Стыковое соединение трубчатого стержня с листовой полосой

 

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано в строительных металлоконструкциях при соединении трубчатых стержней с другими элементами через листовые фасонки. Цель изобретения - снижение металлоемкости соединения. Соединение объединяет трубчатый стержень 1 и листовую полосу 3, расположенную соосно с трубчатым стержнем. Листовая полоса 3 прикреплена к стержню через установленную между ними оболочку-вставку 4. На торце стержня закреплена листовая диафрагма 2. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А1

„„SU, » 1476086 (51)4 E 04 В 1/58

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4246814/29-33 (22) 19.05.87 (46) 30.04.89. Бюл. 9 16 (71) Государственный проектный и научно-исследовательский институт

"Укрниипроектстальконструкция" (72) В.И. Антоненко и А.И. Марченко (53) 69.057.4(088.8) (56) Новиков В.И., Ковтуненко B.A.

Выбор толщины торцового листа элементов решетки в трубчатых узлах с фасонками. 1986. (Информ. письмо/

АН УССР, Ин-т электросварки им. Е.О. Патона; Р 48 (547)). (54) СТЫКОВОЕ СОЕДИНЕНИЕ ТРУБЧАТОГО

СТЕРИ1Я С ЛИСТОВОЙ ПОЛОСОЙ (57) Изобретение относится к строительству и может быть использовано в строительных металлоконструкциях при соединении трубчатых стержней с другими элементами через листовые фасонки. Цель изобретения — снижение металлоемкости соединения. Соединение обьединяет трубчатый стержень 1 и листовую полосу 3, расположенную соосно с трубчатым стержнем. Листовая полоса 3 прикреплена к стержню через установленную между ними оболочку-вставку 4. На торце стержня закреплена листовая диафрагма 2. 4 ил.

1l}!6086

Х = + (1 -P)R cos<;

Y = (! — p) R siIIo(+ /Do(/%;

Z = PH; — 7i/u o(с 7(/2;

Оа 1, в

R(5 cos А(А иА(Я (cos Ч А,1 siIIV б((А,(Ч = arccos

А, Ар, cos О(. + р D/«! f, /

А = (I — ()) RS sins . сов о . + ((1- P) Rnonde+ (1Э(1) (Dn 1)Г R sins(1, ) — отношение расстояниямежду концом образующей, лежащим на торцовом профиле трубчатого стержня, и текущей точкой поверхности с координатами Х, Y, Z, лежащей на этой образуюцей, к длине образующей; радиус срединной поверхности трубчатого стержня; — ширина торцового сечеНИЯ ЛИСТОВОЙ ПОЛОСЫ расстояние между торцовыми сечениями трубчатого стержня и листовой

D полосы

Изобретение относится к строительству и может быть использовано Б строительных металлоконструкциях при соединении трубчатых стержней с листовыми полосами, в том числе при соединении трубчатых стерж11ей с друг11ми элементами через листовые фасон

Iia фиг. I изображено предлагаемое стыковое соедипе, разрез; на фиг. 2 — схеА1а построепия соединительного элемента; на ф11г. 3 — схема распределения усилий в соединитель- 15 ном элементе; на фиг. 4 — схема дефор11ирован11я в соеди11ительном элементе.

Соединение содержит расположенные соосно трубчатый стерже)1ь 1 с пр11- 2О крепленной Б его торце J!!!còoâoé диа— фрагмой 2, листовую полосу 3, установленную между ними оболочку-вставку 4 и соединяющие их сварные швы 5.

Толщина диафрагмы 2 соизмерима с тол- 25 щиной стенки трубчатого стержня и принимается из условий достаточности его жесткости для предотвращения деформирования. торца трубчатого стерж— ня и обеспечения качественньх свар- 30

1 ных швов.

Один торец оболочки-вставки 4 имеет форму кольца, размеры которого соответствуют сечению трубчатого стержня 1, à другой т орец — фоР у 35

А, =. ((I — ()s) Rс в(11 M +((I — ()) R

Ав=. 1R csâсо. s (ео(д — R sins() где Х,Y,Z — декартовые координаты точек поверхности с центром координат, находящимся I) центре тор 45 цового сечения трубчато. го стержня, с осью Z, направленной вдоль центральной оси трубчатого стержня В стОРОну листО О

Вой ПОЛОСЫ, И С ОСЬЮ

Y. лежащей в срединной плОскОсти листовой пОлОсы1 — угол между осью Х и раи ро Б ед е1111Ы 1 и з центра координат в конец образующей, лежац1ей на торцовом профиле трубчатоro стержня; прямоугольника, в сечении соответствующего форме листовой полосы 3. Поверхность оболочки-вставки образована дв1иением прямолинейной образующей, у которой один конец перемещается вдоль торца трубчатого стержня

1 со скоростью, пропорциональной длине его периметра, а другой конец— вдоль торца листовой полосы 3 со скоростью, пропорциональной удвоенной его длине, проходя его дважды, сначала в одном направлении, а потом в другом. При этом форма поверхности оболочки-вставки 4 описывается формулами:! а толщина стенки оболочки-вставки переменная и определяется по формулам:

1476086

t(с(, P ) — толщина стеш;ц оболочки-нстлвки н точке, спределяемой плрлметрлмц э 1 1

5 толщина стенки трубчатого стержня; угол между осью Z и образующей; минимальный из углов 1 10 по абсолютной величине; расчетное предельное напряжение растяжения материала оболочкивставки; 15 расчетное предельное напряжение материала трубчато го стержня; коэффициент продольного изгиба трубчатого стерж- 20 ня, регламентцруюший величину снижения расчетного напряжения в трубчатом стержне. вставка 4 может быть 25 йян— б—

Оболочкапредставлена как система прямых соединительных стержней 6, связывающих торцы трубчатого стержня и листовой полосы (фиг. 2). При неограниченном увеличении количества стержней 6 эта 30 система строится так, что через нее обеспечивается равномерная передача усилий между соединяемыми трубчатым стержнем и листовой полосой. Для этого сечение профиля листовой полосы 3 разбивается на п равных участков (на фиг. 2 11 = 8), из концов которых выходят 2п соединительных прямых стержней, оканчивающихся на торцовом профиле трубчатого стержня на 40 одинаковом расстоянии друг от друга.

На фиг. 3 показана схема усилий, связанных с произвольным т.-м соединительным стержнем АВ. Е этому стержню примыкает 1/2 часть сечения трубча- 45 того стержня ГТ = 2 lt Г.g, и на этот стержень в направлении вдоль оси Z действует сила Т; = Т/2 п (Т вЂ” суммарная продольная сила в трубчатом стержне).

При этом в стержне АВ возникает сила Р„ = Т,/cos Ч ;, где 4; — угол между АВ и осью трубчатого стержня, а реакция в плоскости XY/P. = Т tgg воспринимается торцовым фланцем.

При допущении, что соединительный стержень остается при деформировании прямым, а также при допущении абсолютной жесткости торцового фланца в своей плоскости схема деформцронлцця имеет вцд, поклзлнный нл фцг, 4; стержень растягивается цл нелцчцну

dL, перемешенцем точки В н положение

)1, л затем после поворота нл угол

1 ( дЦ н положение В нл нертиклльнои

1 и лцнцц ВВ . Из силовой схемы, псказлнной нл фцг. 3, следует, что

EF cos 9 EF где Š— модуль упругос тц;

Г; — плошлдь сечения i-rv стержня ) а из схемы пеформцровлния, показанной на фцг. 4, следует, что \1., связана с величиной D!,, цз«ененця расстояния П между тсрцлмц трубчатого стержня ц листовой полосы зависимостью

hL, = dH, . со& Ч" ; (4) Условие равенства всех d ll; дает

HTj 1

F 1

Ehh cos Ч;

Величина Н определяется цз условия минимального рл сходл мл те риала 11 =

E cos< V (6) rpe 0 — расчетное предельное напряжение растяжения пз териала оболочки-вставки.

Подстановка (6) и (5), с учетом выражения Т; через Т, а также учет того, что Г-,р =- K@T/О-,, длет

2 (zan Ртр cos Ч, д

Дн 2 и cosэ Р;

Переменную толщину оболочки выбирают такой, чтобы стержни, вырезаемые из оболочки нормальными сечениями, проходящими через соседние образующие, имели постоянные по всей длине площади поперечных сечений, определяемые формулой (7). Формулировка этого требования с помощью соотношений дифференциальной геометрии дает в результате формулу (2).

Соединительная оболочка-вставка, 1 I построение которой описано вьппе, может быть изготовлена, например, спо-. собом литья. При этом поверхность

1- 17(>1)86 формы для литья может быть проконтролирована, например, нятяжегп1еkk нитей на контуры круга и прямой линии (фиг . 2), я не реме н1111 я толщина может быть вычис.;ела с некоторым шагом па— ряметров Ж 11 P по формулам (2).

Соедине11ие трубчатого стержня, фланца, обог1очкll — вставки, листовой полосы в цельный узел может быть произведено сваркой (фиг. 1) .

РЯ Н11ОНа Л1>НО Ст1> КOIICt P l; т11В11Ой формы со ед1п1е1п1я з як <гючя ется в том, что функш1ю обеспечепия недеформируемости торца трубчатого стержня в его продольном 1гапрявлении выпогьняет сое— дгп1ительняя обо:1очка-вставка. Р резучь Tà те отиада ет необходимость иc пользования фг1а нц<ч бог11>111 >11 т0 Jl!Ilkf FIF>I что в прототипе обуслов le11о необходимостью обеспс 1ен11>1 11е ге<1Горм11руемости фланца от его поперечного изгиба, вызываемого действием продольных сил 13 торцовом сечении трубчатого стержня. Это позволяет существенно снизить метяллоемкость равнопрочного соединения трубчатого стержня с листовой полосой. Так, для трубчатого стержня с радиусом R, равным 118 мм, с толщиной стенки 8 мм, стыкующегося с листовой полосой шириной D = 2 R применение предлагаемого соединения при его размере H = 4 R позволяет по срав11ению с прототипом снизить вес соединения примерно в 4 раза.

Предлягае»ое стыковое соединение может использоваться 11е только в качестве равнопрочного соединения, но и в узлах соеди1 ений, не требующих рявнопрочности, 1кяпример при величине коэффициента продольного изгиба трубча то ro стержня Е, меньше единицы в случае неполной нягружен1 ости сечения трубчатого стержня.

Б таких узлах соединений толщина оболочки-вставки определяется с использованием в формулах (2) коэффициента продольного изгиба.

Ф о р M у л а и з о б р е т е и и я

Стыковое соединение трубчатого стержня с листовой полосой, расположенных со о сно, включа юще е соединительнь<й элемент, размещенный между ними, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью снижения металлоемхости, на торце трубчатого стержня закреплена листовая диафрагма, толщина котоХ = + (1 -Р) R созг(;

20 (1 — p ) R s in 9 + 1."1 Р Ы г lr; рн; Ti

I<

2 где Х,Y Z

30 декартовые координаты точек поверхности с центром координат, находящимся в центре торцового сечения трубчатого стержня, с осью Z направленной вдоль центральной оси трубчатого стержня в сторону листовой полосы, и с осью Y лежащей в срединной плоскости листовой по35 лосы; угол между осью Х и радиусом, проведенным из центра координат в конец образующей, лежащей на торцовом профиле трубчатого стержня; отношение расстояния между концом образующей, лежащем на торцовом профиле трубчатого стержня, и текущей точкой поверхности с координатами Х, Y, Z, лежащей на этой образующей, к длине образующей; радиус срединной поверхности трубчатого стержня;

55

polI соизмер11мя с толщиной стенки трубия тогo стержня, а соединительный элемент выполнен в биде оболочкивставки, поверхность которой образована иря loJIIIFIel!ной образующей Itpu перемещении одного ее конца вдоль торца трубчатого стержня со скоростью, пропорциональной длине его

10 периметра, при одновременном перемещении другого ко1п1а вдопь торца листовой полосы сначала в одном направлении, а потом в противоположном со скоростью, пропорциональной

15 удвоенной его длине, причем координатыы поверхности оболочки определяются по формулам:

1476086

D ширина торцового сече- того стержня и листовой ния листовой полосы; полосы расстояние между торцо- а толщина оболочки-вставки - пере"

1 выми сечениями трубча- 5 менная и определяется по формулам: лсин сяях, 7Б я т (2) А)() = (1 -P) R я1пМ cos У + (1- ) R сояМ + fbD/ll)fDoC/ л -R singj, Фие. 2

А )(«д

arccos

А А 1)

А„(= ((I — )I ) R я(пя(я ((I — ))) R соя ь я)\П!71 j

A р = (К соя ()(+ (D()(/7i— - R sin õ ) + H I где t (5, P ) — толщина стенки оболочки-вставки в точке, 2р определяемой параметрами М, ;

8 — толщина стенки трубчатого стержня; угол между осью Z 25 и образующей; нин — минимальный из углов

Ч по абсолютной величине; расчетное предельное напряжение растяжения мате риала оболочк ивставки; расчетное предельное напряжение материала трубчатого стержня; коэффициент продольно-. го изгиба трубчатого стержня, регламенти.рующий величину снижения расчет- ного напряжения в трубчатом стержне.

)476086

Составитель Е. Плещева

Техред Ц.Дидик Корректор Л. Пилипенко

P еда кто р А. Лежнина

Заказ 2135/30 Тираж 645 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101