МЕТАЛЛИЧЕСКАЯ БАЛКА С МУЛЬТИГОФРИРОВАННОЙ СТЕНКОЙ

Полезная модель относится к строительству и может использоваться в качестве несущей конструкции промышленных и гражданских зданий и сооружений.
Из уровня техники известна деревянная клееная балка с волнистой фанерной стенкой (Маилян Р.Л., Маилян Д.Р., Веселов Ю.А. Строительные конструкции. Учебное пособие. - Издательство «Феникс», г.Ростов-на-Дону, 2005, с.785-788, рис.35.5). К недостаткам известной балки следует отнести ограниченную область применения, повышенную материалоемкость (вызванную необходимостью применения относительно частого шага гофров для обеспечения устойчивости стенки), ограничение профиля гофров волнистой формой, а также постоянное по длине поперечное сечение конструкции.
Ближайшим аналогом предлагаемой полезной модели по технической сущности и достигаемому эффекту является металлическая балка двутаврового сечения с гофрированной стенкой (Металлические конструкции. В 3т. T.1. Элементы конструкций: Учеб. для строит. вузов/В.В.Горев, Б.Ю.Уваров, В.В. Филиппов и др.; под ред. В.В.Горева - 3-е изд., стер. - М.: Высш. Шк., 2004 - 551 с. С.294-298, рис.5.60). Недостатком указанной балки является повышенная материалоемкость, что вызвано необходимостью устройства относительно частого шага гофров для обеспечения местной и общей устойчивости стенки, т.е. устойчивости отдельно взятого гофра и устойчивости стенки, как ортотропной пластинки.
Технический результат от применения настоящей полезной модели заключается в снижении материалоемкости балок и повышении устойчивости их формы и положения, что, в свою очередь, увеличивает несущую способность таких конструкций. Указанный технический результат является решением актуальной задачи эффективного использования материала в несущих строительных конструкциях и достигается за счет того, что стенка имеет два уровня гофрирования: первый - основное поперечное гофрирование; второй - дополнительное поперечное гофрирование. При этом дополнительное поперечное гофрирование обеспечивает лучшую местную устойчивость стенки. Это предоставляет возможность существенно уменьшить отношение высоты основных гофров, обеспечивающих общую устойчивость стенки, к их шагу, то есть предусматривать основные гофры с относительно большим шагом. Данное обстоятельство приводит к тому, что при меньшем расходе материала (ввиду относительной пологости основных гофров) повышается изгибно-крутильная жесткость конструкции, устойчивость ее формы и положения, а, следовательно, и ее несущая способность.
Стенку, имеющую описанные выше уровни гофрирования, предлагается называть мультигофрированной.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, на которых:
на фиг.1 - балка трапецеидального очертания с мультигофрированной стенкой, имеющей перфорацию в пролетной части;
на фиг.2 - вид сбоку на балку на фиг.1;
на фиг.3 - продольное сечение А-А на фиг.2;
на фиг.4 - балка с мультигофрированной стенкой, сжатый пояс имеет переменное сечение;
на фиг.5 - вид сбоку на балку на фиг.4;
на фиг.6 - продольное сечение А-А на фиг.5;
на фиг.7 - балка сегментного очертания с мультигофрированной стенкой;
на фиг.8 - вид сбоку на балку на фиг.7;
на фиг.9 - продольное сечение А-А на фиг.8;
на фиг.10 - балка с мультигофрированной стенкой и с параллельными поясами различного сечения;
на фиг.11 - вид сбоку на балку на фиг.10;
на фиг.12 - продольное сечение А-А на фиг.11;
на фиг.13 - увеличенный фрагмент разреза на фиг.3;
на фиг.14 - увеличенный фрагмент разреза на фиг.6;
на фиг.15 - увеличенный фрагмент разреза на фиг.9;
на фиг.16 - увеличенный фрагмент разреза на фиг.12;
Металлическая балка двутаврового поперечного сечения состоит из сжатого пояса 1 и растянутого пояса 2, соединенных мультигофрированной стенкой 3, основные и дополнительные гофры которой перпендикулярны продольной оси балки, причем отдельно взятые основные гофры не изменяют свое сечение по высоте стенки 3, а дополнительные гофры распространяются не на всю высоту стенки, т.е. не выходят на один или два края стенки (глухие гофры).
Профиль основных и дополнительных гофров может быть различным:
волнистый (синусоидальный, параболический, эллипсоидный и т.п.), треугольный, трапецеидальный (в частном случае - прямоугольный). Полезной моделью предусмотрен вариант балки, в которой профиль основных гофров стенки 3 отличается от профиля дополнительных гофров.
Мультигофрированная стенка 3 может иметь перфорацию 4, которую предпочтительно предусматривать в пролетном участке, где интенсивность поперечных сил, как правило, невелика, а интенсивность изгибающих моментов достигает своего максимума. Устройство перфорации 4 позволяет в ряде случаев дополнительно снизить расход материалов и расширить область применения таких конструкций, например, за счет прокладки через отверстия коммуникаций.
Толщина мультигофрированной стенки 3 по длине балки может изменяться в соответствии с условием прочности стенки на срез. Таким образом, максимальную толщину стенки 3 следует предусматривать на участках действия интенсивных поперечных сил (как правило, приопорные участки). В случае переменной толщины Мультигофрированная стенка 3 может быть выполнена из отсеков (явных или условных). Под явными отсеками следует подразумевать фрагменты стенки 3, объединенные в единое целое с помощью сварных швов или фланцевых соединений. В случае условных отсеков подразумевается, что стенка 3 выполнена из цельного листа, а деление на отсеки обусловлено, например, изменением профиля основного гофрирования.
По длине балки стенка 3 может иметь различные профили основных и/или дополнительных гофров, при этом, участки изменения профиля целесообразно согласовывать с делением стенки 3 на условные или явные отсеки.
Основные и дополнительные гофры могут быть односторонними и двусторонними. Устройство двусторонних гофров предпочтительнее ввиду их симметрии относительно срединной плоскости стенки 3 (для основного гофрирования) и плоскости основного гофра (для дополнительного гофрирования).
Металлическая балка с мультигофрированной стенкой 3 может иметь поперечные ребра жесткости и/или торцевые ребра.
Пояса 1 и 2 балки с мультигофрированной стенкой 3 могут быть параллельными и не параллельными между собой. В последнем случае очертание поясов 1 и 2 представляет собой треугольную, трапецеидальную, полигональную или сегментную форму.
Для дополнительного снижения материалоемкости балок с мультигофрированной стенкой 3 возможно изменять сечения поясов 1 и 2 по длине.
Эффективность балки с мультигофрированной стенкой 3 обосновывается характером ее работы, который заключается в следующем: при загружении балки внешней нагрузкой, действующей на один или два пояса 1 и 2 и направленной в плоскости стенки 3, наблюдается поперечный изгиб конструкции. Поперечные силы воспринимаются практически полностью мультигофрированной стенкой 3, а изгибающие моменты - практически полностью поясами 1 и 2. Дополнительное гофрирование основных гофров существенно повышает их жесткость и устойчивость в продольном направлении (вдоль гофров), что предоставляет возможность в ряде случаев не только отказаться от установки поперечных ребер жесткости в местах действия интенсивных сосредоточенных сил, но и значительно увеличить шаг 5 основных гофров. При этом, уменьшенное отношение высоты 6 основного гофра к его шагу 5 ведет к снижению материалоемкости, а за счет того, что геометрические параметры (высота 6 и шаг 5) основных гофров мультигофрированной стенки 3 больше аналогичных параметров гофров известного решения, - повышается изгибно-крутильная жесткость конструкции и устойчивость ее формы и положения (в первую очередь против опрокидывания). Таким образом, применение балки с мультигофрированной стенкой позволяет, в отличие от ближайшего аналога, отложить наступление предельного состояния конструкции вплоть до перехода ее материала в упруго-пластическую стадию работы.
Критерием разделения гофрирования на основное и дополнительное является то, что шаг 7 и высота 8 дополнительных гофров меньше шага 5 и высоты 6 основных гофров.
Объемом полезной модели предусмотрен вариант балки, в которой дополнительное гофрирование нерегулярно по длине стенки 3, т.е. дополнительные гофры могут присутствовать лишь на некоторых, наиболее напряженных участках стенки 3.
Балка с мультигофрированной стенкой 3 может изготавливаться из различных металлов, преимущественно из сталей групп обычной и повышенной прочности. Мультигофрированная стенка 3 соединяется с поясами 1 и 2 с помощью непрерывных, преимущественно односторонних сварных швов, что необходимо учитывать при выборе конкретных материалов по критериям свариваемости и условиям эксплуатации.
Придание листовой заготовке мультигофрированной формы возможно с помощью штамповки - прессования заготовок между двумя матрицами.
Предлагаемая полезная модель может применяться в конструктивных системах несущих элементов зданий и сооружений гражданского и промышленного назначения, предназначенных для эксплуатации в 5 различных снеговых и ветровых районах Российской Федерации, а также в районах с сейсмичностью до 9 баллов. Металлическая балка с мультигофрированной стенкой 3 может использоваться для выполнения как несущих, так и ограждающих функций. Возможно применение стальных балок с мультигофрированной стенкой 3 для восприятия динамических (например, крановых) нагрузок.