Металлокомпозитная балка

Полезная модель относится к строительству, а именно к балкам перекрытий, покрытий, работающих преимущественно в условиях агрессивной среды и на открытом воздухе.
Известна составная металлическая балка двутаврового поперечного сечения, включающая стенку, верхний и нижний пояса, поперечные ребра жесткости, обеспечивающие устойчивость стенки (Беленя Е.И. Металлические конструкции. Общий курс: учебник для вузов. М.: Стройиздат, 1986 г., с. 127).
Недостатком такого конструктивного решения является повышенная материалоемкость балки по причине чрезмерного расхода стали на стенку, пояса и ребра жесткости, а также недостаточная эксплуатационная надежность балки, связанная с коррозионным износом стальных элементов.
Известна балка композиционной структуры, содержащая пояса и стенку из металлических листов, образующих полость, заполненную композитным материалом, внутри композитного материала размещена жесткая полая оболочка, поперечные размеры которой переменны, при этом в каждом поперечном сечении по длине балки толщина композитного материала между жесткой полой оболочкой, поясами и стенкой изменяется подобно очертанию эпюры приведенных нормальных напряжений от нагрузок в поясах и стенке, а в зонах их сопряжения - подобно очертанию эпюры суммарных приведенных нормальных напряжений (RU 2745288, Е04С 3/29, 23.03.2021 г.).
Недостатком такого конструктивного решения является повышенная материалоемкость балки по причине чрезмерного расхода стали на две стенки, а также недостаточная эксплуатационная надежность балки, связанная с коррозионным износом стальных элементов снаружи балки.
Наиболее близким техническим решением к заявленной полезной модели является металлокомпозитная балка симметричного двутаврового сечения, содержащая верхний и нижний пояса, гофрированную стенку, выполненную из листового тонкостенного металла, и пояса из композитного материала, при этом пояса заключены в металлические обоймы, а обойма имеет элементы, увеличивающие прочность и монолитность балки, в качестве которых выступают просечки, которые пробиты снаружи листа внутрь будущей обоймы, внутренняя стенка которой обращена к композитному материалу, и матрица этого материала при изготовлении балки заполняет просечки металлической обоймы (RU 171060, Е04С 3/02, 18.05.2017 г.).
Недостатком такого конструктивного решения является повышенная материалоемкость балки по причине чрезмерного расхода стали на гофрированную стенку, обоймы поясов и постоянства сечения элементов, а также недостаточная эксплуатационная надежность балки, связанная с коррозионным износом стальных элементов балки.
Задача полезной модели - снижение материалоемкости и повышение эксплуатационной надежности металлокомпозитной балки.
Технический результат достигается тем, что металлокомпозитная балка двутаврового сечения, содержащая верхний, нижний пояса и стенку, выполненную из листового тонкостенного металла, имеет несимметричное поперечное сечение с более развитым верхним поясом, пояса выполнены из листового тонкостенного металла, к поверхностям стенки и поясов приклеена углепластиковая ткань, стенка и пояса имеют перфорацию по всей площади элементов.
Углепластиковая ткань металлокомпозитной балки, приклеенная к поверхности нижнего пояса, дополнительно может иметь увеличенную толщину в виде накладки, расположенной в средней части по длине балки.
Углепластиковая ткань металлокомпозитной балки, приклеенная к поверхности стенки, дополнительно может иметь увеличенную толщину в виде поперечных ребер, расположенных с равномерным шагом по длине балки.
Сущность изобретения поясняется чертежами:
фиг. 1 - общий вид балки;
фиг. 2 - поперечное сечение балки 1-1;
фиг. 3 - поперечное сечение балки 2-2;
фиг. 4 - поперечное сечение балки 3-3.
Металлокомпозитная балка состоит из стенки 1, верхнего пояса 2 и нижнего пояса 3, которые составлены в двутавровое поперечное сечение и выполнены из листового тонкостенного металла, балка имеет несимметричное поперечное сечение с более развитым верхним поясом 3, к поверхности стенки 1, поясов 2, 3 по всему периметру элементов приклеена углепластиковая ткань 4 при помощи полимерного клея 5, стенка 1, пояса 2, 3 имеют перфорацию 6 по всей площади элементов (фиг. 1-4). Углепластиковая ткань 4, приклеенная к поверхности нижнего пояса 2, имеет увеличенную толщину в виде накладки 7 в средней части по длине балки, где возникают максимальные растягивающие напряжения от приложенных нагрузок. Углепластиковая ткань 4, приклеенная к поверхности стенки 1, имеет увеличенную толщину в виде поперечных ребер 8, расположенных с равномерным шагом по длине балки, что обеспечивает местную устойчивость стенки 1.
Наличие углепластиковой ткани 4 с полимерным клеем 5 на поверхности стенки 1 и поясов 2, 3 повышает местную устойчивость стенки 1 и верхнего пояса 2, несущую способность балки в целом, снижает расход стали и, как следствие, снижает материалоемкость металлокомпозитной балки.
Наличие углепластиковой ткани 4 с полимерным клеем 5 на поверхности стенки 1 и поясов 2, 3 защищает элементы балки от коррозионного износа, уменьшает эксплуатационные расходы на восстановление защитного покрытия металлокомпозитной балки и повышает ее эксплуатационную надежность.
Наличие перфораций 6 на поверхности стенки 1 и поясов 2, 3 (фиг. 1-4) обеспечивает надежное сцепление углепластиковой ткани 4 и полимерного клея 5 с элементами балки, что повышает эксплуатационную надежность металлокомпозитной балки.
Наличие накладки 7 на поверхности углепластиковой ткани 4 с полимерным клеем 5 на наиболее напряженном по длине участке балки (фиг. 1) повышает несущую способность нижнего пояса 3, снижает расход стали на балку в целом и, как следствие, снижает материалоемкость металлокомпозитной балки.
Наличие поперечных ребер 8 на поверхности углепластиковой ткани 4 с полимерным клеем 5 по всей длине балки с равномерным шагом (фиг. 1) повышает местную устойчивость стенки 1, снижает расход стали на балку в целом и, как следствие, снижает материалоемкость металлокомпозитной балки.
Несущая способность металлокомпозитной балки обеспечивается подбором марки стали, состава композита, размеров поперечного сечения балки и ее элементов.
Применение предлагаемого технического решения позволит снизить материалоемкость и повысить эксплуатационную надежность металлокомпозитной балки.