SU1268689A1 - Сварна двутаврова балка - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к области строительства и может быть использовано в качестве несущих конструкций. Целью изобретени   вл етс  снижение металлоемкости и трудоемкости изготовлени . Ребра 3 и 4 жесткости выполнены в виде системы сжатых и раст нутых раскосов, образующих крестообразную решетку. Элементы решетки установлены с взаимным углом наклона 80- 90°. Цлощадь каждых сжатого и раст нутого раскосов составл ет 2 Ар

Description

Изобретение относитс  к строительству и может быть использовано в качестве несущих конструкций перекрытий, ригелей рам, главных балок пролетных строений мостов и других конструкций. Цель изобретени  - снижение металлоемкости и трудоемкости изготовлени . На фиг. 1 изображена сварна  двутаврова  балка, подкрепленна  непересекаюпдимс  набором наклонных ребер, общий вид; на фиг. 2 - фрагмент балки с отверстием; на фиг. 3 - график зависимости суммарной массы и длины ребер жесткости в зависимости от угла их наклона к по сам; на фиг. 4 - график зависимости доли поперечной силы, воспринимаемой наклонными ребрами , от отнощени  площади сечени  пары крестообразно расположенных ребер жесткости к площади сечени  стенки между отверсти ми; на фиг. 5 - эпюры напр жений в наклонных ребрах в зоне иосшречного и чистого изгибов балки; на фиг. 6 - эпюры нормальных напр жений по высоте тавра в плоскости углов отверсти  дл  балки с неподкрепл.енной стенкой и дл  балки со стенкой, подкрепленной наклонными ребрами жесткости; на фиг. 7 - эпюры нормальных бх и касательных fx,y напр жений по кромкам отверсти  и но длине перемычки между отверсти ми дл  случаев неподкрепленной стенки и подкрепленной предлагаемым способом. Сварна  двутаврова  балка включает верхний 1 и нижний 2 по са и подкрепленную системой ребер 3 и 4 жесткости стенку 5, выполненную с имеющими верхний и нижний горизонтальные участки многоугольными отверсти ми 6. Стенка 5 балки получена из исходного листа путем его зигзагообразной разрезки с последуюнлей раздвижкой и сваркой по выступам обеих половин с заданным коэффициентом роспуска, равным отношению полученной высот1л стенки к ширине исходного листа. Возможен вариант предварительной сварки по сов 1 и 2 с исходным листом в качестве стенки и последующей зигзагообразной разрезки ее, раздвижки частей балки и сварки их по выступам стенки по аналогии со сквозной развитой но высоте балкой, полученной из исходного прокатного двутавра. Сквозна  с отверсти ми стенка 5 сварной балки с гибкостью пор дка .Я 150- 250 подкреплена с обеих сторон ребрами 3 и 4 жесткости с минимальным взаимным углом наклона Р 80-90° и под углом Л 40-45° к плоскости по сов. Ребра жесткости , расположенные с обеих сторон стенки , образуют крестообразную решетку в виде системы непересекающихс  сжатых и раст нутых раскосов и прикреплены торцами непосредственно или через вставку (не показана ) к по сам 1 и 2 вблизи вертикальных осей симметрии (у -YI) отверстий 6 ( фиг. 2). При этом наклонные ребра 3 и 4 жесткости пересекают горизонтальную ось симметрии (х, - Xi) отверстий посредине длины перемычек стенки между ними и расположены на минимальном рассто нии от углов отверстий, равном С (3-6), где & - толщина участка стенки вблизи рассматриваемого угла отверсти . Суммарна  площадь сечени  нары ребер 3 и 4 жесткости, образующих  чейку крестообразной решетки в виде непересекающихс  сжатого и раст нутого раскосов, составл ет 2Ар (0,1 - 0,3) ACT, где АСТ Ьст площадь стенки балки между отверсти ми , а hc,T - высота стенки. Высота тавра, образованного частью стенки между горизонтальными участками отверстий 6 и соответствующим по сом 1 или 2, составл ет Ьт (- у) hoTB, где hoTB - высота отверсти , равна  рассто нию между горизонтальными егч) участками. Угол нш ;лона ребер к по сам, равный сС 40-41э°,  вл етс  оптимальным в отно1пении металлоемкости ребер и погонажа щвов креплени  их к стенке (фиг. 3). Здесь G и Омакс - массы ребер жесткости соответственно нри углах 50° и оС 50°, Z1 и 2:1макй - длины швов креплени  ребер жесткости к стенке соответственно при углах 35°sioC 50° и оС 50°. При этом определ ющим параметром  вл етс  масса ребер. Минимальное рассто ние между ребрами жесткости и ближайшим к ним углом отверсти  (фиг. 2), регламентируемое величиной С (3-Q}5, определ етс  из услови  минимизации вли ни  сварочных напр жений, вследствие термического вли ни  швов креплени  ребер, на интенсивность напр жений в углах отверстий. С уммарна  площадь сечени  пары ребер жесткости 3 и 4, образующих единичную  чейку крестообразной решетки в виде непересекаюшихс  сжатого и раст нутого раскосов,  вл етс  оптимальной в диапазоне 2Ар (0,1-0,3) А„ (фиг. 4). В этом случае дол  поперечной силы Q, воспринимаемой наклонными ребрами жесткости, составл ет QP (0,5-0,8)Q. Остальна  часть поперечной силы QtT Q-Qp (0,2-0,5)Q воспринимаетс  стенкой сквозной балки. Такое распределение поперечной силы между наклонными ребрами и стенкой  вл етс  оптимальным в отношении рационального нагружени  ребер 3 и 4 жесткости и сн ти  избыточных нормальных и касательных напр жений в сквозной стенке от вторичного изгиба, т.е. от вли ни  поперечной силы. Дополнительным условием обеспечени  подобного рационального распределени  нормальных и касательных напр жений в сквозной стенке балки  вл етс  соотношение между высотой hjтавра, образованного частью стенки между 1оризонтальными участками отверстий и соответствующим по сом.

и высотой отверсти  Но,, а именно: hj. ( g)hoi6. Данное соотношение отвечает рациональному коэффициенту роспуска (развити  высоты сквозной балки по отношению к исходной), равному Кр 1,45-1,6.

Характерной особенностью предлагаемой балки с крестообразной решеткой ребер жесткости  вл етс  работа конструкции как балки-фермы с выраженным плоским напр женным состо нием стенки балки и возникновением значительных усилий в наклонных ребрах жесткости, работающих как решетка фермы. Распределение напр жений по длине наклонных ребер, как раскосов фермы, в зоне чистого и поперечного изгиба представлено на фиг. 5, откуда следует, что напр жени  по длине наклонных ребер неравномерны с увеличением их величины вблизи верхних и нижних углов отверстий. Кроме того, в зоне чистого изгиба напр жени  по длине наклонных ребер мен ют знак на противоположный с уменьшением абсолютной величины напр жений по сравнению с ребрами в зоне поперечного изгиба в 8-12 раз.

Подкрепление предлагаемым образом стенки сквозных балок обеспечивает существенное (на 12-20%) уменьшение вертикальных прогибов, что полностью компенсирует добавочную величину прогиба от поперечной силы. Подкрепление стенки сквозной балки непересекающимс  набором наклонных ребер в виде крестообразной решетки приводит к суплественному ( в 2-4 раза) уменьшению пиков нормальных напр жений бх в углах отверстий,  вл ющихс  резкими концентраторами напр жений (фиг. 6), обеспечивает существенное снижение уровн  касательных напр жений у в плоскости перемычки стенки между отверсти ми 6 (фиг. 7 справа), а также приводит к резкому уменьшению нормальных бх. и касательных 2лу напр жений по кромкам отверстий (фиг. 7 слева).

Последнее исключает возможность возникновени  значительных напр жений сжати  (раст жени ) по наклонным кромкам отверстий, а следовательно, исключаетс  потер  устойчивости плоской формы сквозной стенки, в то врем  как в неподкрепленных крестообразно стенках в известных сквозных балках винтообразна  форма потери устойчивости стенки инициируетс  с сжатых кромок отверстий по аналогии работы их с работой сжатых раскосов. На фиг. 6 и 7 эпюры напр жений 7 и 8 построены соответственно дл  сквозной балки с неподкрепленной стенкой и дл  сквозной балки, подкрепленной непересекаюшимс  набором ребер 3 и 4 жесткости в виде крестообразной решетки. Графики и эпюры распределени  напр жений в стенке и наклонных ребрах сквозной балки (фиг. 3-7) получены с использованием метода конечных элементов. Рациональна  высота сварных балок со сквозной гибкой стенкой, подкрепленной непересекающимс  набором наклонных ребер в виде крестообразной решетки, составл ет преимущественно 2,0-4,0 м. В качестве ребер жесткости в весьма высоких балках могут быть использованы гнутые или гор чекатаные профили.

Применение предлагаемой конструк0 ции позволит распространить преимущества сквозных балок, получаемых из исходных прокатных двутавров, на сварные балки с гибкой сквозной стенкой с соответствующим снижением их металлоемкости как по сравнению со сплощностенчатыми сварными

5 балками, подкрепленными вертикальными и горизонтальными ребрами жесткости, так и по сравнению с известными сварными сквозными балками с подкреплением стенок в виде обечаек, укрепленных по кон0 туру отверстий, или с полткреплением вертикальными ребрами жесткости. По сравнению с указанными сварными сквозными балками обеспечиваетс , кроме того, снижение трудоемкости изготовлени .

Использование предлагаемой сварной

5 балки со сквозной стенкой весьма рационально в конструкци х, подверженных воздействию перемещающейс  по верхнему их по су переменной нагрузки, например, в мостах и тому подобных сооружени х,

0 вследствие рассе ни  локально приложенной нагрузки на всю высоту сквозной стенки балки через наклонные ребра и разгрузки тем самым участков стенки вблизи нагруженного по са. Явл  сь бимоментными св з ми , крестообразна  решетка ребер увеличивает , кроме того, крутильную жесткость балкл в 3-6 раз.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Сварна  двутаврова  балка, имеюща 

   0 стенку с многоугольными отверсти ми, обрамленными ребрами жесткости, отличающа с  тем, что, с целью снижени  металлоемкости и трудоемкости изготовлени , ребра жесткости выполнены в виде системы сжа5 тых и раст нутых раскосов, образующих крестообразную решетку с взаимным углом наклона элементов рещетки 80-90° и размещением узлов пересечени  раскосов на продольной оси балки, причем сжатые раскосы расположены по одну сторону стенки,

   0 а раст нутые - по другую и прикреплены торцами к по сам, при этом су.ммарна  площадь каждой пары сжатого и раст нутого раскосов, образующих  чейки крестообразной рещетки,составл ет 2Ар (0,1-0,3)Аст

   5 где ACT - площадь стенки балки между отверсти ми , а высота сечени  балки над отверстием равна 1, 6- 1,8 высоты отверсти .

   f J

   (Puz.5 Зона nonepet ffzo A. фиг. 5 Фиг. Зона i ucmoeo t/((