Способ изготовления перфорированной балки

Авторы патента:

Мосесов Марат Давидович (RU)

Катин Леонид Владимирович (RU)

E04C3/08 - с решетчатыми стенками, например составленными из стержней (E04C 3/10,E04C 3/11 имеют преимущество)

Владельцы патента RU 2567799:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Самарский государственный архитектурно-строительный университет" (СГАСУ) (RU)

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано при изготовлении длинномерных конструкций, в частности перфорированной балки. Технический результат - повышение надежности и долговечности перфорированной балки за счет снижения концентрации напряжений в ее стенке. Изготовление перфорированной балки осуществляют путем резки вдоль оси стенки прокатного двутаврового профиля с определенной линией резки для каждой половины балки и сварки выступающих частей половин, с получением в стенке отверстий в виде эллипса. Линии резки задают с возможностью получения в стенке, после сварки, эллиптических отверстий с разным углом наклона главной оси эллипса к оси балки. Возможно получение в стенке центрального эллиптического отверстия, главной осью расположенного перпендикулярно продольной оси балки, а остальные - под углом 45 градусов симметрично относительно центра балки. Возможно также получение в стенке эллиптических отверстий, имеющих угол наклона, плавно меняющийся от 90 градусов в центре балки до 45 градусов в опорных участках симметрично относительно центра балки. 2 з.п. ф-лы, 9 ил., 1 табл.

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано для перекрытия больших пролетов.

Известны конструкции балок с шестигранной перфорацией стенки, полученные путем резки стенки прокатного двутавра по зигзагообразной ломаной линии с регулярным шагом и сварки обоих половин в совмещенных между собой выступах стенки (патент RU 16176 МПК Е04С 3/08, 3/10, опубликовано 10.12.2000; патент RU 2154717 МПК Е04С 3/08, опубликовано 20.08.2000; СНиП II-2-81 Стальные конструкции, Балки с перфорированной стенкой, стр. 54). При этом увеличивается высота балки, перераспределяется материал сечения, увеличивается относительная площадь поясов. Недостатком такого решения является сложное напряженно-деформированное состояние вследствие концентрации напряжений в углах отверстий ближе к поясам.

Известен также способ, (патент ЕР 0324206 А1 МПК Е04С 3/08, автор Walker, Peter Allan. UK Patent Application GB 2492176 А), в котором перфорированные балки изготавливают путем разрезки вдоль стенки прокатной балки и сварки полученных половинок. Первый непрерывный разрез выполняют вдоль стенки балки, второй разрез также вдоль стенки балки, но по пути, отличающемуся от пути первого разреза. Разрезы очерчивают прямолинейные участки, лежащие на противоположных сторонах от центральной линии стенки, и криволинейные участки, соединяющие ближайшие концы смежных прямолинейных участков. Центры всех прямолинейных участков равномерно распределены по длине балки на заданное расстояние. Криволинейные участки могут быть в форме полукруга или полуэллипса. Разрезанные половинки балки разделяют и затем приваривают друг к другу в областях, образованных сопоставлением прямолинейных участков из двух половин. Могут быть изготовлены перфорированные балки с криволинейными отверстиями, круглыми, эллиптическими.

Этот способ принят в качестве прототипа как наиболее близкий по сущности.

Недостатком этого решения является сложное напряженно-деформированное состояние стенки с отверстиями в форме круга и эллипса (с вертикальной и горизонтальной главной осью), выражающееся в повышенной концентрации напряжений в стенке на границах отверстий, что может привести к текучести материала или преждевременному разрушению балки.

Технический результат - повышение надежности и долговечности строительных конструкций за счет снижения концентрации напряжений в стенке перфорированных балок.

Технический результат достигается тем, что в известном способе изготовления перфорированной балки путем резки вдоль оси стенки прокатного двутаврового профиля с определенной линией резки для каждой половины балки и сварки выступающих частей половин с получением в стенке отверстий в виде эллипса, особенностью является то, что при резке стенки прокатного двутаврового профиля линии резки задают с возможностью получения в стенке, после сварки, эллиптических отверстий с разным углом наклона главной оси эллипса к оси балки. Например, с возможностью получения в стенке, после сварки, центрального эллиптического отверстия, главной осью расположенного перпендикулярно продольной оси балки, а остальные - под углом 45 градусов симметрично относительно центра балки. Либо с возможностью получения в стенке, после сварки, эллиптических отверстий, имеющих угол наклона, плавно меняющийся от 90 градусов в центре балки до 45 градусов в опорных участках симметрично относительно центра балки. При этом снижаются концентрации напряжений, что и приводит к повышению эксплуатационной надежности и долговечности строительной конструкции.

Предлагаемое техническое решение поясняется чертежами. На фиг. 1 показана стенка балки с эллиптической перфорацией с наклоном главных осей эллиптических отверстий под углом 45 градусов к оси стенки, причем главная ось отверстия, расположенного в середине длины балки, ориентируется вертикально. Здесь а - верхняя часть стенки балки, б - нижняя часть стенки балки, в - эллиптическое отверстие, г - участок сварки.

На фиг. 2 показаны линии разрезов прокатного двутаврового профиля, необходимые для изготовления перфорированной балки, где а - верхняя часть стенки балки, б - нижняя часть стенки балки.

На фиг. 3 показана балка с эллиптической перфорацией с переменным наклоном главных осей эллиптических отверстий к оси стенки, где а - верхняя часть стенки балки, б - нижняя часть стенки балки, в - эллиптическое отверстие, г - участок сварки. Наклон отверстий изменяется от 45 градусов близ опоры балки с постепенным увеличением его до 90 градусов в середине балки.

На фиг. 4 показана схема разреза прокатного двутаврового профиля, позволяющая получить отверстия с переменным наклоном главных осей к продольной оси балки, где а - верхняя часть стенки балки, б - нижняя часть стенки балки.

Были рассмотрены напряженно-деформированное состояние стенки перфорированной балки с различной формой перфорации стенки (в виде круга и эллипса) и различным расположением их главной оси.

Подробный анализ напряженно-деформированного состояния стенки перфорированной балки в ПК «Лира 9.6» показывает уменьшение величины и концентрации напряжений при применении отверстий перфорации в форме эллипсов с наклоном их главной оси. На фиг. 5-9 показаны изополя напряжений σ_x в стенке балки двутаврового сечения (синим цветом обозначено сжатие, коричневым - растяжение). Интенсивность цвета соответствует величине напряжения. Цифрами указаны точки, в которых определены напряжения. Величины напряжений в этих точках приведены в таблице 1.

Таблица 1
Значения нормальных напряжений σ_х в точках стенки в балках с рассматриваемой перфорацией
Номер точки	Изополя нормальных напряжений σ_х, МПа
Фиг. 5	Фиг. 6	Фиг. 7	Фиг. 8	Фиг. 9
1	1,430	1,900	1,180	1,590	1,460
2	1,430	1,900	1,180	1,590	1,460
3	1,210	1,580	0,944	1,320	1,210
4	0,725	0,951	0,708	1,060	0,972
5	0,483	0,634	0,432	0,793	0,729
6	-1,450	-1,900	-1,180	-1,420	-1,430
7	-1,450	-1,900	-0,944	-1,320	-1,430
8	-1,210	-1,580	-0,944	-1,06	-1,210
9	-0,966	-1,270	-0,708	-0,793	-0,972
10	-0,725	-0,634	-0,432	-0,528	-0,729

Как видно из приведенной выше таблицы, предлагаемые формы отверстий в стенке в виде эллипсов с наклоном главной оси к оси балки, равным 45 градусов, симметрично расположенных относительно центра, а также с переменным наклоном главных осей эллиптических отверстий, показанные на фиг. 8 и 9, по сравнению с прототипом позволяют снизить напряжения в указанных точках в среднем на 10 процентов.

Предложенная перфорированная балка, выполненная описанным образом, позволяет уменьшить вес готовой конструкции и снизить концентрации напряжений в стенке. Это приводит к повышению надежности и долговечности строительной конструкции.

1. Способ изготовления перфорированной балки путем резки вдоль оси стенки прокатного двутаврового профиля с определенной линией резки для каждой половины балки и сварки выступающих частей половин с получением в стенке отверстий в виде эллипса, отличающийся тем, что при резке стенки прокатного двутаврового профиля линии резки задают с возможностью получения в стенке, после сварки, эллиптических отверстий с разным углом наклона главной оси эллипса к оси балки.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при резке стенки прокатного двутаврового профиля линии резки задают с возможностью получения в стенке, после сварки, центрального эллиптического отверстия, главной осью расположенного перпендикулярно продольной оси балки, а остальные - под углом 45 градусов симметрично относительно центра балки.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при резке стенки прокатного двутаврового профиля линии резки задают с возможностью получения в стенке, после сварки, эллиптических отверстий, имеющих угол наклона, плавно меняющийся от 90 градусов в центре балки до 45 градусов в опорных участках симметрично относительно центра балки.

Изобретение относится к строительству, а именно к металлическим легким, преимущественно сборно-разборным конструкциям покрытий зданий и сооружений. Предложена металлическая треугольная ферма, включающая выполненные из гнутых металлических профилей верхний и нижний пояса, а также раскосы, соединенные при помощи разъемных крепежных элементов.

Ферма из ромбических труб (гнутосварных профилей) // 2548301

Изобретение относится к строительству, а именно к длинномерным строительным металлическим решетчатым конструкциям из труб, и может быть использовано при изготовлении ферм, прогонов, колонн, арок, рам и других несущих конструкций.

Модульная строительная конструкция // 2528348

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано для перекрытия зданий и сооружений, создания навесов, а также для размещения антенных и радиопередающих установок на определенной высоте над землей.

Способ монтажа шпренгельной фермы // 2514260

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано при монтаже шпренгельных ферм в покрытиях зданий и сооружений различного назначения. Техническая задача изобретения - уменьшение расходов на транспортировку шпренгельной фермы на строительную площадку и упрощение ее монтажа.

Металлическая конструкция с решеткой из ромбических замкнутых гнутосварных профилей // 2500863

Изобретение относится к строительству, а именно к длинномерным строительным металлическим решетчатым конструкциям с трубчатыми поясами и может быть использовано при изготовлении ферм, прогонов, колонн, арок, рам и других несущих конструкций.

Способ изготовления облегченной арочной балки // 2484214

Изобретение относится к области строительства, в частности к способу изготовления облегченной арочной балки. .

Решетчатая конструкция // 2475605

Изобретение относится к области строительства, в частности к решетчатой конструкции. .

Сквозной прогон // 2432436

Изобретение относится к области строительства, в частности к сквозному прогону. .

Сквозной прогон // 2392395

Изобретение относится к области строительства, в частности к сквозному прогону. .

Трехгранная решетчатая конструкция // 2378469

Изобретение относится к области строительства, а именно к решетчатым конструкциям, используемым преимущественно при строительстве мачт, башен и т.п. .

Многосекционная строительная конструкция // 2567931

Изобретение относится к области строительства, в частности к многосекционной строительной конструкции для перекрытия зданий, создания навесов, а также для размещения антенных и радиопередающих установок. Техническая задача изобретения - сокращение затрат на транспортировку конструкции. Многосекционная строительная конструкция состоит из гибких поясов, выполненных из напряженных тросовых оттяжек, соединенных с плоскими секциями, которые объединены связями и соединены шарнирно с фундаментами или соседними секциями. Каждая плоская секция состоит из распорки и двух стержней, расположенных под углом друг к другу, шарнирно соединенных между собой и с центром распорки. Напряжение тросовых оттяжек производится увеличением высот плоских секций путем перемещения одной из опор каждой секции. 4 ил.

Перфорированная балка // 2569524

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано при изготовлении длинномерных конструкций, в частности перфорированной балки. Технический результат заключается в снижении концентрации напряжений в стенке перфорированных балок, что приводит к повышению надежности и долговечности конструкций. Перфорированная балка изготовлена из прокатного двутаврового профиля, разрезанного вдоль оси стенки с определенным очертанием для каждой половины балки и сваренного выступающими частями образовавшихся половин так, чтобы получить отверстия в виде эллипса. Эллиптические отверстия имеют разный угол наклона главной оси эллипса к оси балки. Центральное эллиптическое отверстие главной осью расположено перпендикулярно продольной оси балки, а остальные под углом 45 градусов симметрично относительно центра балки. Эллиптические отверстия могут иметь угол наклона, плавно меняющийся от 90 градусов в центре балки до 45 градусов в опорных участках симметрично относительно центра балки. 2 з.п. ф-лы, 9 ил., 1 табл.

Треугольная решетка стержневых конструкций с дополнительными стойками и полураскосами // 2573889

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано в стержневых конструкциях покрытий (перекрытий) зданий и сооружений различного назначения. Техническим результатом изобретения является сокращение трудозатрат и расхода конструкционного материала. Треугольная решетка стержневых конструкций, включающая верхний сжатый и нижний растянутый пояса, раскосы и стойки, снабжена также дополнительными полураскосами. Каждый из этих полураскосов одним концом соединен с верхним поясом, а другим концом - со стойкой. Причем соединительные узлы полураскосов делят все панели верхнего пояса и все стойки решетки на две части. 3 ил., 2 табл.

Пространственная конструкция фермы из тонкостенных стержней с повышенными эксплуатационными характеристиками // 2577569

Изобретение относится к области строительства, а именно к металлическим фермам. Технический результат заключается в повышении прочностных и эксплуатационных характеристик фермы. Конструкция фермы состоит из нескольких рядом расположенных ферм, выполненных из горячекатаной или холодногнутой стали, соединенных между собой и в плоскости одной фермы сварным, винтовым или заклепочным способом пластинчатыми элементами, которые могут быть сплошными или прерывистыми вдоль длины стержня и иметь перфорацию. 1 ил.

Конструктивный элемент в каркасных конструкциях // 2587211

Изобретение относится к области строительства, в частности к удлиненному элементу каркасных конструкций. Технический результат - упрощение сборки каркасных конструкций. Удлиненный и тонкостенный элемент с несколькими сторонами, проходящими вдоль продольной оси так, что элемент имеет множественную осевую симметрию относительно продольной оси. Каждая осесимметричная сторона включает в себя опорную поверхность в качестве точки опоры и крепления облицовки стены, и соединительную поверхность для крепления элемента к другим конструктивным элементам. Соединительная поверхность утоплена относительно опорной поверхности и находится на таком расстоянии, что когда элемент крепится обычными средствами крепления сквозь соединительную поверхность, средства крепления не выступают из поверхности опоры. Соединительные поверхности обеспечены группой отверстий для крепежных элементов. Также описан узел из таких конструктивных элементов. 3 н. и 15 з.п. ф-лы, 10 ил.

Балка с перфорированной стенкой // 2598101

Изобретение относится к области строительства, в частности к перфорированной балке конструкций покрытий и перекрытий здания. Технический результат заключается в повышении несущей способности балки. Балка с перфорированной стенкой содержит соединенные между собой два элемента с тавровыми выступами, изготовленные из прокатного профиля, стенка которого снабжена фигурными кромками разъема, образующими тавровые выступы и выполненными симметрично относительно продольной оси стенки профиля со смещением на половину шага, с возможностью соединения выступов получаемых элементов и образования при их соединении шахматной перфорации. Кромки оснований тавровых выступов выполнены выпуклой формы, а боковые кромки выполнены прямолинейной формы и наклонены по отношению к продольной оси стенки профиля с возможностью уширения выпуклых оснований выступов. Выступы состыкованы между собой крайними уширенными кромками выпуклых оснований, а перфорированные отверстия образованы средней кромкой основания, расположенной между уширениями тавровых выступов, и фигурными кромками разъема, повторяющими контуры выпуклого основания и боковых кромок выступов. 4 з.п. ф-лы, 10 ил.

Способ изготовления решетчатых конструкций из трубчатых (гнутосварных) профилей // 2600887

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано для изготовления решетчатых конструкций из трубчатых (гнутосварных) профилей различных зданий и сооружений. Способ изготовления решетчатых конструкций из трубчатых (гнутосварных) профилей включает формирование решетки конструкции до примыкания к поясам и ее фиксацию в пространственном положении с последующей разделкой торцевых кромок элементов решетки в зоне их соединения по линиям сопряжения с поясами. При этом торцы сжатых элементов решетки перекрыты боковыми гранями растянутых элементов той же решетки. Технический результат состоит в уменьшении расхода конструкционного материала, снижении трудоемкости изготовления, а также расширении компоновочных и унификационных возможностей решетчатых конструкций. 16 ил.

Несущая конструкция с решеткой из плоскоовальных труб // 2601351

Изобретение относится к строительству и может быть использовано при изготовлении ферм, прогонов, колонн, арок, рам и других длинномерных несущих решетчатых конструкций из труб. Несущая конструкция с решеткой из плоскоовальных труб включает пояса и жестко прикрепленную к ним решетку, выполненную со сплющенными концами из изогнутых элементов зигзагообразного очертания. При этом стержневые элементы решетки имеют плоскоовальное сечение с отношением габаритов 1/2,63, где больший габарит расположен в плоскости конструкции, а меньший - из плоскости. Технический результат состоит в уменьшении трудоемкости изготовления несущих конструкций и снижении затрат на них. 1 табл., 7 ил.

Несущая конструкция с решеткой из чечевидных труб // 2618771

Изобретение относится к строительству и может быть использовано при изготовлении ферм, прогонов, колонн, арок, рам и других длинномерных несущих решетчатых конструкций из труб. Несущая конструкция с решеткой из чечевидных труб включает пояса и жестко прикрепленную к ним решетку, выполненную со сплющенными концами из изогнутых элементов зигзагообразного очертания. При этом стержневые элементы решетки имеют чечевидные сечения с отношением габаритов 1/2,414, где большие габариты расположены в плоскостях конструкций, а меньшие - из плоскостей. Технический результат состоит в уменьшении трудоемкости изготовления несущих конструкций и снижении затрат на них. 1 табл., 6 ил.

Способ возведения зданий и сооружений из тонкостенных стержневых и пластинчатых элементов с высокими прочностными и эксплуатационными характеристиками // 2619621

Изобретение относится к области строительства, а именно к способам строительства зданий из металлических ферм. Технический результат изобретения заключается в повышении эксплуатационных характеристик фермы. Способ заключается в том, что несколько рядом расположенных ферм, выполненных из горячекатаной или холодногнутой стали, соединены между собой и в плоскости одной фермы сварным, винтовым или заклепочным способом пластинчатыми элементами, которые могут быть сплошными или прерывистыми вдоль длины стержня и иметь перфорацию. 1 ил.