RU2755179C1 - I-beam closed formed profile with bends and cavettos for shelves - Google Patents

I-beam closed formed profile with bends and cavettos for shelves Download PDF

Info

Publication number
RU2755179C1
RU2755179C1 RU2020124044A RU2020124044A RU2755179C1 RU 2755179 C1 RU2755179 C1 RU 2755179C1 RU 2020124044 A RU2020124044 A RU 2020124044A RU 2020124044 A RU2020124044 A RU 2020124044A RU 2755179 C1 RU2755179 C1 RU 2755179C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
profile
height
cavettos
shelves
wall
Prior art date
Application number
RU2020124044A
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 RU2020124044A priority Critical patent/RU2755179C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2755179C1 publication Critical patent/RU2755179C1/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
    • E04C3/07Joists; Girders, trusses, or trusslike structures, e.g. prefabricated; Lintels; Transoms; Braces of metal with substantially solid, i.e. unapertured, web at least partly of bent or otherwise deformed strip- or sheet-like material

Landscapes

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

Abstract

FIELD: building.
SUBSTANCE: described technical result is achieved by the fact that the I-beam closed formed profile with cavettos for shelves includes two elements, C-shaped in cross-section, wherein each element consists of a solid or perforated vertical wall and two cavettos, as well as two elements shaped as a channel, the walls whereof are in contact with adjacent cavettos and the edges of shelves thereof and the edges of the cavettos, made toothed, are connected with a form fit, forming the upper and lower shelves of the I-beam profile together with the cavettos. The cuts of the perforated adjacent walls of the C-shaped elements along the entire perimeter are made with toothed edges for form-fit connection. The radius of the cavettos is a quarter of the width of the shelf of the profile, the height of the cuts of the perforated wall equals 0.8703 of the height of the profile at a ratio of the width of the profile to the height thereof of 1/3.857, and the ratio of the width of the profile to the height thereof in the absence of perforation in the wall is 1/9.003.
EFFECT: technical result of the proposed solution is the sufficient local and general stability of I-beam closed formed profiles from the plane and in the plane of the supporting structure, an increase in the rigidity, a reduction in hardening of metal and concentration of stresses, an expansion in the scope of rational application, as well as a reduction in the additional costs and consumption of the structural material.
1 cl, 9 dwg

Description

Предлагаемое техническое решение относится к области строительства и может быть использовано в качестве балочных элементов при разработке несущих конструкций зданий и сооружений различного назначения. В частности, это могут быть элементы прогонов, ригелей, балок.The proposed technical solution relates to the field of construction and can be used as beam elements in the development of load-bearing structures of buildings and structures for various purposes. In particular, it can be elements of purlins, girders, beams.

Известна стальная составная балка двутаврового сечения, у которой верхнюю и нижнюю полки, а также вертикальную стенку образует пара гнутых тонкостенных профилей. Плоские участки этих профилей для формирования вертикальной стенки соединены между собой загибами выштампованных шпилек, взаимно входящих в образованные отверстия от выштамповки. Продольные кромки горизонтальных участков тех же парных профилей для формирования трубчатых (полостных) полок загнуты до соприкосновения с противоположной гранью и соединены сваркой [Замалиев Ф.С., Замалиев Э.Ф., Замалиев Э.Ф. Стальная составная балка. - Патент №176505, 22.01.2018, бюл. №3]. Однако сварные соединения ограничивают минимальную толщину свариваемых элементов и не позволяют применять оцинкованную сталь, которая обеспечивает высокую стойкость конструкции против коррозии. При этом использование выштампованных шпилек и их отверстий сопровождается определенным ростом дополнительных затрат.Known steel composite beam of I-section, in which the upper and lower flanges, as well as the vertical wall is formed by a pair of bent thin-walled profiles. Flat sections of these profiles to form a vertical wall are interconnected by bends of stamped pins, mutually entering the formed holes from stamping. The longitudinal edges of the horizontal sections of the same paired profiles for the formation of tubular (cavity) shelves are bent until they touch the opposite face and are connected by welding [FS Zamaliev, EF Zamaliev, EF Zamaliev. Steel composite beam. - Patent No. 176505, 01/22/2018, bul. No. 3]. However, welded joints limit the minimum thickness of the welded elements and do not allow the use of galvanized steel, which provides a high resistance to corrosion of the structure. At the same time, the use of stamped pins and their holes is accompanied by a certain increase in additional costs.

Другим известным техническим решением является многопролетная несущая конструкция (балка), включающая трубчатый (пустотелый) профиль из двух криволинейных стенок и двух плоских полок (верхней и нижней). Обе стенки приварены к полкам и, будучи вогнутыми вовнутрь, объединены стяжными шпильками в зоне их контакта, что придает пустотелому профилю конструкции двутавровое очертание [Веселов В.В., Федоров A.M. Многопролетная несущая балка. - Патент №176462, 19.01.2018, бюл. №2]. Как и в предыдущем случае, сварка ограничивает минимальную толщину свариваемых элементов и не позволяет применять оцинкованную сталь, а стяжные шпильки и их отверстия вызывают определенный рост дополнительных затрат.Another known technical solution is a multi-span supporting structure (beam), including a tubular (hollow) profile of two curved walls and two flat shelves (upper and lower). Both walls are welded to the shelves and, being concave inward, are united by tie rods in the zone of their contact, which gives the hollow profile of the structure an I-beam [Veselov V.V., Fedorov A.M. Multi-span load-bearing beam. - Patent No. 176462, 19.01.2018, bul. No. 2]. As in the previous case, welding limits the minimum thickness of the elements to be welded and does not allow the use of galvanized steel, and tie rods and their holes cause a certain increase in additional costs.

Оригинальностью технического решения отличается прокатная балка двутаврового профиля, выполненная симметричной из четырех элементов. Два из этих элементов содержат вертикально ориентированную стенку, плавно переходящую по радиусу кривой сверху и снизу в выкружку, составляющую четвертинку сечения круглой трубы, затем переходящий в горизонтальный отгиб. Отгибы соединены друг с другом сверху и снизу затяжками из листа с образованием замкнутых лотков. Соединены непосредственно друг с другом и стенки [Нежданов К.К., Туманов В.А., Нежданов А.К., Лаштанкин А.С. Балка. - Патент №2232125, 10.07.2004, бюл. №3]. Не менее оригинальны и заклепочные соединения составного сечения такой балки, представляющие собой неподвижные крепления полыми заклепками-втулками с внедренным в каждую сердечником [Нежданов К.К., Васильев А.В., Калмыков В.А., Нежданов А.К. Способ и устройство для неподвижного соединения металлических конструкций. - Патент №2114328, 27.06.1998]. Такая балка за счет отгибов и замкнутых лотков полок обладает повышенной жесткостью. Однако сложность креплений ее составного сечения и значительное их количество оказывают негативное влияние на трудоемкость и стоимость изготовления.The originality of the technical solution is distinguished by a rolling I-beam, made of four symmetrical elements. Two of these elements contain a vertically oriented wall that smoothly passes along the radius of the curve from above and below into a fillet that makes up a quarter of the section of a round pipe, then passes into a horizontal bend. The folds are connected to each other from above and from below by straps from a sheet to form closed trays. Connected directly to each other and the walls [KK Nezhdanov, VA Tumanov, AK Nezhdanov, AS Lashtankin. Beam. - Patent No. 2232125, 10.07.2004, bul. No. 3]. No less original are the riveted joints of the composite section of such a beam, which are fixed fastenings with hollow rivets-bushings with a core embedded in each [Nezhdanov K.K., Vasiliev A.V., Kalmykov V.A., Nezhdanov A.K. Method and device for fixed connection of metal structures. - Patent No. 2114328, 27.06.1998]. Such a beam, due to the folds and closed trays of the shelves, has increased rigidity. However, the complexity of the fasteners of its composite section and their significant number have a negative impact on the labor intensity and cost of manufacture.

Известно еще одно техническое решение (принятое за аналог) в виде двутаврового гнутозамкнутого профиля из двух плоских и двух вогнутых вовнутрь листовых заготовок дугообразной формы. Листовые заготовки прикреплены друг к другу посредством зубчатых замыканий продольных кромок и взаимно оперты в зоне их контакта. В поперечном сечении дугообразные заготовки имеют форму круглых полуколец, диаметр которых равен ширине профиля. Горизонтальные грани плоских заготовок и полукольцевые грани дугообразных заготовок после замыкания их зубчатых креплений формируют пару трубчатых полок треугольного очертания [Марутян А.С. Двутавровый гнутозамкнутый профиль. - Патент №2680560, 22.02.2019, бюл. №6]. Такой профиль, имея компактную форму поперечного сечения с равными габаритами по ширине и высоте, достаточно эффективно сопротивляется продольным нагрузкам, приложенным центрально и с эксцентриситетами, что характерно для таких стержневых элементов, как стойки и колонны. Однако для силового сопротивления поперечным нагрузкам и воздействиям, свойственным балочным конструкциям, более эффективна форма двутаврового профиля с вытянутым по высоте распределением конструкционного материала, включая максимальную перфорацию его стенки. Применительно к двутавровым гнутозамкнутым профилям перфорации их стенок можно придать дополнительное функциональное назначение в виде формирования вырезов различных очертаний с зубчатыми замыканиями кромок по всему периметру каждого из этих вырезов. Такие замыкания могут обеспечить необходимые связи вытянутого по высоте составного сечения и усилить кромки вырезов перфорированной стенки. Обозначенная проработка двутавровых гнутозамкнутых профилей с перфорированными стенками, дополненная оптимизацией расчетных параметров, может способствовать расширению области их рационального применения.Another technical solution (taken as an analogue) is known in the form of an I-beam bent-closed profile of two flat and two inwardly concave sheet blanks of an arcuate shape. The sheet blanks are attached to each other by means of serrated closures of the longitudinal edges and are mutually supported in their contact zone. In cross-section, the arcuate blanks have the form of circular half-rings, the diameter of which is equal to the width of the profile. The horizontal faces of flat blanks and semicircular faces of arcuate blanks, after closing their gear fasteners, form a pair of tubular shelves of triangular shape [Marutyan A.S. I-beam bent-closed profile. - Patent No. 2680560, 22.02.2019, bul. No. 6]. Such a profile, having a compact cross-sectional shape with equal dimensions in width and height, quite effectively resists longitudinal loads applied centrally and with eccentricities, which is typical for such rod elements as posts and columns. However, for the force resistance to lateral loads and actions inherent in beam structures, the form of an I-profile with an elongated distribution of structural material, including the maximum perforation of its wall, is more effective. With regard to I-beams, bent-closed perforation profiles of their walls can be given an additional functional purpose in the form of the formation of cuts of various shapes with serrated edge closures along the entire perimeter of each of these cuts. Such closures can provide the necessary connections for an elongated composite section and strengthen the edges of the cutouts of the perforated wall. The indicated study of I-beams bent-closed profiles with perforated walls, supplemented by the optimization of the design parameters, can contribute to the expansion of the area of their rational use.

Наиболее близким к предлагаемому (принятым в качестве прототипа) является техническое решение, представляющее собой двутавровый гнутозамкнутый профиль с параллельными гранями полок и перфорированной стенкой из двух плоских листовых заготовок и двух перфорированных листовых заготовок с прямоугольными отгибами швеллерной формы. Горизонтальные грани плоских заготовок и такие же грани швеллерных заготовок после замыкания их зубчатых креплений формируют пару плоских полок двутаврового профиля с параллельными гранями. Вертикальные грани швеллерных заготовок взаимно оперты, снабжены вырезами и формируют перфорированную стенку двутаврового профиля после замыкания их зубчатых креплений, расположенных по всему периметру каждого из этих вырезов. Прочность на изгиб такого профиля максимальна, если его габарит по высоте больше габарита по ширине в 3…4 раза, когда высота вырезов составляет 0,7…0,8 высоты профиля, а также, если его габарит по высоте больше габарита по ширине в 5,9…6 раз, когда высота вырезов составляет 0,1…0,2 высоты профиля [Марутян А.С. Двутавровый гнутозамкнутый профиль с перфорированной стенкой. - Патент №2715778, 03.03.2020, бюл. №7]. При всей своей оптимальности прототип имеет два основных недостатка: по жесткости его плоские полки уступают трубчатым полкам треугольного очертания аналога, а по наклепу металла и концентрации напряжений его листовые заготовки швеллерной формы с прямоугольными сопряжениями уступают полукруглым заготовкам того же аналога.The closest to the proposed one (adopted as a prototype) is a technical solution, which is an I-beam bent-closed profile with parallel flange edges and a perforated wall of two flat sheet blanks and two perforated sheet blanks with rectangular channel-shaped bends. The horizontal faces of the flat blanks and the same faces of the channel blanks, after closing their gear attachments, form a pair of flat I-profile flanges with parallel faces. The vertical faces of the channel blanks are mutually supported, provided with cutouts and form a perforated wall of the I-profile after closing their gear mountings located along the entire perimeter of each of these cutouts. The bending strength of such a profile is maximum if its height is 3 ... 4 times greater than the width of the profile, when the height of the cutouts is 0.7 ... 0.8 of the profile height, and also if its height is greater than the width of 5 , 9 ... 6 times, when the height of the notches is 0.1 ... 0.2 of the profile height [Marutyan A.S. I-beam bent-closed profile with a perforated wall. - Patent No. 2715778, 03.03.2020, bul. No. 7]. For all its optimality, the prototype has two main drawbacks: in terms of rigidity, its flat shelves are inferior to the tubular shelves of a triangular outline of the analog, and according to the work-hardening of the metal and the stress concentration, its channel-shaped sheet blanks with rectangular junctions are inferior to semicircular blanks of the same analog.

Техническим результатом предлагаемого решения является достаточная местная (локальная) и общая устойчивость двутавровых гнутозамкнутых профилей из плоскости и в плоскости несущей конструкции, повышение жесткости, снижение наклепа металла и концентрации напряжений, расширение области рационального применения, а также уменьшение дополнительных затрат и расхода конструкционного материала.The technical result of the proposed solution is sufficient local (local) and general stability of I-beams bent-closed from the plane and in the plane of the supporting structure, increasing rigidity, reducing metal work hardening and stress concentration, expanding the area of rational use, as well as reducing additional costs and consumption of construction material.

Указанный технический результат достигается тем, что двутавровый гнутозамкнутый профиль с выкружками полок включает два С-образных в поперечном сечении элемента, каждый из которых состоит из сплошной или перфорированной вертикальной стенки и двух выкружек, а также два элемента, имеющих форму швеллера, стенки которого контактируют со смежными выкружками, а края его полок и края выкружек, выполненные зубчатыми, соединены с геометрическим замыканием, образуя вместе с выкружками верхнюю и нижнюю полки двутаврового профиля. Вырезы перфорированных смежных стенок С-образных элементов по всему периметру выполнены с зубчатыми кромками для соединения с геометрическим замыканием. Радиус выкружек составляет четверть ширины полки профиля, высота вырезов перфорированной стенки равна 0,8703 высоты профиля при отношении ширины профиля к его высоте 1/3,857, а отношение ширины профиля к его высоте при отсутствии перфорации в стенке составляет 1/9,003.The specified technical result is achieved in that the I-beam bent-closed profile with fillets of shelves includes two C-shaped elements in cross-section, each of which consists of a solid or perforated vertical wall and two fillets, as well as two elements having the shape of a channel, the walls of which are in contact with adjacent fillets, and the edges of its shelves and the edges of the fillets, made toothed, are connected with a form fit, forming, together with the fillets, the upper and lower flanges of the I-profile. The cuts of the perforated adjacent walls of the C-shaped elements along the entire perimeter are made with serrated edges for positive connection. The radius of the fillets is a quarter of the profile flange width, the height of the cutouts of the perforated wall is 0.8703 of the profile height when the ratio of the profile width to its height is 1 / 3.857, and the ratio of the profile width to its height in the absence of perforation in the wall is 1 / 9.003.

Предлагаемый двутавровый гнутозамкнутый профиль обладает достаточно универсальным техническим решением, с реализацией которого для его изготовления можно использовать листовые заготовки одинаковой и разной толщины, как с зубчатыми замыканиями, так и со сварными, болтовыми или заклепочными соединениями. Для изготовления гнутозамкнутых профилей без сварных, болтовых или заклепочных соединений параметры зубчатых продольных кромок их листовых заготовок целесообразно подобрать так, чтобы одним зигзагообразным резом формировать кромки сразу двух заготовок. Издержки производства при этом будут минимальными, что обеспечит уменьшение дополнительных затрат. К тому же загибы зубчатых креплений гнутозамкнутых профилей увеличивают толщину смятия, что может способствовать определенному росту несущей способности соединений тонкостенных элементов, работающих в основном на сдвиг [Кузнецов И.Л., Фахрутдинов А.Ф., Рамазанов P.P. Результаты экспериментальных исследований работы соединений тонкостенных элементов на сдвиг. - Вестник МГСУ, 2016, №12. - С. 34-43]. Кроме того, загибы зубчатых креплений обеспечивают сохранение местной (локальной) устойчивости и формы сечения тонкостенных элементов до достижения предельного состояния, что позволяет рассчитывать не редуцированные сечения, а сечения нетто [Белый Г.И. К определению редуцированных сечений стержневых элементов легких стальных тонкостенных конструкций. - Вестник гражданских инженеров, 2017, №6. - С. 33-37]. Следует добавить, что загибы зубчатых креплений, распределенные равномерно по стенкам и полкам на всем протяжении двутаврового гнутозамкнутого профиля, сохраняют его цельность и монолитность в большей степени, чем зоны контакта с трением соединения фальцевого типа в прямоугольном профиле балки с креплениями торцов к зацепам, что позволило считать поперечное сечение балки монолитным [Яковлева Е.Л., Атавин И.В., Казакова Ю.Д., Максудов И.Х. Прочностные характеристики тонкостенных элементов. - Строительство уникальных зданий и сооружений, 2017, №12. - С. 125-139]. В отдельных случаях для уменьшения дополнительных затрат вполне достижима цельность составного сечения гнутозамкнутого профиля за счет применения аналогичных зон контакта с трением без перфорирования его стенки.The proposed I-beam bent-closed profile has a fairly universal technical solution, with the implementation of which sheet blanks of the same and different thickness can be used for its manufacture, both with toothed closures and with welded, bolted or riveted joints. For the manufacture of bent-closed profiles without welded, bolted or riveted joints, the parameters of the serrated longitudinal edges of their sheet blanks should be selected so that one zigzag cut forms the edges of two blanks at once. At the same time, production costs will be minimal, which will ensure a decrease in additional costs. In addition, the bends of the gear fastenings of bent-closed profiles increase the thickness of crushing, which can contribute to a certain increase in the bearing capacity of the joints of thin-walled elements, working mainly in shear [Kuznetsov I.L., Fakhrutdinov A.F., Ramazanov P.P. The results of experimental studies of the shear performance of joints of thin-walled elements. - Bulletin MGSU, 2016, No. 12. - S. 34-43]. In addition, the bends of the gear fastenings ensure the preservation of local (local) stability and the shape of the section of thin-walled elements until the limiting state is reached, which makes it possible to calculate not reduced sections, but net sections [Bely G.I. To the definition of reduced sections of bar elements of light steel thin-walled structures. - Bulletin of civil engineers, 2017, No. 6. - S. 33-37]. It should be added that the bends of the gear fasteners, evenly distributed along the walls and shelves throughout the I-beam bent-closed profile, preserve its integrity and solidity to a greater extent than the zones of contact with friction of a folded-type connection in a rectangular profile of a beam with end-to-hook fastenings, which made it possible consider the cross-section of the beam to be monolithic [Yakovleva EL, Atavin IV, Kazakova Yu.D., Maksudov I.Kh. Strength characteristics of thin-walled elements. - Construction of unique buildings and structures, 2017, No. 12. - S. 125-139]. In some cases, in order to reduce additional costs, the integrity of the composite section of a bent-closed profile is quite achievable due to the use of similar contact zones with friction without perforating its wall.

Расчет оптимальной компоновки прототипа, коим является двутавровый гнутозамкнутый профиль с параллельными гранями полок и перфорированной стенкой, выполнен с учетом ограничений размеров по высоте вырезов в перфорированной стенке [Стальные здания в Европе. Многоэтажные стальные здания. Часть 2. Основные проектные решения / Ассоциация стального строительства. - М.: Аксиом Графике Юнион, 2017. - С. 56, рис. 5.7]:The calculation of the optimal layout of the prototype, which is an I-beam bent-closed profile with parallel flange edges and a perforated wall, is made taking into account the size restrictions on the height of the cutouts in the perforated wall [Steel buildings in Europe. Multi-storey steel buildings. Part 2. Basic design solutions / Steel Construction Association. - M .: Axiom Graphics Union, 2017 .-- P. 56, fig. 5.7]:

для прямоугольных отверстийfor rectangular holes

h≤0,7V;h≤0.7V;

для круглых отверстийfor round holes

h≤0,8V,h≤0.8V,

где h - высота вырезов; V - высота профиля.where h is the height of the cutouts; V - profile height.

Подобные ограничения для двутаврового гнутозамкнутого профиля с отгибами и выкружками полок заключаются в особенностях его конструктивно-компоновочного решения и определяются размерами плоских участков стенки между выкружами полок.Similar restrictions for an I-beam bent-closed profile with bends and fillets of the flanges lie in the features of its design and layout solution and are determined by the dimensions of the flat sections of the wall between the fillets of the flanges.

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

фиг. 1 показан боковой вид двутаврового гнутозамкнутого профиля со сплошной стенкой без вырезов;fig. 1 shows a side view of an I-beam bent-closed profile with a solid wall without cutouts;

фиг. 2 - поперечный разрез двутаврового гнутозамкнутого профиля со сплошной стенкой без вырезов;fig. 2 - cross-section of an I-beam bent-closed profile with a solid wall without cutouts;

фиг. 3 - расчетная схема поперечного сечения нетто двутаврового гнутозамкнутого профиля со сплошной стенкой без вырезов;fig. 3 - design diagram of a net cross-section of an I-beam bent-closed profile with a solid wall without cutouts;

фиг. 4 представлен боковой вид двутаврового гнутозамкнутого профиля с вырезами в перфорированной стенке;fig. 4 shows a side view of an I-beam bent-closed profile with cutouts in the perforated wall;

фиг. 5 - поперечный разрез двутаврового гнутозамкнутого профиля в пределах одного из вырезов его перфорированной стенки;fig. 5 - cross-section of an I-beam bent-closed profile within one of the notches of its perforated wall;

фиг. 6 - расчетная схема поперечного сечения нетто двутаврового гнутозамкнутого профиля в пределах одного из вырезов его перфорированной стенки;fig. 6 - design diagram of a net cross-section of an I-beam bent-closed profile within one of the notches of its perforated wall;

фиг. 7 изображена аксонометрия фрагмента двутаврового гнутозамкнутого профиля со сплошной стенкой без вырезов в разобранном виде;fig. 7 shows an exploded perspective view of a fragment of an I-beam bent-closed profile with a solid wall without cutouts;

фиг. 8 - аксонометрия фрагмента двутаврового гнутозамкнутого профиля с перфорированной стенкой в разобранном виде;fig. 8 is an exploded perspective view of a fragment of an I-beam bent-closed profile with a perforated wall;

фиг. 9 приведены графики изменений основных расчетных параметров двутаврового гнутозамкнутого профиля в зависимости от роста относительной высоты h/V вырезов его перфорированной стенки (h - высота вырезов, V - высота профиля).fig. 9 shows graphs of changes in the main design parameters of an I-beam bent-closed profile depending on the growth of the relative height h / V of the notches of its perforated wall (h is the height of the notches, V is the height of the profile).

Двутавровый гнутозамкнутый профиль с выкружками полок по предлагаемому техническому решению состоит из двух пар листовых заготовок толщиной. Одна пара заготовок 1 имеет швеллерную форму поперечного сечения с ортогональными угловыми закруглениями плоских граней размерами t×0,25U+t×U+t×0,25U, где U - габарит гнутозамкнутого профиля по ширине; V - габарит того же профиля по высоте. Другая пара заготовок 2 имеет С-образную форму поперечного сечения и состоит из вертикальной грани (стенки) размерами t×(V-0,5U) и двух выкружек полок толщиной t и радиусом R=0,25U, где V - габарит того же профиля по высоте. Обе пары заготовок 1 и 2 выполнены по всей длине с зубчатыми продольными кромками, зубцы которых расположены относительно друг друга в шахматном порядке и взаимно загнуты в пазах между собой после замыкания гнутого профиля. Перфорированные парные заготовки 2п дополнительно выполнены с такими же зубчатыми кромками по всему периметру каждого из вырезов. Зубцы этих кромок точно таким же образом расположены относительно друг друга в шахматном порядке и взаимно загнуты в пазах между собой после замыкания гнутого профиля. При этом высота вырезов h перфорированных заготовок 2п лимитирована габаритом hmax их плоских участков, ограниченных по высоте закруглениями внутренних граней, то есть h<hmax=V-2R=V-0,5U.The I-beam bent-closed profile with fillets of shelves according to the proposed technical solution consists of two pairs of sheet blanks with a thickness. One pair of blanks 1 has a channel-shaped cross-section with orthogonal angular curvatures of flat faces with dimensions t × 0.25U + t × U + t × 0.25U, where U is the width of the bent-closed profile; V is the overall height of the same profile. Another pair of blanks 2 has a C-shaped cross-section and consists of a vertical face (wall) with dimensions t × (V-0.5U) and two fillets of shelves with a thickness of t and a radius of R = 0.25U, where V is the size of the same profile in height. Both pairs of blanks 1 and 2 are made along the entire length with serrated longitudinal edges, the teeth of which are staggered relative to each other and are mutually bent in grooves between themselves after closing the bent profile. Perforated paired blanks 2p are additionally made with the same serrated edges along the entire perimeter of each of the cutouts. The teeth of these edges in exactly the same way are staggered relative to each other and are mutually bent in the grooves between each other after the bent profile is closed. In this case, the height of the cutouts h of the perforated blanks 2p is limited by the size h max of their flat sections, limited in height by the rounding of the inner edges, that is, h <h max = V-2R = V-0.5U.

Для количественной оценки ресурсов несущей способности двутаврового гнутозамкнутого профиля с выкружками полок целесообразно рассчитать площадь, а также моменты инерции его сечения Ix и Iy относительно главных центральных осей. Здесь очевидно, что сечение такого профиля можно считать составной фигурой, включающей пару горизонтальных прямоугольников размерами t×U, образующих горизонтальные грани полок, две пары вертикальных прямоугольников размерами t×0,25U, образующих отгибы полок, четыре пары выкружек радиусом R=0,25U, образующих наклонные грани тех же полок, а также одну пару вертикальных прямоугольников размерами t×(V-0,5U) с вырезами размерами t×h или без вырезов (h=0), образующих перфорированную стенку. Расчетные выкладки при этом допустимо выполнять по средней линии тонкостенного сечения без учета угловых закруглений и без учета численных величин, содержащих значения толщины, возведенной во вторую и третью степень (t2, t3) [Марутян А.С. Оптимизация конструкций из трубчатых (гнутосварных) профилей квадратных (прямоугольных) и ромбических сечений. - Строительная механика и расчет сооружений, 2016, №1. - С. 30-38].For a quantitative assessment of the resources of the bearing capacity of an I-beam bent-closed profile with fillets of shelves, it is advisable to calculate the area, as well as the moments of inertia of its section I x and I y relative to the main central axes. Here it is obvious that the cross-section of such a profile can be considered a composite figure, including a pair of horizontal rectangles with dimensions t × U, forming the horizontal edges of the shelves, two pairs of vertical rectangles with dimensions t × 0.25U, forming the folds of the shelves, four pairs of fillets with a radius of R = 0.25U forming inclined edges of the same shelves, as well as one pair of vertical rectangles with dimensions t × (V-0.5U) with or without notches of dimensions t × h (h = 0), forming a perforated wall. In this case, it is permissible to carry out the calculated calculations along the middle line of a thin-walled section without taking into account the angular roundings and without taking into account the numerical values containing the values of the thickness raised to the second and third powers (t 2 , t 3 ) [Marutyan A.S. Optimization of structures made of tubular (bent-welded) profiles of square (rectangular) and rhombic sections. - Structural mechanics and calculation of structures, 2016, No. 1. - S. 30-38].

Принятые расчетно-теоретические предпосылки апробированной методики приближенного расчета применительно к двутавровому гнутозамкнутому профилю с выкружками полок позволяют вывести основные формулы в следующем виде:The accepted theoretical and computational prerequisites for the approved approximate calculation method as applied to an I-beam bent-closed profile with flange fillets make it possible to derive the basic formulas in the following form:

Figure 00000001
Figure 00000001

где n - отношение размеров ширины и высоты профиля, n=V/U.where n is the ratio of the dimensions of the width and height of the profile, n = V / U.

В качестве начала количественной оценки ресурсов несущей способности целесообразно рассмотреть расчетный случай без вырезов в стенке двутаврового профиля (h=0), который имеет практическое значение, когда цельность составного сечения достаточно обеспечена и без перфорирования стенки:As the beginning of a quantitative assessment of the bearing capacity resources, it is advisable to consider the design case without cutouts in the wall of the I-profile (h = 0), which is of practical importance when the integrity of the composite section is sufficiently ensured without perforating the wall:

Figure 00000002
Figure 00000002

где А и t - соответственно площадь сечения исходной заготовки, подлежащей зигзагообразному резу на две пары заготовок, и ее толщина; A=const, t=const.where A and t are, respectively, the cross-sectional area of the original workpiece to be zigzag cut into two pairs of workpieces, and its thickness; A = const, t = const.

Чтобы найти экстремальное значение момента сопротивления Wx его формулу необходимо продифференцировать по переменной n:To find the extreme value of the moment of resistance W x, its formula must be differentiated by the variable n:

Figure 00000003
Figure 00000003

Приравняв к нулю производную (dWx/dn=0), можно получить уравнение четвертой степениEquating to zero the derivative (dW x / dn = 0), we can obtain the equation of the fourth degree

Figure 00000004
Figure 00000004

с корнямиwith roots

Figure 00000005
Figure 00000005

Практическое значение для продолжения выкладок имеет третий корень n=0,1110750=1/9,0029259≈1/9,003, когда двутавровый профиль является балочным элементом с наибольшим по абсолютной величине значением прочностной характеристики поперечного сечения, то есть Wx=Wx,max:The third root n = 0.1110750 = 1 / 9.0029259≈1 / 9.003 is of practical importance for the continuation of the calculations, when the I-profile is a beam element with the largest value of the strength characteristic of the cross-section in absolute value, that is, W x = W x, max :

при h=0for h = 0

Figure 00000006
Figure 00000006

где дальнейшие численные выкладки более наглядны в сравнении с соответствующими расчетными параметрами, принятыми в качестве эталонных (100-процентных) значений.where further numerical calculations are more illustrative in comparison with the corresponding calculated parameters taken as reference (100 percent) values.

Продолжение расчета двутаврового гнутозамкнутого профиля с трубчатыми полками и перфорированной стенкой по сечению с вырезом имеет следующий вид:The continuation of the calculation of the I-beam bent-closed profile with tubular shelves and a perforated wall along the section with a cutout is as follows:

при h=0,1Vat h = 0.1V

Figure 00000007
Figure 00000007

где Ix,0 - осевой момент инерции расчетного сечения нетто профиля без вырезов в стенке (h=0); tw - толщина стенки профиля, tw=2t.where I x, 0 is the axial moment of inertia of the calculated net section of the profile without cutouts in the wall (h = 0); t w - profile wall thickness, t w = 2t.

Как видно, размер высоты вырезов в перфорированной стенке превысил 1/10 часть максимального значения, а основные характеристики расчетного сечения нетто мало изменились. Поэтому для сравнительно небольших вырезов, уменьшающих отходы конструкционного материала, но обеспечивающих цельность составного сечения, достаточно приемлемы расчетные параметры в пределах n=U/V=1/8,9…1/9 при h/V=0…0,1.As you can see, the size of the height of the cutouts in the perforated wall exceeded 1/10 of the maximum value, and the main characteristics of the calculated net section changed little. Therefore, for relatively small cuts that reduce waste of structural material, but ensure the integrity of the composite section, the design parameters are quite acceptable within the range n = U / V = 1 / 8.9 ... 1/9 at h / V = 0 ... 0.1.

Последовательно наращивая размер высоты вырезов перфорированной стенки, его можно приблизить к максимальному значению:By successively increasing the size of the height of the cutouts of the perforated wall, it can be brought closer to the maximum value:

при h=0,8Vat h = 0.8V

Figure 00000008
Figure 00000008

при h=0,9Vat h = 0.9V

Figure 00000009
Figure 00000009

Поскольку размер высоты вырезов в перфорированной стенке превысил максимальное значение, и соответственно их отношение оказалось больше единицы, то на практике это значит, что зона перфорирования охватила всю стенку и частично переместилась в пределы выкружек сопряжений стенки с полками, нарушив тем самым принятую систему компоновки составного сечения двутаврового профиля.Since the size of the height of the cutouts in the perforated wall exceeded the maximum value, and, accordingly, their ratio turned out to be greater than one, in practice this means that the perforation zone covered the entire wall and partially moved into the limits of the fillets of the interfaces between the wall and the shelves, thereby violating the accepted system of arrangement of the composite section I-profile.

Остается методом последовательных приближений уточнить расчетные параметры того сечения, где размер высоты вырезов в перфорированной стенке совпадает с максимальным значением, и соответственно их отношение равно единице:It remains by the method of successive approximations to clarify the calculated parameters of the section where the size of the height of the cutouts in the perforated wall coincides with the maximum value, and, accordingly, their ratio is equal to unity:

при h=0,8703125 Vat h = 0.8703125 V

Figure 00000010
Figure 00000010

Таким образом, полученные результаты расчета составного сечения двутаврового гнутозамкнутого профиля с выкружками полок позволяют заключить, что его прочность на изгиб и перфорирование стенки оптимальны, то есть Wx=Wx,man и h=hmax при h/V=0,8703 и n=U/V=1/3,857. Без перфорирования стенки (h/V=0) прочность профиля на изгиб оптимальна (Wx=Wx,max) при n=U/V=1/9,003.Thus, the obtained results of calculating the composite section of an I-beam bent-closed profile with fillets of flanges allow us to conclude that its bending strength and wall perforation are optimal, that is, W x = W x, man and h = h max at h / V = 0.8703 and n = U / V = 1 / 3.857. Without wall perforation (h / V = 0), the profile bending strength is optimal (W x = W x, max ) at n = U / V = 1 / 9.003.

Из сравнения расчетных параметров предлагаемого (нового) технического решения, коим является двутавровый гнутозамкнутый профиль с выкружками полок, с его прототипом, коим является также двутавровый гнутозамкнутый профиль с перфорированной стенкой, но параллельными гранями полок, очевидна примерная равнозначность характеристик обоих профилей (см. таблицу). По ширине более компактен профиль с отгибами и выкружками полок. Круглые очертания этих полок, а также их плавное сопряжение со стенкой и отгибами обеспечивают уменьшение наклепа металла. Остается добавить, что расчет оптимальной компоновки двутавровых и других гнутозамкнутых профилей, включая С-образных, позволяет повысить их эффективность и расширить область рационального применения за счет унификации листовых заготовок, одинаковых или разных как по размерам толщины, так и по прочностным свойствам конструкционного материла.From a comparison of the design parameters of the proposed (new) technical solution, which is a bent-closed I-profile with flange fillets, with its prototype, which is also an I-bent closed profile with a perforated wall, but with parallel flange edges, the approximate equivalence of the characteristics of both profiles is obvious (see table) ... The profile is more compact in width with folds and fillets of shelves. The round shape of these shelves, as well as their smooth mating with the wall and bends, provide a reduction in metal work hardening. It remains to add that the calculation of the optimal layout of I-beams and other bent-closed profiles, including C-shaped ones, makes it possible to increase their efficiency and expand the area of rational use by unifying sheet blanks that are the same or different both in terms of thickness and strength properties of structural material.

Claims (1)

Двутавровый гнутозамкнутый профиль с выкружками полок, характеризующийся тем, что включает два С-образных в поперечном сечении элемента, каждый из которых состоит из сплошной или перфорированной вертикальной стенки и двух выкружек, а также два элемента, имеющих форму швеллера, стенки которого контактируют со смежными выкружками, а края его полок и края выкружек, выполненные зубчатыми, соединены с геометрическим замыканием, образуя вместе с выкружками верхнюю и нижнюю полки двутаврового профиля, при этом вырезы перфорированных смежных стенок С-образных элементов по всему периметру выполнены с зубчатыми кромками для соединения с геометрическим замыканием, причем радиус выкружек составляет четверть ширины полки профиля, высота вырезов перфорированной стенки равна 0,8703 высоты профиля при отношении ширины профиля к его высоте 1/3,857, а отношение ширины профиля к его высоте при отсутствии перфорации в стенке составляет 1/9,003.I-beam bent-closed profile with fillets of shelves, characterized by the fact that it includes two C-shaped elements in cross-section, each of which consists of a solid or perforated vertical wall and two fillets, as well as two elements in the form of a channel, the walls of which are in contact with adjacent fillets , and the edges of its flanges and the edges of the fillets, made toothed, are connected with a form fit, forming together with the fillets the upper and lower flanges of the I-profile, while the cutouts of the perforated adjacent walls of the C-shaped elements along the entire perimeter are made with jagged edges to connect with the form fit , and the radius of the fillets is a quarter of the width of the profile flange, the height of the cutouts of the perforated wall is 0.8703 of the profile height with the ratio of the width of the profile to its height 1 / 3.857, and the ratio of the width of the profile to its height in the absence of perforation in the wall is 1 / 9.003.
RU2020124044A 2020-07-13 2020-07-13 I-beam closed formed profile with bends and cavettos for shelves RU2755179C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020124044A RU2755179C1 (en) 2020-07-13 2020-07-13 I-beam closed formed profile with bends and cavettos for shelves

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020124044A RU2755179C1 (en) 2020-07-13 2020-07-13 I-beam closed formed profile with bends and cavettos for shelves

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2755179C1 true RU2755179C1 (en) 2021-09-14

Family

ID=77745589

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020124044A RU2755179C1 (en) 2020-07-13 2020-07-13 I-beam closed formed profile with bends and cavettos for shelves

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2755179C1 (en)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1360720A (en) * 1919-12-24 1920-11-30 Brown Edward Eugene Metal construction
RU145363U1 (en) * 2014-03-03 2014-09-20 Общество с ограниченной ответственностью "ПРОМТЕХСЕРВИС+" FLOOR FORMWORK BEAM
RU147433U1 (en) * 2014-04-14 2014-11-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Самарский государственный архитектурно-строительный университет" (СГАСУ) METAL DOUBLE BEAM
RU176505U1 (en) * 2017-08-28 2018-01-22 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский государственный архитектурно-строительный университет" КГАСУ STEEL COMPOUND BEAM
RU2680560C1 (en) * 2018-04-10 2019-02-22 Александр Суренович Марутян H-shaped bent closed profile (options)
RU2686762C1 (en) * 2018-07-23 2019-04-30 Александр Суренович Марутян Double-tee roll-welded profile

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1360720A (en) * 1919-12-24 1920-11-30 Brown Edward Eugene Metal construction
RU145363U1 (en) * 2014-03-03 2014-09-20 Общество с ограниченной ответственностью "ПРОМТЕХСЕРВИС+" FLOOR FORMWORK BEAM
RU147433U1 (en) * 2014-04-14 2014-11-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Самарский государственный архитектурно-строительный университет" (СГАСУ) METAL DOUBLE BEAM
RU176505U1 (en) * 2017-08-28 2018-01-22 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский государственный архитектурно-строительный университет" КГАСУ STEEL COMPOUND BEAM
RU2680560C1 (en) * 2018-04-10 2019-02-22 Александр Суренович Марутян H-shaped bent closed profile (options)
RU2686762C1 (en) * 2018-07-23 2019-04-30 Александр Суренович Марутян Double-tee roll-welded profile

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5527625A (en) Roll formed metal member with reinforcement indentations
RU158885U1 (en) FIVE CORNER PROFILE PIPE
RU2680560C1 (en) H-shaped bent closed profile (options)
CN113137005A (en) Partially-coated honeycomb steel-concrete composite beam and manufacturing method thereof
RU91583U1 (en) VARIABLE CORFORED WALL
RU199895U1 (en) TWO-TURN BENDED LOCKED PROFILE WITH TUBULAR SHELVES AND PERFORATED WALL
RU2641333C1 (en) Curved closed profile
RU2686762C1 (en) Double-tee roll-welded profile
RU2755179C1 (en) I-beam closed formed profile with bends and cavettos for shelves
RU114981U1 (en) FRAME VARIABLE CONSTRUCTION
RU189137U1 (en) DOUBLE-BAND GOFROBAL WITH BELTS FROM COLD-BEAMED PROFILES
RU193994U1 (en) DOUBLE BEAM WITH CORRUGATED WALL AND TUBULAR BELTS
RU2685013C1 (en) Roll-formed channel
RU2715778C1 (en) H-shaped curved closed profile with perforated wall
RU91584U1 (en) METAL BEAM WITH MULTI-CORFORED WALL
Marutyan I-shaped bent closed profiles with tubular shelves and calculation of the optimal layout of their composite sections
RU214485U1 (en) ZETOVY (Z-SHAPED) BENT-CLOSED PROFILE WITH PERFORATED WALL
RU2683839C1 (en) Zee (z-shaped) folded-closed section
RU218153U1 (en) ZETOVY (Z-SHAPED) BENT-CLOSED PROFILE WITH A PERFORATED WALL, BENDS AND FILLINGS OF THE SHELVES
RU197291U1 (en) CHANNEL BENT CLOSED PROFILE WITH PERFORATED WALL
RU2725340C1 (en) C-shaped curved closed profile with perforated wall
RU204843U1 (en) DOUBLE-TEXT BENDED WELDING PROFILE WITH PERFORATED WALL
RU2714033C1 (en) H-shaped folded closed profile with perforated flange
RU219413U1 (en) SEMI-FLAT-OVAL BELT-WELDED PROFILE
RU193985U1 (en) BEARING STRUCTURE WITH RECTANGULAR TUBE GRILLE