Сварная двутавровая балка

 

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано в качестве несущих конструкций. Целью изобретения является снижение металлоемкости и трудоемкости изготовления. Ребра 3 и 4 жесткости выполнены в виде системы сжатых и растянутых раскосов, образующих крестообразную решетку. Элементы решетки установлены с взаимным углом наклона 80- 90°. Цлощадь каждых сжатого и растянутого раскосов составляет 2 Ар

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (50 4 Е 04 С 3 08

И.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЪСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3917419/29-33 (22) 27.06.85 (46) 07.11.86. Бюл. № 41 (71) Центральный ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский и проектный институт строительных металлоконструкций им. Н. П. Мельникова «ЦНИИпроектстальконструкция». (72) В. С. Данков, В. Н. Ворожбянов и В. Е. Сухарев (53) 624.014.25 (088.8) (56) Брудка Я. и др. Легкие стальные конструкции. М.: Стройиздат, 1974, с. 322 †3.

Патент Великобритании № 936834, кл. 83 (2) А, 1963.

„„SU„„1268689 А1 (54) СВАРНАЯ ДВУТАВРОВАЯ БАЛКА (57) Изобретение относится к области строительства и может быть использовано в качестве несущих конструкций. Целью изобретения является снижение металлоемкости и трудоемкости изготовления. Ребра 3 и 4 жесткости выполнены в виде системы сжатых и растянутых раскосов, образующих крестообразную решетку. Элементы решетки установлены с взаимным углом наклона 80—

90 . Площадь каждых сжатого и растянутого раскосов составляет 2 Ap = (0,1 — 0,3) Аст, где А „— площадь стенки 5 между многоугольными отверстиями 6. Высота сечения балки над отверстием равна 1/6 — 1/8 высоты отверстия 6. 7 ил.

1268689

Изобретение относится к строительству и может быть использовано в качестве несущих конструкций перекрытий, рнгелей рам, главных балок пролетных строений мостов и других конструкций. 5

Цель изобретения -- снижение металлоемкости и трудоемкости изготовления.

На фиг. 1 изображена сварная двутавровая балка, подкрепленная непересекающимся 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 поясам; на фиг. 4 -- график зависимости доли поперечной силы, воспринимаемой наклонными реб- 15 рами, от отношения площади сечения пары крестообразно расположенных ребер жесткости к площади сечения стенки между отверстиями; на фиг. 5 — эпюры напряжений в наклонных ребрах в зоне поперечного и чистого изгибов балки; на фиг. 6 — эпюры нормальных напряжений по высоте тавра в плоскости углов отверстия для балки с неподкрепленной стенкой и для балки со стенкой, подкрепленной наклонными ребрами жесткости; на фиг. 7 — эпюры нормаль- 25 ных б, и касательных Рх,т напряжений по кромкам отверстия и по длине перемычки между отверстиями для случаев неподкрепленной стенки и подкрепленной предлагаемым способом.

Сварная двутавровая балка включает верхний 1 и нижний 2 пояса и подкрепленную системой ребер 3 и 4 жесткости стенку 5, выполненную с имеющими верхний и нижний горизонтальные участки многоугольными отверстиями 6. Стенка 5 балки получена из исходного листа путем его зигзагообразной разрезки с последующей раздвижкой и сваркой по выступам обеих половин с заданным коэффициентом роспуска„равным отношению полученной высоты стенки к ширине исходного листа. Возможен вариант 4О предварительной сварки поясов 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.

Сквозная с отверстиями стенка 5 сварной балки с гибкостью порядка 3 = 150—

250 подкреплена с обеих сторон ребрами 3 и 4 жесткости с минимальным взаимным 50 углом наклона Р = 80 — 90 и под углом

А = 40 — 45 к плоскости поясов. Ребра жесткости, расположенные с обеих сторон стенки, образуют крестообразную решетку в виде системы непересекающихся сжатых и растянутых раскосов и прикреплены торцами непосредственно или через вставку (не показана) к поясам 1 и 2 вблизи вертикальных осей симметрии (у, — у,) отверстий 6 (фиг. 2). При этом наклонные ребра 3 и 4 жесткости пересекают горизонтальную ось симметрии (х — — х,) отверстий посредине длины перемычек стенки между ними и расположены на минимальном расстоянии от углов отверстий, разном С = (3 — 6) b, где à — толщина участка стенки вблизи рассматриваемого угла отверстия.

Суммарная площадь сечения пары ребер

3 и 4 жесткости, образующих ячейку крестообразной решетки в виде непересекающихся сжатого и растянутого раскосов, составляет 2А,== (0,1 - 0,3) А„, где А„=

=- h„6 — площадь стенки балки между отверстиями, à h„T — высота стенки. Высота тавра, образованного частью стенки между горизонтальными участками отверстий 6 и соответствуюгцим поясом 1 H;IH 2, составляет

) Т = (— 6 — - ) hpÒ ° I ËÐ ) Π — BbICOT2 OT1. верстия, равная расстоянию между горизонтальными его участками.

Угол и клона ребер к поясам, равный

« - = 40 — 45, является оптимальным в отношении металлоемкости ребер и погонажа швов крепления их к стенке (фиг. 3). Здесь

ZG и (змакс — - массы ребер жесткости соответственно при углах 35 (сг. 50 и сК. =

= 50,:Е! и . Е1,.„-- длины швов крепления ребер жесткости к стенке соответственно при углах 35 а «-а-50 и К = 50 . При этом определяюгцим параметром является масса ребер. Минимальное расстояние между ребрами жесткости и ближайшим к ннм углом отверстия (фиг. 2), регламентируемое величиной С вЂ” — (3 — 6)1, определяется из условия минимизации влияния сварочных напряжений, вследствие термического влияния швов крепления ребер, на интенсивность напряжений в углах отверстий.

Суммарная площадь сечения пары ребер жесткости 3 и 4, образующих единичную ячейку крестообразной решетки в виде непересекающихся сжатого и растянутого раскосов, является оптимальной в диапазоне

2Ар = (0,1 — 0,3) А„(фиг. 4) . В этом случае доля поперечной силы Q, воспринимаемой наклонными ребрами жесткости, составляет (,)р = (0,5 — 0,8) Q. Остальная часть поперечной силы Q Q--Qq = = (0,2 — 0,5) Q воспринимается стенкой сквозной балки.

Такое распределение поперечной силы между наклонными ребрами и стенкой является оптимальным в отношении рационального нагружения ребер 3 и 4 жесткости и снятия избыточных нормальных и касательных напряжений в сквознсй стенке от вторичного изгиба, т.е. от влияния поперечной силы.

Дополнительным условием обеспечения подобного рационального распределения нормальных и касательных напряжений в сквозной стенке балки является соотношение между высотой hT тавра, образованного частью стенки между горизонтальными участками отверстий и соответствующим поясом, 1268689

Формула изобретения и высотой отверстия h., а именно: h ——

1 1

= (— — — — ) hoza. Данное соотношение отвечает рациональному коэффициенту роспуска (развития высоты сквозной балки по отношению к исходной), равному Кр =

= 1,45 — 1,6.

Характерной особенностью предлагаемой балки с крестообразной решеткой ребер жесткости является работа конструкции как балки-фермы с выраженным плоским напряженным состоянием стенки балки и возникновением значительных усилий в наклонных ребрах жесткости, работающих как решетка фермы. Распределение напряжений по длине наклонных ребер, как раскосов фермы, в зоне чистого и поперечного изгиба представлено на фиг. 5, откуда следует, что напряжения по длине наклонных ребер неравномерны с увеличением их величины вблизи верхних и нижних углов отверстий. Кроме того, в зоне чистого изгиба напряжения по длине наклонных ребер меняют знак на противоположный с уменьшением абсолютной величины напряжений по сравнению с ребрами в зоне поперечного изгиба в 8 — 12 раз.

Подкрепление предлагаемым образом стенки сквозных балок обеспечивает существенное (на 12 — 20 /p) уменьшение вертикальных прогибов, что полностью компенсирует добавочную величину прогиба от поперечной силы. Подкрепление стенки сквозной балки непересекающимся набором наклонных ребер в виде крестообразной решетки приводит к существенному (в 2 — 4 раза) уменьшению пиков нормальных напряжений б» в углах отверстий, являющихся резкими концентраторами напряжений (фиг. 6), обеспечивает существенное снижение уровня касательных напряжений L>z в плоскости перемычки стенки между отверстиями 6 (фиг. 7 справа), а также приводит к резкому уменьшению нормальных б и касательных 2ху напряжений по кромкам отверстий (фиг. 7 слева).

Последнее исключает возможность возникновения значительных напряжений сжатия (растяжения) по наклонным кромкам отверстий, а следовательно, исключается потеря устойчивости плоской формы сквозной стенки, в то время как в неподкрепленных крестообразно стенках в известных сквозных балках винтообразная форма потери устойчивости стенки инициируется с сжатых кромок отверстий по аналогии работы их с работой сжатых раскосов. На фиг. 6 и 7 эпюры напряжений 7 и 8 построены соответственно для сквозной балки с неподкрепленной стенкой и для сквозной балки, подкрепленной непересекающимся набором ребер 3 и 4 жесткости в виде крестообразной решетки. Графики и эпюры распределения напряжений в стенке и наклонных ребрах сквозной балки (фиг. 3 — 7) по5

55 лучены с использованием метода конечных элементов. Рациональная высота сварных балок со сквозной гибкой стенкой, подкрепленной непересекающимся набором наклонных ребер в виде крестообразной решетки, составляет преимущественно 2,0 — 4,0 м. В качестве ребер жесткости в весьма высоких балках могут быть использованы гнутые или горячекатаные профили.

Применение предлагаемой конструкции 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 сплошностенчатыми сварными балками, подкрепленными вертикальными и горизонтальными ребрами жесткости, так и по сравнению с известными сварными сквозными балками с подкреплением стенок в виде обечаек, укрепленных по контуру отверстий, или с подкреплением вертикальными ребрами жесткости. По сравнению с указанными сварными сквозными балками обеспечивается, кроме того, снижение трудоемкости изготовления.

Использование предлагаемой сварной балки со сквозной стенкой весьма рационально в конструкциях, подверженных воздействию перемещающейся по верхнему их поясу переменной нагрузки, например, в мостах и тому подобных сооружениях, вследствие рассеяния локально приложенной нагрузки на всю высоту сквозной стенки балки через наклонные ребра и разгрузки тем самым участков стенки вблизи нагруженного пояса. Являясь бимоментными связями, крестообразная решетка ребер увеличивает, кроме того, крутильную жесткость балки в 3 — 6 раз.

Сварная двутавровая балка, имеющая стенку с многоугольными отверстиями, обрамленными ребрами жесткости, отличаюи аяся тем, что, с целью снижения металлоемкости и трудоемкости изготовления, ребра жесткости выполнены в виде системы сжатых и растянутых раскосов, образующих крестообразную решетку с взаимным углом наклона элементов решетки 80 — 90 и размещением узлов пересечения раскосов на продольной оси балки, причем сжатые раскосы расположены по одну сторону стенки, а растянутые — по другую и прикреплены торцами к поясам, при этом суммарная площадь каждой пары сжатого и растянутого раскосов, образующих ячейки крестообразной решетки, составляет 2А = (0,1 — 0,3) А где Аст — площадь стенки балки между отверстиями, а высота сечения балки над отверстием равна 1, 6 — 1,8 высоты отверстия.

1268689

Риг, 2

09 ав

ОВ

0,6

2Ар

05 Аст

ФО ФУ 50

Pun.5

01 02 Риг. Ф

3 аи люгер с згu Ar

1268689 фиг. 6 фиг. 7

Редактор И. Шулла

Заказ 6003/29

Составитель И. Ермолова

Техред И. Верес Корректор E. Рошко

Тираж 718 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, )К вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4