Тонкостенный профильный элемент

 

Изобретение относится к производству тонкостенных профильных элементов и может быть использовано в строительстве и других областях промышленности. Сущность изобретения заключается в том, что в тонкостенном профильном элементе, имеющем на стенке гофры, включающие прямолинейные и криволинейные участки, как в отдельности, так и переходящие друг в друга, и образующие которых расположены перпендикулярно к продольной оси элемента, момент инерции поперечного сечения гофра относительно его нейтральной оси на единицу длины волны гофра определен из приведенного в формуле выражения. Задаваемые параметры поперечных гофров в соотношении друг с другом, с высотой стенки профильного элемента и прочностными характеристиками материала обеспечат повышенную несущую способность, снизят расход материала профильного элемента при работе его на поперечный изгиб, сдвиг, продольное и поперечное сжатие и их сочетания. 16 ил.

Изобретение относится к производству штучных или погонажных тонкостенных профильных элементов с разнообразной формой поперечного сечения (в том числе составного), изготовляемых из металла, пластмасс, композиционных материалов, и может быть использовано в строительстве для балок, колонн, рам, ферм, облицовок, а также и в других областях промышленности.

Известен профильный элемент, включающий замкнутые гофры, размещаемые несимметрично относительно продольной оси профиля, и два плоских краевых элемента (патент RU 1360851, кл. В 21 D 5/06, опубл. 1987 г.).

Недостатком этого профильного элемента является его невысокая прочность и жесткость при изгибе, продольном и поперечном сжатии и при сдвиге в плоскости стенки.

Известен гнутый швеллерный профильный элемент, выполненный с закругленными участками сопряжений отдельных его частей и содержащий на стенке выпуклый наружу незамкнутый гофр с определенными и взаимосвязанными между собой размерами (патент RU 2049575, кл. В 21 D 5/06, опубл. 1995 г.).

Недостатком этого элемента является низкая прочность вследствие повышенного деформирования поперечного сечения при поперечном сжатии.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является профильный элемент, содержащий на стенке гофры, включающие прямолинейные и криволинейные участки, как в отдельности, так и переходящие друг в друга и образующие которых расположены перпендикулярно к продольной оси элемента (Гнутые профили проката. Справочник /Под. ред. И.С. Тришевского. - М.: Металлургия, 1967, с.127, 132, 289, 292).

Недостатком этого профильного элемента является низкая несущая способность, поэтому он имеет ограниченное применение.

Предлагаемое техническое решение направлено на создание такого тонкостенного профильного элемента, который за счет образования в стенке поперечных гофров с задаваемыми параметрами в соотношении друг с другом, с высотой стенки профильного элемента и прочностными характеристиками материала обеспечит повышенную несущую способность, снизит расход материала профильного элемента при работе его на поперечный изгиб, сдвиг, продольное и поперечное сжатие и их сочетания.

Сущность заявляемого изобретения заключается в том, что тонкостенный профильный элемент, содержащий на стенке гофры, включающие прямолинейные и криволинейные участки, как в отдельности, так и переходящие друг в друга, и образующие которых расположены перпендикулярно к продольной оси элемента, отличается тем, что момент инерции поперечного сечения гофра относительно его нейтральной оси на единицу длины волны гофра определен из выражения где π=3,14; h - расчетная высота стенки профиля, мм; λ - условная гибкость стенки; R - расчетное сопротивление сжатию материала, кгс/мм²; Е - модуль упругости, кгс/мм²; ν - коэффициент.

Изобретение поясняется чертежами, где изображены на фигуре 1-16 тонкостенные элементы, относящиеся к предлагаемому техническому решению: на фиг.1-6 показаны различные типы тонкостенных элементов с гофрами на них стенках; на фиг.7 - вид А тонкостенных элементов, изображенных на фиг.1-5; на фиг. 8 - вид В тонкостенного элемента, изображенного на фиг.6; на фиг.9-13 - поперечные сечения тонкостенных элементов, изображенных на фиг.7 и 8; на фиг.14-16 - узлы тонкостенных элементов, изображенных на фиг.1-5.

При решении поставленной задачи было установлено, что наибольшая несущая способность тонкостенного профильного элемента с поперечным гофрами, включающими прямолинейные и криволинейные участки, как в отдельности, так и переходящие друг в друга, и отвечающая условию зависит от момента инерции I поперечного сечения гофра относительно нейтральной оси, определяемого по выражению

где π=3,14; h - расчетная высота стенки профиля; λ=2,5...3,5 - условная гибкость стенки; R - расчетное сопротивление сжатию материала; Е - модуль упругости; ν - коэффициент, который определяется из соотношений l/h и s³/12I и находится в пределах 0,27...π²; l - длина гофра (по высоте стенки профиля) l≤h; s - толщина стенки профиля (s=0,5...25 мм), и для гофров, состоящих по своим направляющим из прямолинейных (плоских) участков или включающих их, а также состоящих из криволинейных участков или включающих их, при b²/ρ•s≤20 должны соблюдаться условия
R_s≤0,45•ξ;

где ; R_y - расчетное сопротивление изгибу материала; R_s - расчетное сопротивление сдвигу (срезу) материала; b - наибольшая ширина прямолинейного участка гофра или наибольшая длина дуги криволинейного участка гофра одного знака кривизны (b≤l); где ρ - средний радиус кривизны расчетного участка гофра; μ - коэффициент Пуассона материала (μ=0,2...0,4), а для гофров, состоящих по своим направляющим из криволинейных участков или включающих их, при b²/ρ•s>20 должно соблюдаться условие
3,8•Е•(s/b)²•[1+0,80(b/l)²]+0,08•E s/ρ≥R_s.

Пример. Гнутый равнополочный С-образный тонкостенный профильный элемент с расчетной высотой стенки (габаритная высота тонкостенного профильного элемента без учетов радиусов гибки r=4 мм) h=292 мм.

На стенке выполнены давлением трапециевидные поперечные гофры длиной l= 150 мм, с наибольшей шириной прямолинейного участка b=10 мм, высотой h_g=5 мм, длиной волны а=30 мм и толщиной стенки s=2 мм.

Материал - Ст. 235 с расчетным сопротивлением сжатию и изгибу R=R_y=21 кгс/мм², с расчетным сопротивлением сдвигу R_s=13 кгс/мм², модулем упругости Е= 2,1•10⁴ кгс/мм², коэффициентом Пуассона μ=0,3. Момент инерции I поперечного сечения гофра относительно его нейтральной оси на единицу длины волны гофра I=9,51 мм⁴/мм.

Тогда, принимая условную гибкость стенки λ=3, получим

Из соотношений l/h=150/242=0,62 и s³/12I=2³/12•9,51=0,0701 получим (из справочных данных) ν=2,5.

To есть выполняется условие по требуемому значению момента инерции поперечного сечения гофра относительно его нейтральной оси на единицу длины волны гофра.

Для гофров, состоящих по своим направляющим из прямолинейных плоских участков,

0,45ξ = 0,45•9,11•10³ = 4,1•10³>R_s = 13 кгс/мм²;

То есть выполняется условие для гофров, состоящих по своим направляющим из прямолинейных участков.

Таким образом, предложенное изобретение позволяет обеспечить повышенную несущую способность, снизить расход материала профильного элемента.

Формула изобретения

Тонкостенный профильный элемент, содержащий на своей стенке гофры, включающие прямолинейные и криволинейные участки, как в отдельности, так и переходящие друг в друга, и образующие которых расположены перпендикулярно к продольной оси элемента, отличающийся тем, что момент инерции поперечного сечения гофра относительно его нейтральной оси на единицу длины волны гофра определен из выражения

где π= 3,14;
h - расчетная высота профильного элемента, мм;
λ - условная гибкость стенки;
R - расчетное сопротивление сжатию материала, кгс/мм²;
Е - модуль упругости, кгс/мм²;
ν - коэффициент, в пределах 0,27. . . π²

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13, Рисунок 14, Рисунок 15, Рисунок 16