1/1) = 12.16 cm 2 ;

Ix=0,4×7,63(0,1666666/1+0,5)/12=117,01025 см4;I x = 0.4 × 7.6 3 (0.1666666 / 1 + 0.5) / 1 2 = 117.01025 cm 4 ;

Wx=117,01025/(8,0/2)=29,265062≈29,265 см3;W x = 117.01025 / (8.0 / 2) = 29.265062≈29.265 cm 3 ;

n=(80-4)/(240-4)=76/236=0,3220338=1/3,1052631;n = (80-4) / (240-4) = 76/236 = 0.3220338 = 1 / 3.1052631;

A=2×0,4×7,6(1+1/0,3220338)=24,96 см2;A = 2 × 0.4 × 7.6 (1 + 1 / 0.3220338) = 24.96 cm 2 ;

Ix=0,4×7,63(0,1666666/0,3220338+0,5)/0,32203382=1722,8638 см4;I x = 0.4 × 7.6 3 (0.1666666 / 0.3220338 + 0.5) / 0.3220338 2 = 1722.8638 cm 4 ;

Wx=1722,8638/(24,0/2)=143,57198≈143,572 см3.W x = 1722.8638 / (24.0 / 2) = 143.57198≈143.572 cm 3 .

Если консольную балку приведенной компоновки изготовить из малоуглеродистой стали класса С235 (Ry=2300 кгс/см2), то ее несущей способности вполне хватит на протяженность

Figure 00000023
м с нагрузкой F=8 кН на консоли:If the cantilever beam of the given arrangement is made of mild steel of class C235 (R y = 2300 kgf / cm 2 ), then its bearing capacity is quite enough for the length
Figure 00000023
m with a load of F = 8 kN on the console:

Figure 00000024
Figure 00000024

где σmax - нормальное напряжение от максимального момента, σmax=Mmax/Wx.where σ max is the normal stress from the maximum moment, σ max = M max / W x .

На консоли действует максимальная поперечная сила Qmax=8 кН, поэтому прочность квадратного сечения необходимо проверить по формуле Журавского:The maximum transverse force Q max = 8 kN acts on the console; therefore, the strength of the square section must be checked by the Zhuravsky formula:

τmax/Rs=QmaxSx/(IxtsRs)=800×17,328/(117,01025×0,8×1350)=0,1097<1,τ max / R s = Q max S x / (I x t s R s ) = 800 × 17.328 / (117.01025 × 0.8 × 1350) = 0.1097 <1,

где τmax - касательное напряжение от максимальной поперечной силы, Qmax=F; Sx - статический момент сдвигаемой части сечения относительно нейтральной оси, Sx=2×0,4×3,8×1,9+0,4×7,6×3,8=17,328 см3; ts - толщина сдвигаемой стенки, ts=2×0,4=0,8 см; Rs - расчетное сопротивление стали срезу, для стали класса С235 Rs=1350 кгс/см2.where τ max is the shear stress from the maximum transverse force, Q max = F; S x is the static moment of the movable part of the section relative to the neutral axis, S x = 2 × 0.4 × 3.8 × 1.9 + 0.4 × 7.6 × 3.8 = 17.328 cm 3 ; t s is the thickness of the movable wall, t s = 2 × 0.4 = 0.8 cm; R s is the calculated steel shear resistance, for steel of class C235 R s = 1350 kgf / cm 2 .

Остается проверить прогиб на консоли, для чего можно применить формулу консольной балки переменного сечения прямоугольной формы [Справочник по сопротивлению материалов / Фесик С.П. - Киев: Будiвельник, 1982. - С. 144]:It remains to check the deflection on the console, for which you can apply the formula of the cantilever beam of variable cross-section of a rectangular shape [Reference for resistance of materials / Fesik SP - Kiev: Budivelnik, 1982. - S. 144]:

Figure 00000025
Figure 00000025

где Е - модуль упругости конструкционного материала, для стали E=2100000 кгс/см2; bƒ и h - соответственно ширина и высота сечения балки на консоли.where E is the modulus of elasticity of the structural material, for steel E = 2100000 kgf / cm 2 ; b ƒ and h are the width and height of the beam section on the console, respectively.

Приведенное (условное) значение ширины сечения на консоли можно определить, приняв в качестве расчетной предпосылки равенство между моментом инерции профильной трубы и моментом инерции прямоугольного сечения:The given (conditional) value of the cross-sectional width on the console can be determined by taking as a prerequisite the equality between the moment of inertia of the profile pipe and the moment of inertia of the rectangular section:

bƒ=12Ix/h3=12×1722,8638/243=1,4955414≈1,496 см.b ƒ = 12I x / h 3 = 12 × 1722.8638 / 24 3 = 1.4955414≈1.496 cm.

Как видно, консольная балка регулярно-переменной высоты из гнутосварного профиля прямоугольного сечения обладает необходимым и достаточным запасом несущей способности, поэтому практический интерес представляет ее сравнение с аналогичной балкой из плоскоовальной профильной трубы.As can be seen, the cantilever beam of a regularly variable height from a bent welded profile of rectangular section has the necessary and sufficient margin of bearing capacity, therefore, its comparison with a similar beam from a flat oval profile pipe is of practical interest.

Для более корректного сравнения исходный гнутосварной профиль прямоугольный формы сечением 160×80×4 мм необходимо условно перепрофилировать в плоскоовальную трубу:For a more correct comparison, the initial bent welded profile of a rectangular shape with a section of 160 × 80 × 4 mm must be conditionally re-profiled into a flat oval pipe:

n=1,5/3,064=0,4895561=1/2,0426666;n = 1.5 / 3.064 = 0.4895561 = 1 / 2.0426666;

U=Ao/(t(2/n+1,14)=(18,56/(0,4(2/0,4895561+1,14))=8,8798158 см;U = A o / (t (2 / n + 1.14) = (18.56 / (0.4 (2 / 0.4895561 + 1.14)) = 8.8798158 cm;

V=8,8798158/0,4895561=18,138505 см;V = 8.8798158 / 0.4895561 = 18.138505 cm;

Figure 00000026
Figure 00000026

Wx=2Ix/(V+t)=2×693,9256/(18,138505+0,4)=74,863167 см3.W x = 2I x / (V + t) = 2 × 693.9256 / (18.138505 + 0.4) = 74.863167 cm 3 .

Условно перепрофилированная труба имеет плоскоовальное сечение размерамиConditionally reprofiled pipe has a flat oval section with dimensions

18,138505+0,4=18,538505≈185,4 мм;18.138505 + 0.4 = 18.538505≈185.4 mm;

8,8798158+0,4=9,2798158≈92,8 мм,8.8798158 + 0.4 = 9.2798158≈92.8 mm,

то есть ее размеры возросли в 185,4/160=1,1588 и 92,8/80=1,160 раза, момент инерции увеличился в 693,9256/623,5=1,113 раза, а момент сопротивления уменьшился в 77,9/74,863167=1,0406 раза.that is, its dimensions increased 185.4 / 160 = 1.1588 and 92.8 / 80 = 1.160 times, the moment of inertia increased 693.9256 / 623.5 = 1.113 times, and the moment of resistance decreased 77.9 / 74 , 863167 = 1.0406 times.

Двойным косым резом условно перепрофилированную таким образом трубу с плоскоовальным сечением 185,4×92,8×4 мм можно распустить на два U-образных профиля, развернуть полученные профили относительно друг друга на 180° и наложить двойные валики сварных швов, скомпоновав консольную балку регулярно-переменной высоты с круглым сечение 92,8×4 мм на консоли и плоскоовальным сечением 278×92,8×4 мм в заделке:With a double oblique cut, a conditionally re-shaped pipe with a plano-oval cross-section of 185.4 × 92.8 × 4 mm can be split into two U-shaped profiles, turned the resulting profiles 180 ° relative to each other, and double welded beads are applied, arranging the cantilever beam regularly - a variable height with a round cross-section of 92.8 × 4 mm on the console and a flat oval cross-section of 278 × 92.8 × 4 mm in the seal:

n=1;n is 1;

U=92,8-4=88,8 мм;U = 92.8-4 = 88.8 mm;

A=0,4×8,88(2/1+1,14)=11,15328 см2;A = 0.4 × 8.88 (2/1 + 1.14) = 11.15328 cm 2 ;

Figure 00000027
Figure 00000027

Wx=109,95166/(9,28/2)=23,696478 см3;W x = 109.95166 / (9.28 / 2) = 23.696478 cm 3 ;

n=(92,8-4)/(278-4)=88,8/274=0,3240875=1/3,0855855;n = (92.8-4) / (278-4) = 88.8 / 274 = 0.3240875 = 1 / 3.0855855;

A=0,4×8,88(2/0,3240875+1,14)=25,969286≈25,97 см2;A = 0.4 × 8.88 (2 / 0.3240875 + 1.14) = 25.969286≈25.97 cm 2 ;

Figure 00000028
Figure 00000028

Wx=2074,0032/(278,0/2)=149,20886≈149,209 см3.W x = 2074.0032 / (278.0 / 2) = 149.20886≈149.209 cm 3 .

Если консольную балку приведенной компоновки изготовить из малоуглеродистой стали класса С235, то ее несущей способности хватит на протяженность

Figure 00000029
м с нагрузкой F=8 кН на консоли с большим запасом:If the cantilever beam of the given arrangement is made of mild steel of class C235, then its bearing capacity will be enough for the length
Figure 00000029
m with a load of F = 8 kN on a console with a large margin:

Figure 00000030
Figure 00000030

τmax/Rs=QmaxSx/(IxtsRs)=800×15,7723/(109,95166×0,8×1350)=0,1063<1,τ max / R s = Q max S x / (I x t s R s ) = 800 × 15.7723 / (109.95166 × 0.8 × 1350) = 0.1063 <1,

где Sx - статический момент сдвигаемой части сечения в виде круглого полукольца относительно нейтральной оси [Марутян А.С., Абовян А.Г. Расчет оптимальных параметров плоскоовальных труб для ферменных конструкций. - Строительная механика, 2017, №4. - С. 18],where S x is the static moment of the shifted part of the section in the form of a round half ring relative to the neutral axis [Marutyan AS, Abovyan AG Calculation of the optimal parameters of flat oval pipes for trusses. - Building mechanics, 2017, No. 4. - S. 18],

Sx=1,57×0,4×8,88×0,3185×8,88=15,772299≈15,7723 см3.S x = 1.57 × 0.4 × 8.88 × 0.3185 × 8.88 = 15.772299≈15.7723 cm 3 .

Проверка прогиба на консоли имеет следующий видChecking deflection on the console is as follows

Figure 00000031
Figure 00000031

где приведенное (условное) значение ширины сечения на консоли составляетwhere the given (conditional) value of the section width on the console is

bƒ=12Ix/h3=12×2074,0032/27,83=1,1583939≈1,158 см.b ƒ = 12I x / h 3 = 12 × 2074.0032 / 27.8 3 = 1.1583939≈1.158 cm.

Как видно, ресурс несущей способности консольной балки регулярно-переменной высоты из одной и той же листовой заготовки (штрипса) с переходом от прямоугольного замкнутого гнутосварного профиля к плоскоовальной профильной трубе по максимальному нормальному напряжению возрос в 0,7268/0,6993=1,03933 раза, по максимальному касательному напряжению - 0,1097/0,1063=1,03198 раза, а по максимальному прогибу - 3,98/3,31=1,2024 раза.As you can see, the bearing capacity resource of the cantilever beam of regularly variable height from the same sheet billet (strip) with the transition from a rectangular closed bent section to a flat oval profile pipe at the maximum normal stress increased in 0.7268 / 0.6993 = 1.03933 times, by the maximum tangential stress - 0.1097 / 0.1063 = 1.03198 times, and by the maximum deflection - 3.98 / 3.31 = 1.2024 times.

Таким образом, подводя некоторые итоги, можно прийти к основному выводу, что предлагаемые консольные балки регулярно-переменной высоты из профильных труб (гнутосварных профилей) достаточно эффективны, рациональны и перспективны для применения в составе несущих конструкций зданий (сооружений) или машин (механизмов).Thus, summing up some results, we can come to the main conclusion that the proposed cantilever beams of regularly variable height from profile pipes (bent-welded profiles) are quite effective, rational and promising for use as part of the supporting structures of buildings (structures) or machines (mechanisms).

Claims (1)

Консольная балка регулярно-переменной высоты из профильных труб (гнутосварных профилей), отличающаяся тем, что сечение балки на консоли имеет форму круглого кольца и в заделке - плоскоовальную форму высотой, равной 3,064 диаметра кольца, или сечение балки на консоли имеет форму квадрата и в заделке - форму прямоугольника высотой, равной 3,0 размера квадрата.A cantilever beam of regularly variable height from profile pipes (bent-welded profiles), characterized in that the section of the beam on the console has the shape of a round ring and in embedment is a flat oval shape with a height equal to 3.064 of the diameter of the ring, or the section of the beam on the console has the shape of a square and in the seal - the shape of a rectangle with a height equal to 3.0 of the size of the square.
RU2018144599A 2018-12-14 2018-12-14 Cantilever beam of regularly variable height from shaped tubes (bent-welded sections) RU2701404C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018144599A RU2701404C1 (en) 2018-12-14 2018-12-14 Cantilever beam of regularly variable height from shaped tubes (bent-welded sections)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018144599A RU2701404C1 (en) 2018-12-14 2018-12-14 Cantilever beam of regularly variable height from shaped tubes (bent-welded sections)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2701404C1 true RU2701404C1 (en) 2019-09-26

Family

ID=68063372

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018144599A RU2701404C1 (en) 2018-12-14 2018-12-14 Cantilever beam of regularly variable height from shaped tubes (bent-welded sections)

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2701404C1 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1596034A1 (en) * 1987-12-10 1990-09-30 Каунасский Политехнический Институт Им.Антанаса Снечкуса Cantilever beam
RU2495213C1 (en) * 2012-04-19 2013-10-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный архитектурно-строительный университет" (КГАСУ) Method to manufacture steel support of regular alternating section
RU2568480C2 (en) * 2010-10-08 2015-11-20 КСИЛЕМ АйПи ХОЛДИНГЗ ЛЛК Closed pipeline flow straightener

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1596034A1 (en) * 1987-12-10 1990-09-30 Каунасский Политехнический Институт Им.Антанаса Снечкуса Cantilever beam
RU2568480C2 (en) * 2010-10-08 2015-11-20 КСИЛЕМ АйПи ХОЛДИНГЗ ЛЛК Closed pipeline flow straightener
RU2495213C1 (en) * 2012-04-19 2013-10-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный архитектурно-строительный университет" (КГАСУ) Method to manufacture steel support of regular alternating section

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU158885U1 (en) FIVE CORNER PROFILE PIPE
RU2686762C1 (en) Double-tee roll-welded profile
RU91583U1 (en) VARIABLE CORFORED WALL
RU2701404C1 (en) Cantilever beam of regularly variable height from shaped tubes (bent-welded sections)
US5956919A (en) Spanning member with convoluted web and C-shaped flanges
RU2664092C1 (en) Three-sided lattice support with belts of flat oval pipes
RU2347049C1 (en) Long load-bearing structure transmission line support post (versions)
RU114981U1 (en) FRAME VARIABLE CONSTRUCTION
RU193994U1 (en) DOUBLE BEAM WITH CORRUGATED WALL AND TUBULAR BELTS
RU2554643C1 (en) Load-carrying structure with frame from oval tube
RU2756683C1 (en) Method for reshaping a round pipe into a rectangular pipe
RU2683839C1 (en) Zee (z-shaped) folded-closed section
RU2680564C1 (en) Trapezoid shaped pipe
RU2685013C1 (en) Roll-formed channel
RU199895U1 (en) TWO-TURN BENDED LOCKED PROFILE WITH TUBULAR SHELVES AND PERFORATED WALL
RU2618810C1 (en) Triangle lattice of rod structures with additional semi-racks and half-braces (y-shaped racks)
RU2755179C1 (en) I-beam closed formed profile with bends and cavettos for shelves
RU226056U1 (en) PENTAGONAL EQUAL-LEGENT PIPE OF BEAM MODIFICATION
RU2715778C1 (en) H-shaped curved closed profile with perforated wall
RU214014U1 (en) TRIANGULAR EQUILATERAL PROFILE PIPE WITH REINFORCED FACETS
RU2174576C2 (en) Thin-slab closed-section structure
RU193985U1 (en) BEARING STRUCTURE WITH RECTANGULAR TUBE GRILLE
RU2043467C1 (en) Dismountable assembled h-beam with hollow shelves and double wall
RU220022U1 (en) PENTAGONAL ISOSTHORES BENT-WELDED PROFILE
RU180553U1 (en) STEEL SLIPPING FARM

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20201215