Балочный элемент металлических конструкций с высокими прочностными характеристиками



 


Владельцы патента RU 2582611:

Серёгин Сергей Валерьевич (RU)

Изобретение относится к области строительства, а именно к балочному элементу металлических конструкций. Технический результат изобретения заключается в повышении прочных характеристик балочного элемента. Балочный элемент состоит из нескольких стержней произвольного профиля с различной ориентацией относительно друг друга, расположенных вплотную или через расстояние и соединенных между собой и в плоскости одного стержня пластинчатыми элементами. Стержневые и пластинчатые элементы соединены друг с другом сварным заклепочным или винтовым способами и имеют перфорацию или одно, или несколько отверстий произвольной формы, а также пластинчатые элементы могут быть сплошными или прерывистыми вдоль длины стержня. 2 ил.

 

Изобретение относится к области строительства, а именно к строительству из металлоконструкций.

В настоящее время актуальным направлением является строительство в Арктической зоне РФ (стратегия развития Арктической зоны Российской Федерации и обеспечения национальной безопасности на период до 2020 г.. Цитируется по: URL: www.minregion.ru/upload/02_dtp/l01001_str.doc. Дата обращения: 23.11.2014). При строительстве в таких условиях могут быть применены конструкции из горячекатаных металлических элементов, а также из холодногнутых профилей - технология строительства быстровозводимых сооружений с использованием каркасной системы из легких стальных тонкостенных конструкций (ЛСТК). Конструкции из ЛСТК широко используются в строительной индустрии. В научной литературе имеется множество технических решений, предложено несколько подходов к расчету стержневых конструкций из холодногнутой стали. Однако аварий с каждым годом не становится меньше.

Из уровня техники известны балочные элементы, представленные в изданиях Беленя Е.И. и др. «Металлические конструкции», специальный курс, издание 2-е, Москва, Стройиздат, 1982 г. и в Беленя Е.И., Балдин В.А., Ведеников Г.С. и др. «Металлические конструкции. Общий курс», 600 с.

Балочные элементы, полученные путем холодного загиба сильно подвержены кручению, имеют низкие показатели жесткости и устойчивости (Серегин С.В. Влияние пластинчатых свойств тонкостенных стержней, смоделированных системой связанных пластин, на частоты и формы собственных колебаний // Вестник МГСУ. 2014. №3. - С. 92-98; Серегин С.В. О собственных крутильных колебаниях тонкостенных стержней открытого профиля // Известия высших учебных заведений: Строительство. 2014. №1. - С. 101-107; Рыбаков В.А. Основы строительной механики легких стальных тонкостенных конструкций: учеб. пособие. - СПб.: Изд-во Политехн. Ун-та, 2011. - 207 с.), однако суровые климатические условия этой зоны вынуждают обеспечивать высокие прочностные и эксплуатационные характеристики несущих конструкций зданий, сооружений при их относительно малом весе.

Задачей изобретения является создание балочного элемента с высокими прочностными и эксплуатационными характеристиками для возведения металлоконструкций на суше и ледовых образованиях Арктической зоны Российской Федерации.

Технический результат заключается в снижении стоимости, массы, расхода материала на изготовление балочного элемента, повышении его прочностных и эксплуатационных характеристик, а именно: уменьшение кручения в тонкостенных стержнях, увеличение несущей способности, геометрической неизменяемости и устойчивости.

Технический результат достигается тем, что балочный элемент выполняется из нескольких стержней произвольного профиля, которые соединены между собой и в плоскости одного стержня пластинчатыми элементами. Таким образом, дополнительные стержневые и пластинчатые элементы воспринимают значительную часть воздействий, передаваемых на пространственную конструкцию балки.

Снижение веса достигается тем, что в стержнях и в пластинчатых элементах выполняется перфорация или создаются отверстия различной геометрической формы.

Конструкция изобретения приведена на фиг. 1, 2, где:

1 - стержневой элемент;

2 - пластинчатый элемент;

3 - отверстия.

Примеры реализации заявленного технического решения: Вариант 1: проектом установлено, что необходим монтаж металлической балки определенного сечения, ширина опирания полки которой равняется «а». Согласного нового технического решения, на ширине опирания «а» устраиваются, например, два стержня с размерами полки, соответственно «а/2», (если три стержня, то «а/3» и так далее), при этом для совместной работы стержни соединены между собой пластинчатыми элементами. Для еще большего увеличения несущей способности, жесткости и устойчивости общей конструкции балки, стержневые элементы могут быть соединены пластинчатыми элементами и в плоскости одного стержня. Таким образом, в работу вступают элементы добавленных стержней и пластинчатые элементы, которые значительно повысят прочностные и эксплуатационные характеристики балки, а именно: значительно уменьшат кручение в тонкостенных стержнях, увеличат несущую способность, придадут балке геометрическую неизменяемость и устойчивость.

Вариант 2: Расчетом установлено, что необходимо проектирование балки определенного сечения, ширина опирания полки которой равняется «а». Согласного нового технического решения, на ширине опирания «а» располагаются стержни совместно с пластинчатыми элементами.

Таким образом, вариант 1 позволяет пренебречь толщиной пластины, располагающейся в плоскости стержней при проектировании балочного элемента конструкции.

Аналогично и с высотой стенки профиля, то есть ее высота может быть подобрана с учетом толщины пластинчатых элементов и без их учета.

Для уменьшения веса и стоимости балки за счет снижения расхода материала балочного элемента стержни и пластинчатые элементы могут иметь перфорацию или одно, или несколько отверстий произвольной формы, например, см. фиг. 2.

Обратная задача, если имеются исходные данные, по которым необходимо подобрать сечение балки. В этом случае, используя представленное техническое решение, может быть подобрана балка, имеющая значительно меньшие геометрические характеристики или меньший вес по отношению к известному ее аналогу, представленному, например, в Беленя Е.И., Балдин В.А., Ведеников Г.С. и др. «Металлические конструкции. Общий курс», 600 с.

Напряженно-деформируемое состояние балки в значительной степени зависит от вида и места приложения нагрузки, вида сечения профилей, входящих в ее конструкцию, расстояния между ними, их ориентации относительно друг друга и способа крепления стержневых и пластинчатых элементов. Поэтому в заявленном техническом решении стержни могут быть различного профиля. Ориентация профилей относительно друг друга также может быть различна. Пластинчатые элементы в рамках одной балки соединяют рядом расположенные стержни в горизонтальном и вертикальном направлениях. При креплении пластинчатого элемента в плоскости одного стержня пластинчатые элементы могут выступать в качестве дополнительной стенки. Стержни могут располагаться относительно друг друга вплотную или через расстояние. Соединение стержней с пластинчатыми элементами может быть реализовано, например, сварным, заклепочным или винтовым способами. В пластинчатых элементах могут быть выполнены отверстия, а также пластинчатые элементы могут быть сплошными или прерывистыми вдоль длины стержня, то есть к стержням крепится не одна, а много пластин. Толщины пластинчатых элементов могут быть различны и определяются расчетом в зависимости от требований к несущей способности, жесткости, устойчивости балки и др. Данные отличительные признаки влияют на механические характеристики изобретения и позволяют достичь заявленный технический результат.

Выполнение отверстия вдоль всего пластинчатого или стержневого элемента в некоторых случаях может привести к значительному снижению прочностных и эксплуатационных характеристик заявленного технического решения, поэтому целесообразно выполнение нескольких отверстий, например, вдоль длины стержня.

Общая композиция балки, состоящая из перечисленных отличительных признаков, имеет синергетический эффект - взаимное усиление действия, направленное на достижение технического результата, то есть комбинация отличительных признаков в отдельности и совместно с известным техническим решением дает гораздо больший эффект, чем сумма этих признаков по отдельности. Данный эффект обусловлен спецификой работы конструкции тонкостенного стержня и его отдельных элементов, входящих в предложенную конструкцию балки. Так, например, когда ресурс несущей способности отдельного стержневого элемента или пластинчатого элемента балки еще не исчерпан, общая конструкция или ее отдельные элементы теряют устойчивость. Вертикальные и горизонтальные пластинчатые элементы совместно обеспечивают геометрическую неизменяемость стержневого элемента, значительно уменьшают кручение в тонкостенных стержнях, что позволяет использовать максимальный ресурс несущей способности стержня. Таким образом, совместная работа пластинчатых и стержневых элементов в предложенном изобретении позволяет достичь высокие механические характеристики, чем их использование по отдельности.

Указанные отличительные признаки являются существенными, поскольку каждый из них в отдельности и совместно направлен на решение поставленной задачи. Из известного уровня техники отсутствуют решения, имеющие признаки, совпадающие с отличительными признаками заявленного изобретения, кроме того, в известных работах не подтверждена известность влияния остальных отличительных признаков на заявленный технический результат, а механизм достижения технического результата стал известен только из материалов заявки.

Создан опытный образец балки в цеху по сборке конструкций из ЛСТК строительно-проектной организации ООО «СпецЭнергоМонтаж» г. Комсомольск-на-Амуре для проведения экспериментальных исследований.

Балочный элемент металлических конструкций с высокими прочностными характеристиками может использоваться в промышленном и гражданском строительстве.

Балочный элемент металлических конструкций с высокими прочностными характеристиками, состоящий из нескольких стержней произвольного профиля с различной ориентацией относительно друг друга, расположенных вплотную или через расстояние и соединенных между собой и в плоскости одного стержня пластинчатыми элементами, при этом стержневые и пластинчатые элементы соединены друг с другом сварным заклепочным или винтовым способами и имеют перфорацию или одно, или несколько отверстий произвольной формы, а также пластинчатые элементы могут быть сплошными или прерывистыми вдоль длины стержня.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области наземного строительства, в частности к ограждающим конструкциям зданий и сооружений, а именно к стеновым панелям, панелям покрытий, перекрытий, и может использоваться при возведении многоэтажных зданий с несущим железобетонным, металлическим и деревянным каркасом для массовой и индивидуальной застройки, при реконструкции зданий, надстройках.

Изобретение относится к устройству крепления панели, обеспечивающему закрепление панели на опоре с двумя крепежными выемками с противоположных сторон, которые при установке панели находятся напротив устройства крепления панели, содержащего два первичных выступа, которые приспособлены охватывать две боковые противоположные стороны опоры; при этом каждый первичный выступ содержит поперечно направленный внутрь вторичный выступ, приспособленный вмещаться в одну из соответствующих выемок опоры или размещаться позади нее, причем один или несколько таких элементов, как панель, первичные выступы или вторичные выступы, являются гибкими или упругими, благодаря чему вторичные выступы под действием изгибающего усилия могут упруго отводиться или оттягиваться от противоположных боковых сторон опоры и при прекращении действия изгибающего усилия способны сцепляться с соответствующей выемкой.

Изобретение относится к области строительства и может найти свое применение при возведении одно- и многоэтажных зданий жилого и промышленного назначения. .

Изобретение относится к слоистой панели для выполнения стены здания. .

Изобретение относится к области строительства, в частности к несущим деревогипсобетонным панелям. .

Изобретение относится к облегченным строительным плитам, которые используются для изготовления мебели, дверей, стен и тому подобного. .

Изобретение относится к области строительства, в частности к изготовлению панелей ограждения для сборного домостроения. .

Изобретение относится к области строительства, в частности к строительным системам для возведения зданий. .

Изобретение относится к области строительства, в частности к изготовлению панели для каркасно-панельных зданий. .
Наверх