Сборно-разборная балка м. е. докторова

(19) (51) Е 04 С 3 04 К ПА Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам(76) Докторов Марк Ефимович(57) Изобретение относится к строительным конструкциям, а более конкретно к металлическим балкам, применяемым в качестве изгибаемых элементов зданий и сооружений, преимущественно работающих на эксцентрично прикпадываемые 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, 2004735Изобретение относится к строительнымконструкциям, 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 обьясняетсятем, что при изгибе металл балки наиболееэффективно используется при максимальном удалении от нейтральной оси.Широкое распространение получилиметаллические сварные балки, выполненные из листовой заготовки. Однако из-заограниченных размеров по.ширине заготовки и ограниченных возможностей технологического оборудования такие балкиизготавливаот сравнительно мелких сечений (толгциной до 3 - 4 мм с шириной палкидо г 00150 мм). Существенным недостатком таких балок является недостаточная ихнесущая способность и особенна при эксцентричных нагоузках В плоскости, перпендикулярной плоскости стенки балки.Для устранения этих недостатков разработаны составленные из отдельных гнутых профилей балки с развитыми полками и. полыми стенками, однако их существеннымнедостаткам является значительная трудоемкость изготовления из-за необходимостиВ наборе нескольких различных профилей иприменении балок преимущественно дляСимметрично прикладываемых к ним нагрузкам,Известна дВутаврОВая Оалка с полымиполкаМи, образованная из одной листовойзаготовки, Включающая стенку и полки коробчатого сечения с Верхней гаризантальнсй частью, причем каждая палка В местепримыкания к стенке имеет а 1 тиб В видеребра или Полузамкнутого профлля, жесткаприкрепленного к стенке и саедлненнага сцентром горизонтальной части палки.Недостатком известной двутавровойбалки является ограниченная несущая спосоонасть из-За недОстатачной жесткости. данки балки, затруднения В Выполнениизаданной ширины палых полок на применяемом для изготовления балок Высокопроизводительном профилегибочнам оборудовании из-за ограничений высоты формовки профиля в балках, а также ограниченийгабаритов балки из-за недостаточной ширины поставляемых заготовок. В связи с этимобласть применения таких балок ограничена сравнительна. небольшими нагрузками, втом числе действу":Ощими в плоскости, перпендикулярной плоскости стенки балки,Известна двухстеночная двутавроваябалка, состоящая из поясов и стенок, у которой стенки жестко скреплены между собойпосредством соединительных элементов,выполненных в виде вкладышей со стяжными болтами. Эта балка позволяет снизить5 металлоемкость за счет повышения устойчивости при увеличении ее высоты, Однакотакая балка громоздка, трудоемка в изготовлении из-за применения заготовительныхопераций. вырезки заготовок для полок и10 стенок и последующей их варки, недостаточно экономична из-за отсутствия ребержесткости или отгибов при сравнительношироких полках. Изготовление таких балокзатруднено также из-за низкой производи 15 тельности оборудования, применяемого длясборки и сварки балок. В связи с этим производство и применение двухстеночныхдвутавровых балок не получило широкогораспространения.20 Известна двутавровая балка с полымиполками, составленная из гнутых профилейзамкнутой формы, саедйненных между собой замковыми элементами.Двутавравая балка известной конструк 25 ции Образована парными протяженнымиэлементами открытых гнутых профилей иохваты ваемыми замкнутыми. профилями,соединенными между собой посредствомпружинных защелок, выполненных на конЗ 0 цах элементов гнутых профилей, при этомпространство между стенкой и поясами заполнено легким бетоном, а гнутые профилии замкнутые профили в местах их контактаимеют выступы и пазы.05 Недостатком такой балки является необходимость в большем чем оцин количестВе неодинаковых профилей (по крайнеймере в двух - охватываемам и охватывающем), для производства которых применяют40 различное оборудование, технологио изготовления и инструмент, Кроме того, операции сборки и заполнения пространствамежду стенкой и поясами сложны и трудоемки В реализации. Следует отметить, что4 Б известная балка недостаточно эффективнапри работе на эксцентричные нагрузкииз-за возникающего крутящего моментасил,Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому изобретению является сборно-разборная двутавравая балка С полыми полка. ми 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 внутрен 2004735510 ней грани противоположной полки профиля, причем отгиб одного профиля выполнен с вазма)кностью фиксации ва впадинах гофр другога 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 прототипа и заявляемой сборно-разборной балки с полыми полками и двойной стенкой из двух одинаковых гнутых профилей является та, что какдая из них содеркит два одинаковых гнутых профиля, включающего сгенку и сопрякенные с ней полки, соединенные между собой замковыми элементами, выполненными в виде атгиба полки на одном гнутом профиле,. входящего ва впадину на палке противоположного гнутого профиля.Целью изобретения является повышение несущей спосабнасги балки при работе на эксцентрично прикладываемую нагрузку,Поставленная цел достигается тег 1, что стенка гнутого профиля в балке выполнена изогнутой вблизи центра тяжести сечения балки и содермит участок, примыкающий в установочном палокении к стенке противоположнага гнутого профигя, при этом по крайней мере один из сопряженных с палкой участков стенки гнутого профиля расположен пад углам а к опорной плоскости полки, определяемым па формуле а = 90 - агсц - , (1)2 епсг где а - угол наклона участка стенки профиля относительно опорной плоскости полки балки;пст - расстояние глемду полками паофие - зксцентриситет притомения нагрузки.При этом в отдельных случаях, преимущественна для балок са сравнительно широкой стенкой, предусмотрена возможность 25 30 35 40 45 50 55 выполнения изогнутого вблизи центра тяжести балки участка стенки гнутого профиля, в месте его примыкания к противоположному гнутому профилю, знакопеременной кривизны, содержащего по крайней мере один опорный элемент, взаимодействующий в установочном положении с Опорным элементом противоположного гнутого профиля.Предусмотрено 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 от ее стенки,Сборно-разборная балка с полыми полками и двойной стенкой выполняется из двух одинаковых гнутых профилей, у которых стенка вблизи центра тямести 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 профиля распаломен под углом а к апоаной плоскости полки, определяемым по формуле (1).Изготовление балки из двух одинаковых гнутых профилей, у которых стенка вблизи центра тяжести балки выполнена изогнутой и содержит участок, примыкаюший вустановачном палакении к стенке противопалаж.нога профиля, г 1 азваляет составить балку из унифицированных высокаэкономичных, изготавливаемых из 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 полкой и взаимодействующими между собой в установочном положении под нагрузкой на участке вблизи центра тяжести балки.Изгиб стенки гнутых профилей, при котором по крайней мере один из сопряженных с полкой учасгков стенки профиля расположен подуглсм а к опоркой плоскости галки, определяемым па формуле 1), пазьоляет сместить центр тямести сечения балки на линиа действия эксцентрично прикладываемой к палке нагрузки и тем самым устранить скручиваащий балку момент сил.При этом именно угол а наклона участков стенки профиля к опорной плоскости полки, установленный по формуле 1), определяет форму балки и условие, при котором момент сил будет равным нулю. Вследствие уменьшения возникающего при работе балки момента сиг; ее несущая способность возрастает, чта поз вогяст снизить ее метал 200473530 40 45 50 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 йрофилей и обеспецивать совмещение направления линий действия прикладываейых к полкам балки усилий с упомянутыми йлоскостями стенок балки и тем самым преДупреждать поперечный изгиб и потерю ус 1 ойчивости 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/Б10,. где Ьст и Я - 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 обеспецивается эффективная передаца 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 плоскостистенки, 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 слуцаев 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 позволяет. сделать вывод о его соответствии критерию "изобретательский уровень",Проведеннь 1 й 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, сниженииее металлоемкости, обеспечивается изгибом стенок гнутых профилей вблизи центра тяжести балки и выполнением при этом иэ каждых двух участков стенок 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 1 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 10входящего во впадину 7 на полке противоположного гнутого профиля,Для повышения несущей способности балки при работе на эксцентрично прикладываемую нагрузку Р стенка гнутого профиля в балке выполняется изогнутой вблизи центра С тяжести 8 сечения балки и содержит участок 9, примыкающий в установочном полокении 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 н установочном положении стенок упомянугых профилей друг к другу позволяет повысить несущую способность балки и снизить ее металлоемкость за счет передачи усилий Р и Л Р в балке вдоль линий их действия и расположении упомянутых линий в плоскостях стенок балки, без скручинающего момента сил, Вследствие взаимосвязи в местах прлмыкания стенок, входящих в балку гнутьх профилей, стало возможным повысить местную устойчивость стенок балки л обеспечить их взаимосвязьпри работе под нагрузкой и как результат - расширить область использования балки, увеличить несущую способность балки при снижении 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 зиакопеременной коигизны фиг, 3) с опорным элементом 14, взаимодействующим в установочном положении с опорным элементом 15 противоположного гнутого профиля, Такое выполнение стенки профилей с опорным элементом на изогнутом участке обеспечивает надежное взаимодействие и совместную работу стенок в балке под нагрузкой, повышает местную 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 прогиба10 опорных плоскостей полки балки в месте приложения нагрузки и повышения несущей способности, на полке гнутого профиля (фиг. 4), содеркащей отгиб 6, выполняетсяизгиб 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 еестенки (фиг. 5).Во время сборки балки два одинаковых15 гнутых профиля 1 и 2 располагают повернутыми на угол 180 друг относительно друга.При этом стенка 3 каждого профиля устанавливается таким образом, что сопрякенные снею полки 4 и 5 с замковымиэлементами в20 виде отгиба б и впадины 7 соединяются соотнетстненно с ответными им элементамина полках протинополокного профиля.Участки 9 стенки каждого профиля входятв контакт и при нагружении балки нзаимодей 25 стнуют мех;ду собой вблизи центра тяжести8 сечения балки, передавая нагрузки.Следует отметить, что участок 10 стенкивыполняется под углом а к опорным плоскостям 1 и 12 балки и гри воздействии на30 балку зксцентричвой нагрузки ьоспринимает и передает ее н сноеи плоскости. У астм13 выполнен под другим углом к полкам ивоспринил;ает преимущественно нагрузки,действуощие на балку в направлении ли 35 ний, лекащих н плоскости этого участка,При этом каждый из участков 10 и 13 способствует взаимного повышению местной устойчивости стеок профилей и балки, атакже Восприятио, нзаил 1 одейСтв 1 о и пере 40 распределенио нагрузок между стенкамибалки и тем самыл повышению несущейспособности балки зэ счет совместной работы.Для надежного взаимодействия и совместной работы стенок балки на стенках45 гнутых профилей вблизи цен ра тя:кестибалки выполняются опсрные элементы 14 и15, которые при нагруженил балки обеспечивают зффектиннуо передачу нагрузокмекду участками стенок.50 Выполнение гнутых профилей с примыканием 16 полки к стенке с помоцью изгиба17 полки обеспечивает эффективную передачу нагрузок от полки к стенке и аффективную работу балю н целом,55 Согласно расчетон и конструкторскихпроработок заявляемое изобретение в сравнении с прототипом позволяет повысить эффективность легклх сборно-разборныхстроительны: кснстркй за счет изготовления и приленелия н них сборно-разборных балок с полыми полками и двойной стенкой из двуходинаковых гнутых профилей заявляемойй конструкции, хорошо работающих на внецентренное сжатие и кручение.Использование заявляемой балки обеспечивает снижение металлоемкости конструкций на 10.20 О. Заявляемая сборно-разборная балка представляет значительный ийтерес для народного хозяйства, так Формула изобретения1. Сборно-разборная. балка, включаЮ- щая 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 сопряжен ных с полкой участков стенки гнутого профиля расположен к опорной плоскости полки под.угломкак позволит организовать промышленное производство легких строительных конструкций для складских помещений, Заявляемое изобретение не оказывает отрица тельного влияния на состояние окружающей среды.(56) Авторское свидетельство СССР М 947346, кл. Е 04 С 3/06, 1982,10 где пст - расстояние между полками профиля;е - эксцентриситет приложения нагрузки.2. Балка по п.1, отличающаяся тем, чтоизогнутый в зоне центра тяжести балки участок стенки гнутого профиля в месте 20 его примыкания к противоположному гнутому профилю выполнен знакопеременной 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, отличающаясятем, что содержащая отгиб полка гнутого профиля выполнена с примыкающим к стенке изгибом.4, Балка по пп,1 и 2, отличающаясятем, что полки расположены в балке по разные стороны от ее стенки.