СИСТЕМА ПРОФИЛЕЙ ДЛЯ СОЗДАНИЯ ЗАМКОВОГО СОЕДИНЕНИЯ
SYSTEM OF PROFILES FOR CREATING AN INTERLOCK

Изобретение относится к изготовлению профилей, имеющих боковые кромки, специально предназначенные для зацепления одной с другой, с образованием замкового соединения, которое может быть использовано преимущественно в соединении бетонных блоков дорожного ограждения.
В качестве прототипа, как наиболее близкая по технической сущности к предлагаемому изобретению, выбрана система профилей для создания замкового соединения (патент РФ №93092, E02D5/12, опубл. 20.04.2010). Эта система содержит два профиля: первый - симметричный с U-образной кромкой, образующей открытую полость, и полосовой частью, второй - симметричный с Т-образной кромкой и полосовой частью. Замковое соединение создается за счет размещения Т-образной кромки второго профиля в открытой полости U-образной кромки первого профиля.
Недостаток прототипа поясняется Фигурой 1 - Система профилей для создания замкового соединения из описания полезной модели к патенту РФ №93092.
Нормальное напряжение изгиба от действия нагрузки Р, растягивающей замковое соединение, при одинаковой толщине элементов, равной а, и моменты сопротивления сечений можно найти по формулам из курса сопротивления материалов (Курс сопротивления материалов с примерами и задачами: учебное пособие/ В.И. Водопьянов, А.Н. Савкин, О.В. Кондратьев; ВолГТУ. - Волгоград, 2012.-136 с.)
- в точке А (максимально удаленная от линии действия силы N): σ(A)=M(A)/W(A);
- в точке С (начало внутреннего закругления U-образной кромки): σ(C)=M(C)/W(C),
- в точке Е (начало внутреннего закругления концевого участка): σ(E)=M(E)/W(E), где
- М(А) - изгибающий момент в точке A, M(A)=AB*N=AB*P/2/cos(α);
∧
- W(A) - момент сопротивления в точке A, W(A)=L*(a2)/6, где L - длина профиля;
- М(С) - изгибающий момент в точке С, M(C)=CD*N=CD*P/2/cos(α);
∧
- W(C) - момент сопротивления в точке С, W(C)=L*(a2)/6.
- М(Е) - изгибающий момент в точке Е, M(E)=EF*N=EF*P/2/cos(α);
∧
- W(E) - момент сопротивления в точке Е, W(E)=L*(a2)/6.
В итоге получим:
∧
σ(A)=3*AB*P/(cos(α)*L*(a2));
∧
σ(C)=3*CD*P/(cos(α)*L*(a2));
∧
σ(E)=3*EF*P/(cos(α)*L*(a2)).
Из этих формул следует, что напряжение прямо пропорционально плечу нормальной силы N. Поскольку плечо убывает далее максимального АВ, то в точке С (и близких к ней с верхней стороны от линии действия силы N) напряжение будет много меньше максимального при одинаковой толщине элементов, равной а. Это приводит к излишней металлоемкости симметричного профиля с U-образной кромкой. Во всех точках снизу от линии действия силы N до оси симметрии изгибающий момент способствует закрытию замкового соединения при растяжении, поэтому изгибающие напряжения в них можно не учитывать при рассмотрении вопроса прочности замкового соединения на разрыв (раскрытие).
Технической проблемой, решаемой при реализации предлагаемого изобретения является совершенствование конструкции системы профилей для повышения прочностных свойств при одновременном снижении металлоемкости.
1
2
1
3
4
3
5
В настоящем изобретении предложена система профилей для создания замкового соединения, содержащая два профиля: первый - охватывающий профиль, состоящий из полосовой части и U-образной боковой кромки, концевые участки которой, загнутые внутрь, образуют открытую полость для размещения в ней боковой кромки второго профиля, концевые участки U-образной кромки выполнены симметричными относительно оси профиля, второй - профиль с двойной Т-образной кромкой, состоящий из двух симметрично расположенных по краям полок с симметрично загнутыми краями и с возможностью их размещения в открытой полости, образованной концевыми участками U-образной боковой кромки охватывающего профиля с каждой стороны, и полосовой части, ось симметрии которой совпадает с осью симметрии полок, причем угол α загиба краев полок профиля с двойной Т-образной кромкой меньше 90°, а угол загиба концевых участков U-образной кромки полосового профиля равен α+90°, отличающаяся тем, что концевые участки профиля с U-образной кромкой толщиной а>0 с наружной стороны на протяжении всей длины закругления имеют утолщение с постоянной величиной b>0, внутренний радиус закругления концевых участков равен R>0, внешний радиус закругления концевых участков равен R=R+a+b, U-образная боковая кромка толщиной а>0 с наружной стороны имеет утонение, которое на протяжении всей длины выпуклого закругления имеет постоянную величину с>0, а на протяжении всей длины вогнутого закругления - плавно уменьшается от с>0 в точке сопряжения выпуклого и вогнутого закругления до 0 в точке примыкания к полосовой части, внутренний радиус закругления U-образной боковой кромки равен R>0, внешний радиус выпуклого закругления U-образной боковой кромки равен R=R+а-с и плавно сопрягается с внешним радиусом вогнутого закругления R>0 U-образной боковой кромки.
Изготовление профилей может осуществляться методом горячего прессования из круглой заготовки с последующими операциями правки и резки.
Технический результат, на достижение которого направлено изобретение, заключается в повышении прочности и одновременном снижении металлоемкости системы профилей замкового соединения.
1
2
1
3
4
3
5
Указанный технический результат изобретения достигается тем, что в предлагаемой системе профилей для создания замкового соединения второй профиль представляет собой профиль с двойной Т-образной кромкой, состоящий из двух симметрично расположенных по краям полок с симметрично загнутыми краями и с возможностью их размещения в открытой полости, образованной концевыми участками U-образной боковой кромки охватывающего профиля с каждой стороны, и полосовой части, ось симметрии которой совпадает с осью симметрии полок, причем угол α загиба краев полок профиля с двойной Т-образной кромкой меньше 90°, а угол загиба концевых участков U-образной кромки полосового профиля равен α+90°, при этом концевые участки профиля с U-образной кромкой толщиной а>0 с наружной стороны на протяжении всей длины закругления имеют утолщение с постоянной величиной b>0, внутренний радиус закругления концевых участков равен R>0, внешний радиус закругления концевых участков равен R=R+a+b, U-образная боковая кромка толщиной а>0 с наружной стороны имеет утонение, которое на протяжении всей длины выпуклого закругления имеет постоянную величину с>0, а на протяжении всей длины вогнутого закругления - плавно уменьшается от с>0 в точке сопряжения выпуклого и вогнутого закругления до 0 в точке примыкания к полосовой части, внутренний радиус закругления U-образной боковой кромки равен R>0, внешний радиус выпуклого закругления U-образной боковой кромки равен R=R+a-c и плавно сопрягается с внешним радиусом вогнутого закругления R>0 U-образной боковой кромки.
Более конкретно, в настоящем изобретении при одинаковой толщине, равной а, и одинаковой геометрии прочих элементов для описываемой системы профилей, в сравнении с прототипом, величины напряжений изгиба от действия нагрузки Р, растягивающей замковое соединение, изменятся:
∧
- в точке А (максимально удаленная от линии действия силы N): σ(A)=3*AB*P/(cos(α)*L*((a+b)2));
∧
- в точке С (начало внутреннего закругления U-образной кромки): σ(C)=3*CD*P/(cos(α)*L*((a-c)2)).
∧
- в точке Е (начало внутреннего закругления концевого участка): σ(E)=3*EF*P/(cos(α)*L*(a2)).
Из этих формул следует, что утолщение величиной b позволяет уменьшать максимальное напряжение в точке А, а утонение величиной с позволяет увеличивать напряжение в точке С, тем самым приближая его к максимальному. Поскольку длина участка с утолщением меньше длины участка с утонением, то путем варьирования значений утолщения величиной b и утонения величиной с можно добиться одновременного увеличения прочности и уменьшения поперечного сечения профиля с U-образной кромкой, т.е. снижения металлоемкости замкового соединения. Наибольшее снижение металлоемкости может быть достигнуто при таких сочетаниях утолщения величиной b и утонения величиной с, при которых выполняется равенство σ(А)=σ(С)=σ(Е).
Сущность настоящего изобретения дополнительно проиллюстрирована следующими графическими материалами.
Фиг. 1 - Система профилей для создания замкового соединения, из описания полезной модели к патенту РФ №93092.
Фиг. 2 - Система профилей для создания замкового соединения согласно настоящего изобретения.
Фиг. 3 - Вид соединения бетонных блоков дорожного ограждения.
- 1 - профиль с U-образной кромкой (прототип);
- 2 - профиль с Т-образной кромкой (прототип);
- 3 - профиль с U-образной кромкой (настоящее изобретение);
- 4 - профиль с двойной Т-образной кромкой (настоящее изобретение);
- 5 - полосовая часть;
- 6 - U-образная боковая кромка;
- 7 - концевой участок;
- 8 - открытая полость;
- 9 - утолщение;
- 10 - утонение;
- 11 - полка;
- 12 - симметрично загнутый край;
- 13 - полосовая часть;
- 14 - сварной шов;
- 15 - арматурный пруток;
- 16 - бетонный блок.
1
2
1
3
4
3
5
Профиль с U-образной кромкой 3, состоящий из полосовой части 5 и U-образной боковой кромки 6, концевые участки 7 которой, загнутые внутрь, образуют открытую полость 8 для размещения в ней боковой кромки другого профиля. Концевые участки 7 U-образной кромки 6 выполнены симметричными относительно оси профиля. Концевые участки 7 толщиной а>0 с наружной стороны на протяжении всей длины закругления имеют утолщение 9 с постоянной величиной b>0. Внутренний радиус закругления концевых участков 7 равен R>0, внешний радиус закругления концевых участков 7 равен R=R+a+b. U-образная боковая кромка 6 толщиной а>0 с наружной стороны имеет утонение 10, которое на протяжении всей длины выпуклого закругления имеет постоянную величину с>0, а на протяжении всей длины вогнутого закругления - плавно уменьшается от с>0 в точке сопряжения выпуклого и вогнутого закругления до 0 в точке примыкания к полосовой части 5. Внутренний радиус закругления U-образной боковой кромки 6 равен R>0, внешний радиус выпуклого закругления U-образной боковой кромки 6 равен R=R+a-c и плавно сопрягается с внешним радиусом вогнутого закругления R>0 U-образной боковой кромки 6.
Профиль с двойной Т-образной кромкой 4, состоящий из двух симметрично расположенных по краям полок 11 с симметрично загнутыми краями 12 и с возможностью их размещения в открытой полости 8, образованной концевыми участками 7 U-образной боковой кромки 6 охватывающего профиля с каждой стороны, и полосовой части 13, ось симметрии которой совпадает с осью симметрии полок 11.
Угол α загиба краев 12 полок 11 профиля с двойной Т-образной кромкой 4 меньше 90°, а угол загиба концевых участков 7 профиля с U-образной кромкой 3 равен α+90°.
Предпочтительные диапазоны указанных величин:
1
2
3
4
5
а - 8…14 мм; b - 0,5…3 мм; с - 0,5…3 мм; R - 3…6 мм; R - 11,5…23 мм; R-8…12 мм; R - 13…25,5 мм; R - 10…20 мм;
Результаты сравнения параметров конкретного варианта реализации системы профилей согласно настоящего изобретения и прототипа согласно патенту РФ №93092 приведены в Таблице 1.
Из таблицы 1 следует, что для описываемой системы, в сравнении с прототипом, напряжения изгиба в точке А снижаются от 137,8 МПа до 127,0 МПа, в точке С возрастают с 46,9 МПа до 51,1 МПа, в точке Е не меняются и остаются 125,1 МПа. Напряжение в точках С и Е не превысило напряжение в точке А, поэтому увеличение прочности профиля с U-образной кромкой можно выразить как σ(А прототип)/σ(А описываемая система)=137,8/127,0=1,085 раз. В то же время снижение металлоемкости профиля с U-образной кромкой для описываемой системы, в сравнении с прототипом, можно выразить как Масса 1 метра профиля с U-образной кромкой (прототип)/Масса 1 метра профиля с U-образной кромкой (описываемая система)=16,17/16,11=1,0037 раз. Таким образом, достигается одновременное повышение прочности и снижение металлоемкости относительно прототипа.
Изготовление профилей осуществляется методом горячего прессования из круглой заготовки с последующими операциями правки и резки.
Система профилей для создания замкового соединения может быть использована преимущественно в соединении бетонных блоков дорожного ограждения (фиг. 3).