Сборно-разборная балка м.е.докторова

 

Изобретение относится к строительным конструкциям , а более конкретно к металлическим балкам , применяемым в качестве изгибаемых элементов зданий и сооружения преимущественно работающих на эксцентрично прикладываемые к ним нагрузки В сборно-разборной балке с полыми полками и двойной стенкой из двух одинаковых гнутых профилей стенка гнутого профиля выполняется изогнутой вблизи центра тяжести сечения балки и содержит участок, примыкающий в установочном положении к стенке противоположного гнутого профиля, при этом по крайней мере один из сопряженных с полкой участков стенки гнутого профиля расположен под углом а к опорной плоскости полки, который определяется приведенной в описании формуле 3 зпф-лы, 5 ил

(19) RU (11) (51) 5 Е04С3 04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К ПАТЕНТУ

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам

1 (21) 5033988/33 (22) 25.03.92 (46) 15.12.93 Бюл. Мд 45-46

P6) Докторов Марк Ефимович (54) СБОРНО-РАЗБОРНАЯ БАЛКА M.E.ÄÎKTOPOBA (57) Изобретение относится к строительным конструкциям, а более конкретно к металлическим балкам, применяемым в качестве изгибаемых элементов зданий и сооружений, преимущественно работающих на эксцентрично прикладываемые к ним нагрузки. В сборно-разборной балке с полыми полками и двойной стенкой из двух одинаковых гнутых профилей стенка гнутого профиля выполняется изогнутой вблизи центра тяжести сечения балки и содержит участок примыкающий в установочном положении к стенке противоположного гнутого профиля, при этом по крайней мере один из сопряженных с полкой участков стенки гнутого профиля расположен под углом а к опорной плоскости полки, который определяется приведенной в описании формуле. 3 з.п.ф-лы, 5 ил.

2004735

Изобретение относится к строительным конструкциям, а более конкретно к металлическим балкам, применяемым в качестве изгибаемых элементов зданий и сооружений, преимущественно работающих на эксцентрично прикладываемые к ним нагрузки.

Такие балки имеют стенку и полые полки. Наличие развитых полок обьясняется тем, что при изгибе металл балки наиболее эффективно используется при максимальном удалении от нейтральной оси.

Широкое распространение получили металлические сварные балки, выполненные из листовой заготовки. Однако из-за ограниченных размеров по.ширине заготовки и ограниченных возможностей технологического оборудования такие балки изготавливают сравнительно мелких сечений (толщиной до 3 — 4 мм с шириной палки до i00...150 мм). Существенным недостатком таких балок является недостаточная их несущая способность и особенно при эксцентричных нагоузках в плоскости, перпендикулярной плоскости стенки балки.

Для устранения этих недостатков разработаны составленные из отдельных гнуть,х профилей балки с развитыми полками и

- полыми стенками, однако их существенным недостаткам является значительная трудоемкость изготовления из-за необходимости в наборе нескольких различных профилей и применении балок преимущественно для симметрично прикладываемых к ним нагрузкам.

Известна двутавровая "àëêà с попыми палками, образованная из одной листовой заготовки, включающая стенку и палки коробчатого сечения с верхней гаризантальнсй частью, причем каждая палка в месте примыкания к стенке имеет атгиб L виде ребра или полузамкнутого прафлля, жестка прикрепленного к стенке и соедлненного с

UGH pQvi горизонтальной IBcTvl палки.

Недостаткам известной двутавровой балки является ограниченная несущая способность из-за недостаточной жесткости

„ енкл балки, затруднения в выполнении заданной ширины палых полок на применяемом для изготовления балок высокопроизводительном. профилегибачнам оборудовании из-за ограничений высоты формовки профиля в балках, а также ограничений габаритов балки из-за недостаточной ширины поставляемых заготовок. В связи с этим область применения таких балок ограничена сравнлтельно.небольшими нагрузками, в том числе действу":ощими в плоскости, перпендикулярной плоскости стенки балки, Известна двухстеночная двутавравая балка, состоящая из поясов и стенок, у которой стенки жестко скреплены между собой посредством соединительных элементов, выполненных в виде вкладышей со стяжными болтами. Эта балка позволяет снизить металлоемкость за счет повышения устойчивости при увеличении ее высоты, Однако такая балка громоздка, трудоемка в изготовлении из-за применения заготовительных операций: вырезки заготовок для полок и .

"0 стенок и последующей их варки, недостаточно экономична из-за отсутствия ребер жесткости или отгибов при сравнительно широких полках. Изготовление таких балок затруднено также из-за низкой производи15 тельности оборудования. применяемого для сборки и сварки балок. В связи с этим производство и применение двухстеночных двутавровых балок нв получило широкого распространения.

20 Известна двутавровая балка с полыми полками, составленная из гнутых профилей замкнутой формы, саедйненных между собой замковыми элементами.

Двутавровая балка известной конструкции образована парными протяженными элементами открытых гнутых профилей и охваты ваемыми замкнутыми . профилями, соединенными между собой посредством пружинных защелок, выполненных на кон 0 цах элементов гнутых профилей, при этом пространство между стенкой и поясами заполнено легким бетоном, а гнутые профили и замкнутые профили в местах их контакта лмеют выступы и пазы.

05 Недостатком такой балки является необходимость в большем чем оцин количестве неодинаковых профилей (по крайней мерв в двух — охватываемом и охватывающем), для производства которых применяют различное оборудование, технологию изготовления и инструмент. Кроме того, операции сборки и заполнения пространства между стенкой и поясами сложны и трудоемки в реализацли. Следует отметить, что известная балка недостаточно эффективна при работе на эксцентричные нагрузки из-за возникающего крутящего мбмента сил, Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому изобретению является сборно-разборная двутавравая балка с полыми полками и двойной стенкой, выполненная из двух гнутых профилей со смещенной в сторону полок стенкой, соединенных между собой полками при помощи замковых элементов, при этом замковый элемент выполнен в виде отгиба на одном из концов полок каждого профиля и гофры, размещенной на внутрен2004735

10 ней грани противоположной полки профиля, причем отгиб одного профиля выполнен с Вазможностью фиксации ва Впадинах гофр другага профиля. Предусмотрено также, что соприкасающиеся между собой горизонтальные части полки и стенки профилей могут быть выполнены с дополнительными замковыми элементами в виде выступов на одном из профилей и ответных им впадин на другом профиле, а расстояние между впадинами горизонтальных частей полок профиля равны расстоянию между впадинами основного замкового элемента.

Недостатком известной сборно-разборной двутавровой балки с полыми полками и двойной стенкой является то, что балка недостаточно эффективна работает на эксцентрично прикладываемую к полке нагрузку вследствие возникающего крутящего момента сил относительно центра тяжести сечения балки.

Общим для пратотлпа и заявляемой сборно-разборной балки с полыми полками и двойной стенкой из двух одинаковых гнутых профилей является та, чта ка>кдая из них содер>кит два одинаковых гнутых профиля, включающего сгенку и сопря>кенные с ней полки, соединенные между собой замковыми элементами, выполненными в виде атгиба полки на одном гнутом профиле,. входящего BO впадину на палке пративапало>кного гнутого профиля.

Целью изобретения является повышение несущей спосабнасги балки при работе на эксцентрично прикладываемую нагрузку, Поставленная цель достигается тем, что стенка гнутого профиля в балке выполнена изогнутой вблизи центра тяжести сечения балки и содерм<ит участок, примыкающил B . установочном пало>кении l< стенке пративополажнага гнутого прафигя, гри этом па крайней мере один из сапря>кенных с палкой участков стенки гнутого профиля расположен пад углам а к опорной плоскости полки, определяемыв| па формуле а = 90 — arctg — —, (1)

2е

"ст где а — угол наклона участка стенки профиля относительна опорной плоскости полки балки;

hcT — расстояние гле>кду полками профие — эксцентрис .лтет приложения нагрузки.

При этом B отдельных случаях, преимущественна для балок са срагнительно широкой стенкой, предусмотрена возможность

55 выполнения изогнутого вблизи центра тяжести балки участка стенки гнутого профиля, 8 месте его flpNMblKBHMR к противоположному гнутому профилю, знакопеременной кривизны, содержащего по крайней мере один опорный элемент, взаимодействующий в установочном положении с опорным элементом противоположного гнутого профиля.

Предусмотрена также выполнение балки из гнутых профилей, содержащих имеющую отгиб полку с примыканием к стенке изгибом, а также выполнение балки с полками, расположенными по разные стороны ат ее стенки.

Сборно-разборная балка с полыми полками и двойной стенкой выполняется из двух сдинакавых гнутых профилей, у которых стенка вблизи центра тяжести сечения балки выполнена изогнутой и содержит участок, примыкающий в установочном положении к стенке противоположного гнутого профиля, при этом па крайней мере один из сопряженных с палкой участков стенки гнутого графиля распалом<ен под углом а к апаанай плоскости полки, определяемым по формуле (1).

Изготовление балки из двух одинаковых гнутых прафилел, у которых стенка вблизи центра тяжести балки выпагплена лзагнутой и садер><ит участок, примыкаюшлй вустановачном пала>кении к стенке противопалажнага профиля, позволяет составить балку из унифицированных высокаэканомичных, изготавливаемых 13 рулонной паласовой заготовки на высокопроизводительных профилегибачных станах гнутых профилей проката. При этом стенки профилей образуют в балке сдвоенную стенку, сопряженную в двух местах с каждой палкой и взаимодействующими между собой в установочном положении пад нагрузкой на участке вблизи центра тяжести балки.

Изгиб стенки гнутых профилей, при котором по кра".íåé мере один из сопряженных с полкой участков стенки профиля расположен падуглам а к опоркой плоскости галки, определяемым па формуле (1), пазьаляет сместить центр тям<ести сечения балки на линию действия эксцентрично прикладываемай к палке нагрузки и тем самым устранить скру ива ащий балку момент сил.

При этом именно угол а наклона участков стенки профиля к опорной плоскости полки, установленный по формуле (1), определяет форму ба lKv и условие, при котором момент сил будет равным нулю. Вследствие уменьшения возникающего при работе балки момента с«; ее несущая способность возрастает, чта позволяет снизить ее метал2004735

20

30

5S лоем кость и расширить область использования. Следует отметить. что второй сопряженный с полкой балки участок стенки профиля может быть расположен как перпендикулярно полке, так и под углом к ней.

Наличие н стенке профиля вблизи центра тяжести балки участка, примыкающего в установочном положении к стенке противоположного профиля позволяет обраэовыЬать практически лежащие в одной йлоскости стенки балки из подогнутых друг относительно друга участков стенок разных профилей и обеспечивать совмещение найравления линий действия прикладываемых к полкам балки усилий с упомянутыми йлоскостями стенок балки и тем самым предупреждать поперечный изгиб и потерю устойчивости стенок балки, составленных из отдельных участков стенок профилей, что позволяет повысить несущую способность балки, снизить ее металлоемкость и расширить область ее использования.

С целью повышения несущей способности, преимущественно тонкостенных балок с относительно широкими стенками (Ьст/5 > 10,. где her u S — ширина стенки профиля и ее толщина соответственно), изо. гнутый вблизи центра тяжести балки участок стенки профиля, в месте его примыкания к противоположному профилю, выполняется знакопеременной кривизны и содержит по крайней мере один опорный элемент, взаимодействующий в установочном положении с опорным элементом противоположного профиля.

Выполнение изогнутого участка стенки вблизи центра тяжести балки знакопеременной кривизны по крайней мер", с одним опорным элементом позволяет составить балку из двух одинаковых гнутых профилей с взаимосвязанными между собой стенками различных профилей, При этом обеспечивается эффективная передача усилий от одной полки на другую посредством взаимосвязанных между собой стенок различных гнутых профилей с участками знакопеременной кривизны, имеющих опорные элементы.

Упомянутая взаимосвязь в балке стенок гнутых профилей повышает их местную устойчивость и несущую способность балки в целом, а передача усилий в балке посредст-. вом стенки между полками благодаря наличию опорного элемента происходит вдоль линий их действия, находящихся в плоскости стенки, что и предопределяет передачу нрикладываемых к балке нагрузок без возникновения скручивающего момента сил.

Для предупреждения поперечного прогиба полки балки в месте приложения нагрузки и повышения ее несущей способности, содержащая отгиб полка гнутого профиля выполнена с примыканием к стенке изгибом, При этом обеспечивается эффективная передача усилий от полки к стенке профиля вдоль линии действия усилий.

В ряде случаев при эксцентричном приложении к балке нагрузок полки в балке выполняются по разные стороны от ее стенки. Тогда становится возможным уменьшить металлоемкость балки и направить линию действия прикладываемых сил вблизи или через центр тяжести сечения балки.

По имеющимся данным в известных решениях отсутствуют признаки, сходные с признаками, которые отличают от прототипа заявляемое техническое решение, что hoзволяет. сделать вывод о его соответствии критерию "изобретательский уровень".

Проведенный анализ заявляемой сборно-разборной балки с полыми полками и двойной стенкой иэ двух одинаковых гнутых профилей свидетельствует, что положительный эффект при реализации изобретения, заключающийся в повышении несущей способности балки, снижении ее металлоемкости, обеспечивается изгибом стенок гнутых профилей вблизи центра тяжести балки и выполнением при этом иэ каждых двух участков cTGHoK двух гнутых профилей, примыкающих в установочном положении друг к другу составной плоской стенки балки, способной. передавать прикладываемые к полкам усилия вдоль линии их действия, лежащей в плоскости упомянутой стенки балки.

На фиг. 1 показана схема поперечного сечения заявляемой сборно-разборной балки; на фиг. 2 — схема поперечного сечения балки с расположенным под прямым углом к полкам профиля участком стенки; на фиг.

3 — схема поперечного сечения балки, содержащей в месте примыкания стенок на каждом из профилей участок знакопеременной кривизны с опорным элементом; на фиг.

4 — схема поперечного сечения балки из гнутых профилей, содержащих полку с отгибом, выполненную с примыканием к стенке; на фиг, 5 — схема поперечного сечения заявляемой балки, у которой полки расположены по разные стороны от ее стенки, Заявляемая сборно-разборная балка с полыми полками и двойной стенкой состоит иэ двух одинаковых гнутых профилей I и 2 (фиг. 1). Каждый упомянутый гнутый профиль содержит стенку 3 и сопряженные с ней полки 4 и 5, соединенные между собой замковыми элементами, выполненными в виде отгиба 6 полки на одном гнутом профиле, 2004735

10 входящего во впадину 7 на полке противополох<ного гнутого профиля, Для повышения несу I;åÀ способности балки при работе на эксцентрично прикладываемую нагрузку P стенка гнутого профиля в балке выполняется изогнутой вблизи центра С тяжести 8 сечения балки и содержит участок 9, примыкающий в установочном поло>кении к стенке противоположного гнутого профиля. При этом участок 10, один из двух сопряженных с полкой участков стенки гнутого профиля расположен под углом а к опорным плоскостям 11 и 12 полки балки и определяется по формуле (1), а второй участок 13 стенки может быть расположен под другим углом, в том числе и прямым, в зависимости от направления действия дополнительно прикладываемых к балке сил —. Л Р. Тогда для прямого угла угол р= 0 (фиг. 2).

Искривление стенок спаренных в балку гнутых профилей вблизи центра тяжести балки с примыканием в установочном положении стенок упомянугых профилей друг к другу позволяет повысить несущую способность балки и снизить ее металлоемкость за счет передачи усилий Р и Л P в балке вдоль линий их действия и расположении упомянутых линий в плоскостях стенок балки, без скручивающего момента сил. Вследствие взаимосвязи в местах примыкания стенок, входящих в балку гнутых профилей, стало возможным повысить местную устойчивость стенок балки и обеспечить их взаимосвязь при работе под нагрузкой и как результат — расширить область использования балки, увеличить несущую способность балки при сних<ении металлоемкости.

В отдельных случаях, преимущественно для балок со сравнительно широкой стенкой, изогнутый участок стенки гнутого профиля вблизи центра С тяжести сечения балки в месте его примыкания к противоположному гнутому профилю выполняют знакопеременной ",pëãèç! Iû фиг, 3) с опорным элементом 14,. взаимодействующим в установочном положении с опорным элементом

15 противополох<ного гнутого профиля, Гаков выполнение стенки профилей с опорным элементом на изогнутом участке обеспечивает надежное взаимодействие и совместную работу стенок в балке под нагрузкой, повышает MBGTHó!<> устойчивость стенок балки и, как результат, расширяет технические возможности балки, При необходимости количество опорных элементов на изогнутом участке может быть принято и большим, чем единица, Для предупреждения поперечного прогиба

10 опорных плоскостей полки балки в месте приложения нагрузки и повышения несущей способности, на полке гнутого профиля (фиг. 4), содер>кащей отгиб 6, выполняется изгиб 17 и обеспечивается его примыкание

16 к стенке 13. Это позволяет эффективно передавать усилия от полки к стенке профиля вдоль линии действия усилий.

В ряде случаев с целью уменьшения металлоемкости балки и габаритов ее полок балка выполняется зетовой формы с размещением ее полок по разные стороны от ее стенки (фиг. 5).

Во время сборки балки два одинаковых

15 гнутых профиля 1 и 2 располагают повернутыми на угол 180 друг относительно друга.

При этом стенка 3 каждого профиля устанавливается таким образом, что сопряженные с

HBIQ полки 4 и 5 с замковыми элементами в

20 виде отгиба 6 и впадины 7 соединяются соответственно с ответными им элементами на полках гротивопОло>кного профиля.

Участки 9 стен.:<и каждого профиля входят в контакт и пр:, нагружении балки взаимодей25 ствуют ме:кду собой вблизи центра тяжести8 сечения балки, передавая нагрузки.

Следует отметить, что участок 10 стенки выполн".åòñë под углом а к опорным плоскостя.:. 11 и 12 балки и при воздействии на

30 балку "- cqeнтричной нагрузки ьоспринимает и передает ее в своей плоскости. У асток

13 выполнен под другим углом к полкам и воспринил;ает преимущественно нагрузки, действующие на балку в направлении ли35 ний, ле>кащих в плоскости этого участка, При этом каждый из участков l0 и 13 способствует взаимного повышению местной устойчивости стенок профилей и балки, а

- также восприятию. взаил1одействию и пере40 распределени о нагрузок между стенками балки и тем са sa!I«повышени.о несущей способности бзлки зэ счет совместной работы.

Для надежного взаимодействия и совместной работы стенок балки на стенках

45 гнутых профилей вблизи цен.ра тя:кести балки еыполня>отса опсрные элементы 14 и

15, которые при нагружении балки обеспе,vIBBIoT эффективную передачу нагрузок ме>кду участками стенок.

50 Выполнение гнутых профилей с примыканием 16 полки к стенке с помо цью изгиба

17 полки об спечивает эффективную передачу нагрузок от полки к стенке и аффективную работу балки в целом, 55 Согл GHQ расчетов и конструкторских проработок заявляемое изобретение в сравнении с прототипом позaon>iåò повысить эффе <тивность liGI к!х сборно-разборных строительны>: кснстр>к ий 33 счет изготовления и пр. .гонения в них сбоЬно-разбор2004735 а = 90-arctg—

2е

1 1

35 ных балок с полыми полками и двойной стенkpA из двух одинаковых гнутых профилей заявляемойй конструкции, хорошо работающих на внецентренное сжатие и кручение.

Использование заявляемой балки обеспечивает снижение металлоемкости конструкций на 10...20 . Заявляемая сборно-разборная балка представляет значительный ийтерес для народного хозяйства, так

Формула изобретения

1

1. Сборно-разборная. балка, включаЮщая два одинаковых профиля с бтгибами по концам, имеющими ответные друг другу выступы и впадины, взаимодействующие при соединении профилей с образованием балки с двойной стенкой и полыми полками, отличающаяся тем, что стенка гнутого профиля в балке выполнена изогнутой в зоне центра тяжести сечения балки и содержит участок, примыкающий в установочном положении к стенке противоположного гнутого профиля, при этом по крайней мере один из сопряженных с полкой участков стенки гнутого профиля расположен к опорной плоскости полки под.углом как позволит организовать промышленное производство легких строительных конструкций для складских помещений. Заявляемое изобретение не оказывает отрица5 тельного влияния на состояние окружающей среды. (56) Авторское свидетельство СССР

N 947346, кл. Е 04 С 3/06, 1982, 10 где Ь т - расстояние между полками профиля; е - эксцентриситет приложения нагрузки.

2. Балка по п.1, отличающаяся тем, что изогнутый в зоне центра тяжести балки участок стенки гнутого профиля в месте

2р его примыкания к противоположному гнутому профилю выполнен энакопеременной кривизны и содержит по крайней мерв один опорный элемент, взаимодействующий в установочном положении с опорным

25 элементом противоположного гнутого профиля, 3. Балка по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что содержащая отгиб полка гнутого профиля выполнена с примыкающим к стенке изгибом.

4. Балка по пп,1 и 2, отличающаяся тем, что полки расположены в балке по разные стороны от ее стенки.

2004735

2004735

2004735

Подписное

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 101

Составитель M.Äoêòoðoa

Редактор В.Трубченко Техред М.Моргентал

Заказ 338 7 Тираж

НПО "Поиск" Роспатента

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

Корректор Л.Ливринц