ПРОФИЛЬ ДЛЯ НЕСУЩИХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ КОНСТРУКЦИЙ

Полезная модель относится к области строительства и может быть использована в качестве стержней плоских и пространственных конструкций.
Известны профили для металлических конструкций в виде горячекатаного проката черного металла [1]. Однако такие профили характеризуются нерациональным распределением металла по сечению, что приводит к увеличению металлоемкости отдельных элементов и конструкции в целом. Это приводит к удорожанию нулевого цикла при возведении зданий и сооружений.
Также известны гнутосварные профили для металлических конструкций из сваренных между собой деформированных полос одинаковой толщины в виде прямошовных и спиралешовных круглых труб. Такие профили изготавливаются из листовой стали путем холодного гнутья на специальных прессах и профилирующих установках. Достоинством гнутосварных профилей является то, что они являются изделиями дальнейшего передела с равномерным распределением металла по площади поперечного сечения. Эти профили экономичнее прокатных на 10% [2]. Однако для формообразования гнутосварных профилей требуется специальное энергоемкое оборудование, что приводит к увеличению стоимости их изготовления и конструкции из них в целом.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому объекту является сварногнутый профиль для элементов металлических конструкций, включающий две деформированные полосы одинаковой длины, ширины и толщины, скрепленные по кромкам с образованием замкнутого чечевицеобразного поперечного сечения криволинейной формы [3]. Достоинством таких профилей является то, что они относятся к изделиями дальнейшего передела с равномерным распределением металла по площади поперечного сечения. Также они характеризуются малой металлоемкостью, простотой формообразования поперечного сечения, для их изготовления не требуется специальное
энергоемкое оборудование. Формообразование и изготовление элементов сварногнутого профиля можно производить как в заводских условиях, так и на строительной площадке, что повышает транспортабельность элементов и конструкций из них, их доступность. К недостаткам таких профилей можно отнести невысокую местную устойчивость стенок профиля. Кроме того элементы сварногнутого профиля имеют плоские концы, наличие которых значительно снижает жесткость элемента в целом. Поэтому элементы сварногнутого профиля (без усиления плоских концов) можно использовать для конструкций небольших пролетов.
Задача полезной модели - повышение местной устойчивости стенок профиля, возможность образования различных форм поперечного сечения, имеющих более высокие значения геометрических характеристик при одинаковых площадях сечения с известным профилем. Возможность получать элементы конструкций большей жесткости и более высокой несущей способности на изгиб, внецентренное сжатие, т.е. использовать элементы для большепролетных конструкций и, тем самым, расширить диапазон их применения в области строительства, снизить металлоемкость отдельных элементов и конструкций в целом.
Поставленная задача полезной модели достигается тем, что в профиле для несущих металлических конструкций, включающем деформированные полосы одинаковой длины и толщины, скрепленные по кромкам с образованием замкнутого поперечного сечения криволинейной формы, поперечное сечение выполнено из нескольких полос различной ширины с возможностью образования треугольной или четырехугольной форм поперечного сечения, причем разница в ширине полос не превышает наименьшую из ширин.
На фиг.1 изображены профили для несущих металлических конструкций: а - криволинейной треугольной формы сечения, б - криволинейной четырехугольной формы сечения; на фиг.2 изображены плоские заготовки для формообразования профилей для несущих металлических конструкций: а - криволинейной треугольной формы сечения, б - криволинейной четырехугольной
формы сечения; на фиг.3 показана фотография профиля криволинейной треугольной формы сечения; на фиг.4 показана фотография профиля криволинейной четырехугольной формы сечения.
1
2
2
1
2
Профиль криволинейной треугольной формы сечения состоит из четырех деформированных полос длиной l и толщиной t. Две полосы l имеют ширину b, две другие полосы 2 - ширину b. причем 2 b≥b>b. Полосы 1, 2 скреплены попарно по кромкам сварным швом 3.
1
2
1
2
Формообразование элементов сварногнутого профиля криволинейной треугольной формы сечения производят из заранее изготовленной плоской заготовки (фиг.2, а). Плоская заготовка состоит из четырех недеформированных полос, две из которых 1' имеют большую ширину (b), чем две другие полосы 2' (b). Формообразование криволинейного треугольного профиля происходит следующим образом: изготавливают две пары полос 1' и 2' одинаковой длины l и толщины t, но разной ширины b>b. Полосы одинаковой ширины соединяют по одной из продольных кромок сварными швами 3 автоматической сваркой под флюсом. Затем попарно скрепленные полосы 2' меньшей ширины располагают между более широкими полосами 1' и сваривают по продольным кромкам сварными швами 3. В одной из широких полос 1' устраивают штуцер 4, через который в пространство между полосами нагнетают сжатый воздух компрессором. Под действием избыточного давления воздуха полосы деформируются и занимают новое устойчивое положение, образуя поперечное сечение в виде криволинейного треугольника. После снятия избыточного давления полосы остаются в деформированном состоянии за счет пластических свойств и конечной изгибной жесткости стали.
1
1
2
1
2
Например, для получения профиля криволинейной треугольной формы поперечного сечения были изготовлены две полосы 1' шириной b=700 мм и две полосы 2' шириной b=35 мм, все полосы одинаковой длины и толщины, причем 2·b=700≥b=700>b=350 (фиг.3).
Профиль криволинейной четырехугольной формы сечения состоит из шести деформированных полос длиной l и толщиной t. Две полосы 1 имеют
1
2
2
1
2
ширину b, две другие пары полос 2 - ширину b. причем 2 b≥b>b. Полосы 1, 2 скреплены попарно по кромкам сварным швом 3.
2
1
2
Формообразование элементов сварногнутого профиля криволинейной четырехугольной формы сечения производят из заранее изготовленной плоской заготовки (фиг.2, б). Плоская заготовка состоит из шести недеформированных полос, две из которых 1' имеют большую ширину (bi), чем четыре другие полосы 2' (b). Формообразование криволинейного четырехугольного профиля происходит следующим образом: изготавливают пару полос 1' и две пары полос 2' одинаковой длины l и толщины t, но разной ширины b>b. Полосы одинаковой ширины соединяют по одной из продольных кромок сварными швами 3 автоматической сваркой под флюсом. Затем попарно скрепленные полосы 2' меньшей ширины располагают между более широкими полосами 1' и сваривают по продольным кромкам сварными швами 3. В одной из широких полос 1' устраивают штуцер 4, через который в пространство между полосами нагнетают сжатый воздух компрессором. Под действием избыточного давления воздуха полосы деформируются и занимают новое устойчивое положение, образуя поперечное сечение в виде криволинейного четырехугольника. После снятия избыточного давления полосы остаются в деформированном состоянии за счет пластических свойств и конечной изгибной жесткости стали.
1
1
2
1
2
Например, для получения профиля криволинейной четырехугольной формы поперечного сечения были изготовлены две полосы 1' шириной b=700 мм и четыре полосы 2' шириной b=35 мм, все полосы одинаковой длины и толщины, причем 2·b=700>b=700>b=350 (фиг.4).
1
Предлагаемые профили для несущих металлических конструкций относятся к изделиям дальнейшего передела и отличаются равномерностью распределения металла по площади поперечного сечения. При равной площади сечения известного и предлагаемого профилей широкие деформированные полосы имеют меньшее отношение b/t, что приводит к увеличению жесткости стенок профиля (повышению местной устойчивости). Кроме того, при
равной площади сечения известного и предлагаемого профилей последний имеет более высокие значения геометрических характеристик - осевых моментов инерции, моментов сопротивления, радиусов инерции и т.д.
Проведем сравнение величин осевых моментов инерции сварногнутого профиля известного чечевицеобразного сечения и предлагаемых треугольного и четырехугольного сечений (максимальная форма).
X
Y
◇
◇
2
Профиль чечевицеобразного сечения образован из двух полос толщиной t и шириной b, площадь сечения равна A=2b·t, моменты инерции I =I ≈A·b/24. Отношение ширины полосы к ее толщине составляет 1·b/t, где n=1.
1
2
1
2
X
Y
1
Δ
2
Δ
2
Профиль треугольного сечения образован из четырех полос толщиной t, две из которых имеют ширину b=0,8·b и остальные две - ширину b=0,2·b, (b>b), площадь сечения равна A=2·t·(0,8·b+0,2·b)=2b·t. Моменты инерции I ≈A·b/31, I ≈A·b/19,2. Отношение ширины полосы к ее толщине составляет 1·b/t=0,8·b/t, где n=0,8.
1
2
1
2
X
у
1
###U144
2
###U144
2
Профиль четырехугольного сечения образован из шести полос толщиной t, две из которых имеют ширину b=0,6·b и остальные четыре - ширину b=0,2·b, (b>b), площадь сечения равна A=2·t·(0,6·b+2·0,2·b)=2b·t. Моменты инерции I ≈А·b/11,1, I ≈А·b/13,6. Отношение ширины полосы к ее толщине составляет 1·b/t=0,6·b/t, где n=0,6.
Сравнение геометрических характеристик сечения профилей
Характеристика сечения профиля
Известный профиль чечевицеобразного сечения
Предлагаемый профиль треугольного сечения
Предлагаемый профиль четырехугольного сечения
А, см<sup>2</sup>
2b·t
2b·t
2b·t
I<sub>x</sub>, см<sup>4</sup>
Ab<sup>2</sup>/24
Аb<sup>2</sup>/31
Аb<sup>2</sup>/11,1
I<sub>у</sub>, см<sup>4</sup>
Ab<sup>2</sup>/24
Аb<sup>2</sup>/19,2
Аb<sup>2</sup>/13,6
b/t
1·b/t
0,8·b/t
0,6·b/t
По сравнению с известными горячекатанными профилями, гнутосварными профилями из сваренных между собой деформированных полос одинаковой толщины предлагаемые профили для несущих металлических конструкций отличаются: малой металлоемкостью, простотой формообразования поперечного сечения, отсутствием в потребности специального оборудования, высокой транспортабельностью за счет возможности формообразования профиля как на заводе-изготовителе, так и на строительной площадке, а, следовательно, и низкой стоимостью их изготовления и конструкции из них в целом, отвечают технологии строительства и его темпам.
По сравнению с известным сварногнутым профилем замкнутого чечевицеобразного поперечного сечения предлагаемые профили для несущих металлических конструкций отличаются: возможностью получать элементы конструкций большей жесткости и более высокой несущей способности на изгиб, внецентренное сжатие. Следовательно предлагаемые профили можно использовать для большепролетных конструкций и, тем самым, расширить диапазон их применения в области строительства, снизить металлоемкость отдельных элементов и конструкций в целом.
Источники информации
1. Николаев Г.А., Винокуров В.А. Сварные конструкции. Расчет и проектирование: Учебн. для вузов / Под ред. Г.А.Николаева. - М.: Высш. шк., 1990. - 446 с.: ил.
2. Металлические конструкции / Под ред. Е.И.Беленя. - М.: Стройиздат, 1986. - 560 с.: ил.
3. Авторское свидетельство СССР №250030, 1969.