RU2771153C1 - Балка композиционной структуры - Google Patents
Балка композиционной структуры Download PDFInfo
- Publication number
- RU2771153C1 RU2771153C1 RU2021131635A RU2021131635A RU2771153C1 RU 2771153 C1 RU2771153 C1 RU 2771153C1 RU 2021131635 A RU2021131635 A RU 2021131635A RU 2021131635 A RU2021131635 A RU 2021131635A RU 2771153 C1 RU2771153 C1 RU 2771153C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- wall
- composite
- planar elements
- composite materials
- composite structure
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E04—BUILDING
- E04C—STRUCTURAL ELEMENTS; BUILDING MATERIALS
- E04C3/00—Structural elongated elements designed for load-supporting
- E04C3/02—Joists; Girders, trusses, or trusslike structures, e.g. prefabricated; Lintels; Transoms; Braces
- E04C3/29—Joists; Girders, trusses, or trusslike structures, e.g. prefabricated; Lintels; Transoms; Braces built-up from parts of different material, i.e. composite structures
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Architecture (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Civil Engineering (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Rod-Shaped Construction Members (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области строительства, а именно к металло-композитным балкам зданий. Технический результат изобретения заключается в повышении эксплуатационной надежности. Балка композиционной структуры содержит сжатый и растянутый пояса, стенку из металлических листов, плоскостные элементы из композитных материалов, установленные с двух сторон стенки и расположенные в ее сжатой зоне. Плоскостные элементы имеют переменные размеры, ограниченные в своих плоскостях поясами балки и изолинией нулевых значений главных сжимающих напряжений в стенке от внешних нагрузок, а в поперечном направлении очертание внешней поверхности каждого плоскостного элемента подобно эпюрам главных сжимающих напряжений в стенке балки композиционной структуры, при этом наибольшая толщина каждого из них не превышает значений , где tст - толщина стенки балки композиционной структуры, Епкэ - модуль деформации плоскостных элементов из композитных материалов, Rпкэ - расчетное сопротивление материала плоскостных элементов из композитных материалов. 7 ил.
Description
Изобретение относится к строительству, а именно к балкам покрытий и перекрытий зданий и сооружений, к пролетным строениям мостов и другим элементам, работающим преимущественно в условиях изгиба.
Известна сталебетонная балка, включающая стальной профиль двутаврового сечения, имеющий анкерные элементы и бетон заполнения, анкерные стержни приварены к стенкам двутавра по огибающей эпюре изгибающего момента, с обеих сторон стенки в два ряда с разным шагом, с уменьшением к опорам (RU 155972, Е04С 3/294, опубл. 27.10.2015, бюл. № 30).
Недостатком такого технического решения является повышенный расход материала балки, так как бетоном заполнено все внутреннее пространство между поясами и стенками балки, в том числе и в зонах их неэффективного взаимодействия.
Известна также бипластмассовая балка, состоящая из верхнего и нижнего поясов, вертикальной волнистой стенки, клеевой композиции и ребер жесткости, поставленных в опорных сечениях и в местах приложения сосредоточенных нагрузок, верхний и нижний пояса выполнены из углепластиковых швеллеров, стенки которых образуют верхнюю и нижнюю грани балки, причем вертикальная волнистая стенка из стеклопластиковых листов продольными гранями примыкает к внутренним горизонтальным поверхностям верхнего и нижнего поясов, а гребнями приклеена к внутренним вертикальным поверхностям верхнего и нижнего поясов, при этом внутреннее пространство швеллеров заполнено клеевой композицией, а ребра жесткости приклеены к вертикальной волнистой стенке и к верхнему и нижнему поясам (RU 2535865, Е04С 3/07, опубл. 20.12.2014, бюл. № 35).
Недостатком такого конструктивного решения является повышенная материалоемкость, обусловленная тем, что стенка выполнена волнистой и ее суммарная длина больше длины пролета, что, как следствие, приводит к дополнительному расходу материала.
Кроме того, внутреннее пространство швеллеров полностью заполнено клеевой композицией, что увеличивает объем неэффективного использования клеевой композиции как по высоте сечения бипластмассовой балки, так и по ее длине пролета и приводит к дополнительному расходу клеевой композиции, что увеличивает материалоемкость бипластмассовой балки в целом.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому изобретению является балка композиционной структуры с гофрированными элементами, содержащая сжатый и растянутый пояса и стенку, причем стенка состоит из металлических листов, перпендикулярных плоскостям поясов и имеющих, по крайней мере, на части длины поперечное к продольной оси балки традиционное или переменное гофрирование, а образованные между металлическими листами полости на участках интенсивных поперечных сил заполнены бетоном, причем гофры на данных участках остаются постоянного по высоте стенки сечения (RU № 2409728, Е04С 3/293, 20.01.2011, бюл. № 2).
Недостатком такого конструктивного решения является повышенная материалоемкость, обусловленная тем, что на части ее длины стенки состоят из двух металлических листов и имеют гофрирование, что приводит к увеличению линейной длины металлических листов стенки, кроме того стенки выполнены двойными что приводит к соответствующему повышению расхода металла на стенки, а, значит и на конструкцию в целом.
Композитный материал, например, бетон, размещен только на части пролета балки, а, следовательно, на участках, где он отсутствует каждый металлический лист стенки балки имеет увеличенную толщину, необходимую для обеспечения его устойчивости в сжатых зонах, что приводит к повышенному расходу металла на стенку, и на конструкцию в целом.
Композитный материал, например бетон, в зонах его размещения по длине балки заполняет полости по всей высоте стенки, в том числе и в ее растянутой части, где отсутствует возможность потери устойчивости металлических листов стенки и есть возможность полного использования прочностных свойств материала стенки, следовательно, эффективность размещения в этих зонах композита приводит к неэффективному его использованию, и, соответственно к повышенному расходу материала на конструкцию в целом.
Композитный материал, например, бетон, в зонах его размещения по длине балки заполняет полости на всю ширину пространства между металлическими листами, а, как известно, эффективность совместной работы поясов, стенки балки с композитным материалом снижается по мере удаления от зон их контакта, что приводит в удаленных от их контакта зонах композитного материала к существенному снижению влияния напряжений в композитном материале на напряженное состояние стенки и поясов балки и, как следствие, к недоиспользованию прочностных свойств композитного материала и его неэффективному применению, что в итоге повышает материалоемкость балки композиционной структуры.
Задача изобретения - снижение материалоемкости балки композиционной структуры за счет формирования более эффективных параметров плоскостных элементов из композитных материалов и повышение эксплуатационной надежности.
Технический результат достигается тем, что балка композиционной структуры, содержащая сжатый и растянутый пояса, стенку из металлических листов, дополнительно содержит плоскостные элементы из композитных материалов, установленные с двух сторон стенки и внутренними поверхностями жестко объединенные с ней, расположенные в ее сжатой зоне и имеют переменные размеры, ограниченные в своих плоскостях поясами балки и изолинией нулевых значений главных сжимающих напряжений в стенке от внешних нагрузок, а в поперечном направлении очертание внешней поверхности каждого плоскостного элемента из композитных материалов подобно эпюрам главных сжимающих напряжений в стенке балки композиционной структуры, при этом наибольшая толщина каждого из них не превышает значений , где tст - толщина стенки балки композиционной структуры, Епкэ - модуль деформации плоскостных элементов из композитных материалов, Rпкэ - расчетное сопротивление материала плоскостных элементов из композитных материалов.
Сущность изобретения поясняется чертежами:
- фиг. 1 - общий вид балки композиционной структуры;
- фиг. 2 - поперечное сечение А-А на фиг. 1;
- фиг. 3 - поперечное сечение Б-Б на фиг. 1;
- фиг. 4 - поперечное сечение В-В на фиг. 1;
- фиг. 5 - поперечное сечение Г-Г на фиг. 1;
- фиг. 6 - поперечное сечение Д-Д на фиг. 1;
- фиг. 7 - аксонометрическое представление плоскостного элемента из композитных материалов.
Балка композиционной структуры 1 (фиг. 1) включает сжатый 2 и растянутый 3 пояса, стенку 4 из металлических листов и плоскостные элементы 5 из композитных материалов, например, стеклопластика, фибробетона, углепластика. Плоскостные элементы 5 из композитных материалов установлены с двух сторон стенки 4 и внутренними поверхностями 6 жестко объединены с ней, например, на клею, на высокопрочных болтах (фрикционное соединение), комбинированно - на болтах, заклепках и клею, при этом плоскостные элементы 5 из композитных материалов расположены в сжатой зоне 7 стенки 4 (фиг. 1-4) и по длине пролета и поперечному сечению стенки 4 имеют переменные размеры (фиг. 5-6), которые ограничены по длине пролета поясами 2 и 3 и изолинией (линией равных величин) нулевых значений главных сжимающих напряжений 8 в стенке 4 от внешних нагрузок (фиг. 1), а очертание внешней поверхности 9 каждого плоскостного элемента 5 из композитных материалов выполнено подобным эпюрам главных сжимающих напряжений в стенке 4 балки композиционной структуры 1 (фиг. 7), при этом наибольшая толщина tmax каждого плоскостного элемента из композитного материала не превышает значений , где tст - толщина стенки балки композиционной структуры, Епкэ - модуль деформации плоскостных элементов из композитных материалов, Rпкэ - расчетное сопротивление плоскостных элементов из композитных материалов.
При действии на балку композиционной структуры 1 внешних нагрузок сжатый пояс 2, растянутый пояс 3, стенка 4 и плоскостные элементы 5 из композитных материалов, жестко объединенные с ней внутренними поверхностями 6, деформируются совместно.
Во вне сжатой зоны 7 в стенке 4 балки действуют растягивающие напряжения, что исключает возможность потери устойчивости и дает возможность обеспечить полное использование ее прочностных свойств. Установка плоскостных элементов 5 только в сжатой зоне 7 стенки 4 позволяет обеспечить ее устойчивость на участке сжатой зоны 7, что приводит к полному использованию прочностных свойств материала стенки 4, возможности назначения минимальной из условия прочности ее толщины и, в итоге, к снижению материалоемкости системы в целом.
Установка плоскостных элементов 5 из композитных материалов в сжатой зоне 7 стенки 4 с переменными размерами, ограниченными по длине пролета поясами 2, 3 и изолинией нулевых значений главных сжимающих напряжений 8 в стенке 4 от внешних нагрузок позволят выполнить усиление стенки 4 только в сжатой зоне 7 (фиг. 1), где не обеспечена ее устойчивость, что приводит к уменьшению размеров плоскостных элементов 5 из композитных материалов, и снижению расхода композитного материала на конструкцию в целом.
Очертание внешней поверхности 9 каждого плоскостного элемента 5 из композитного материала подобное эпюрам главных сжимающих напряжений позволяет эффективно увеличивать толщину плоскостных элементов 5 из композитных материалов в зонах наибольших главных сжимающих напряжений и соответствующих им совместных деформаций стенки 4 и плоскостных элементов 5 из композитных материалов и пропорционально уменьшать их толщину в зонах с минимальными значениями сжимающих напряжений и дает возможность в полной (фиг. 2-4) мере использовать прочностные свойства плоскостных элементов 5 из композитных материалов, что приводит к экономии композитного материала и снижению материалоемкости системы в целом.
При совместной работе материала стенки 4 и материала плоскостных элементов 5 эффективность их взаимодействия при удалении от зоны контакта стенки 4 и внутренних поверхностей 6 плоскостных элементов 5 из композитных материалов уменьшается.
Ограничение их толщины значениями tmax с учетом геометрических и механических параметров как стенки 4 (tст), так и плоскостных элементов 5 из композитных материалов (Епкэ, Rпкэ) позволяет исключить назначение неэффективной толщины слоя композитного материала tmax, и, следовательно, снизить расход композитного материала на балку композиционной структуры с плоскостными элементами из композитного материала в целом.
Как известно, глубина (толщина) зон эффективного взаимодействия, связанных элементов, на которых взаимное влияние главных сжимающих нормальных напряжений является значимым, определяется, например, из: 1. СП 16.13330.2017 Свод правил. Стальные конструкции. Актуализированная редакция СНиП П-23-81*. Дата введения 2017-08-28 п. 8.5.17; 2. Металлические конструкции. Общий курс: Учебник для вузов / Е.И. Беленя, В.А. Балдин, Г.С. Ведеников и др.; под общ. ред. Е.И. Беленя. - 6-е изд., перераб. и доп. - М.: Стройиздат, 1986. - 560 е., ил. с. 168-169, рис. 7.28.
По сравнению с прототипом данное техническое решение обладает пониженной материалоемкостью балки на 10÷15% и повышенной эксплуатационной надежностью до 17%.
Claims (1)
- Балка композиционной структуры, содержащая сжатый и растянутый пояса, стенку из металлических листов, отличающаяся тем, что дополнительно содержит плоскостные элементы из композитных материалов, установленные с двух сторон стенки и внутренними поверхностями жестко объединенные с ней, расположенные в ее сжатой зоне, и имеют переменные размеры, ограниченные в своих плоскостях поясами балки и изолинией нулевых: значений главных сжимающих напряжений в стенке от внешних нагрузок, а в поперечном направлении очертание внешней поверхности каждого плоскостного элемента из композитных материалов подобно эпюрам главных сжимающих напряжений в стенке балки композиционной структуры, при этом наибольшая толщина каждого из них не превышает значений , где tст - толщина стенки балки композиционной структуры, Епкэ - модуль деформации плоскостных элементов из композитных материалов, Rпкэ - расчетное сопротивление материала плоскостных элементов из композитных материалов.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2021131635A RU2771153C1 (ru) | 2021-10-27 | 2021-10-27 | Балка композиционной структуры |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2021131635A RU2771153C1 (ru) | 2021-10-27 | 2021-10-27 | Балка композиционной структуры |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2771153C1 true RU2771153C1 (ru) | 2022-04-27 |
Family
ID=81306447
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2021131635A RU2771153C1 (ru) | 2021-10-27 | 2021-10-27 | Балка композиционной структуры |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2771153C1 (ru) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6460310B1 (en) * | 2000-09-26 | 2002-10-08 | Graftech Inc. | Composite I-beam having improved properties |
US7634891B2 (en) * | 2004-09-09 | 2009-12-22 | Kazak Composites, Inc. | Hybrid beam and stanchion incorporating hybrid beam |
RU2409728C1 (ru) * | 2009-09-10 | 2011-01-20 | Иван Сергеевич Рыбкин | Балка композиционной структуры с гофрированными элементами |
RU2535865C1 (ru) * | 2013-10-09 | 2014-12-20 | Автономная некоммерческая организация научно-технологический парк Оренбургского государственного университета "Технопарк ОГУ" (АНО "Технопарк ОГУ") | Бипластмассовая балка |
-
2021
- 2021-10-27 RU RU2021131635A patent/RU2771153C1/ru active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6460310B1 (en) * | 2000-09-26 | 2002-10-08 | Graftech Inc. | Composite I-beam having improved properties |
US7634891B2 (en) * | 2004-09-09 | 2009-12-22 | Kazak Composites, Inc. | Hybrid beam and stanchion incorporating hybrid beam |
RU2409728C1 (ru) * | 2009-09-10 | 2011-01-20 | Иван Сергеевич Рыбкин | Балка композиционной структуры с гофрированными элементами |
RU2535865C1 (ru) * | 2013-10-09 | 2014-12-20 | Автономная некоммерческая организация научно-технологический парк Оренбургского государственного университета "Технопарк ОГУ" (АНО "Технопарк ОГУ") | Бипластмассовая балка |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP2666924A2 (en) | Truss structure using a material having a pi-shaped cross-section as an upper chord | |
US4615166A (en) | Structural panel | |
CN112982782A (zh) | 一种装配式免拆模钢筋桁架楼承板 | |
CN109610310B (zh) | 适用于悬臂状态的型钢-uhpc组合桥面结构及其施工方法 | |
UA75959C2 (en) | Reinforced-concrete roof-ceiling construction with indirect pre-stressing with flat lower surface, method for pre-stressing of the roof-ceiling construction and method for provision of stability of the roof-ceiling construction | |
CN103255877A (zh) | 装配式预应力蜂窝形加肋腹板钢梁 | |
CN214614896U (zh) | 一种装配式免拆模钢筋桁架楼承板 | |
US1936147A (en) | Floor or roof joist construction | |
GB2300436A (en) | Shear reinforcement for reinforced concrete | |
CA1180530A (en) | Structural panel | |
CN103485479A (zh) | 一种装配式预应力蜂窝形腹板组合梁 | |
KR101329434B1 (ko) | 슬릿형 웨브를 갖는 프리스트레스 합성보 | |
CN111139746A (zh) | 正交异性钢桥面板与超高性能混凝土组合桥及其施工方法 | |
RU2771153C1 (ru) | Балка композиционной структуры | |
US4831800A (en) | Beam with an external reinforcement system | |
RU2409728C1 (ru) | Балка композиционной структуры с гофрированными элементами | |
CN111794423A (zh) | 一种钢-混凝土组合梁结构、建筑物及施工方法 | |
KR101934002B1 (ko) | 압력 저항 방벽 | |
RU82731U1 (ru) | Устройство для усиления железобетонных панелей перекрытия | |
KR101154121B1 (ko) | 강재 조립보 및 그를 이용한 강콘크리트 합성보 | |
CN212956124U (zh) | 一种组合式多跨桥梁板连接结构 | |
US1919405A (en) | Truss | |
RU2122083C1 (ru) | Сталебетонный элемент | |
RU2789683C1 (ru) | Гибридная балка | |
RU2745288C1 (ru) | Балка композиционной структуры |