Пустотелый строительный металлический элемент
HOLLOW STRUCTURAL METAL ELEMENT

Изобретение относится к области строительства, а именно к тонкостенным металлическим конструкциям, в которых тонкостенный элемент выполняет не только ограждающую, но и несущую функцию.
Известен пустотелый строительный металлический элемент транспортерной галереи оболочечного типа прямоугольной формы [1, С. 42-44, рис. 26, 27], в котором оболочка, выполняющая несущие и ограждающие функции, состоит из плоской листовой обшивки, продольных ребер-стрингеров швеллерного сечения (ГОСТ 8282-83), жестких замкнутых поперечных рам-шпангоутов, образованных из балок покрытия и стоек стен. Все элементы соединены между собой в жесткую геометрически неизменяемую конструкцию с использованием сварки, а также высокопрочных болтов в узловых соединениях элементов шпангоутов.
Элементы шпангоутов расположены в поперечном сечении галереи по-разному: балки покрытия - внутри, а балки перекрытия и стойки - снаружи.
Шаг шпангоутов по длине галереи принят 3 м. Гнутые С-образные стрингеры с размерами 400×160×50×3 или 400×160×60×4 мм, подкрепляющие тонколистовую обшивку, расставлены по ширине граней оболочки равномерно с шагом не более 450 мм.
Длина отправочной марки (монтажной секции) 12 м. Поперечные размеры призматической оболочки отвечают стандартным транспортным габаритам по ширине и высоте. /Пособие по проектированию конвейерных галерей [Текст]: к СНиП 2.09.03-85: Утв. 07.05.87 / Государственный проектный институт Ленпроектстальконструкция, Госстрой СССР. - Москва: Стройиздат, 1989. - 106 с./
Основной недостаток типовой конструкции прямоугольной оболочки, снижающий технико-экономическую эффективность по показателям стоимости и трудоемкости, - высокая металлоемкость и большое число элементов.
Известен пустотелый металлический строительный элемент замкнутого поперечного сечения с продольно гофрированными стенками [2], внутренними плоскими сквозными диафрагмами жесткости, установленными по длине элемента, в котором стенки элемента соединены между собой по линии пересечения срединных плоскостей гофрированных стенок.
Строительный элемент состоит из четырех многогофровых стенок двух типоразмеров (первый тип - верхний и нижний листы; второй тип - боковые стенки), объединенных сварными швами и обладающих жесткостью на изгиб. Установка внутри полости элемента плоских сквозных диафрагм жесткости препятствует общей потере устойчивости, обеспечивая неизменяемость контура поперечного сечения. Многогофровые стенки элемента препятствуют потере местной устойчивости при осевом сжатии. Соединение гофрированных стенок по линии пересечения их срединных плоскостей исключает дополнительный изгибающий момент. /А.с. СССР №855146 от 10.10.1979, опубл. 25.08.1981 МПК Е04С 3/36, Бюл. №30 от 15.08.1981 (https://findpatent.ru/patent/85/855146.html)/.
Этот пустотелый металлический строительный элемент принят за прототип.
К недостаткам известного устройства относятся низкая несущая способность и ограниченная функциональность, заявленная в изобретении, как силовая работа на осевое сжатие, сужающая возможные области применения.
При внецентренном сжатии или поперечном изгибе продольно ориентированные гофры боковых стенок обладают низкой местной устойчивостью, а угловые сварные соединения продольно гофрированных листов, соединенных под прямым углом, является наиболее слабым, в отношении прочности, местом конструкции с высоким уровнем напряжений. Плоская форма диафрагм жесткости, лишь частично контактирующих с полками гофр, не обеспечивает полной геометрической неизменяемости формы гофр под нагрузкой общего вида.
Кроме того, в строительном элементе не оформлена конструкция опор.
Применение известного металлического строительного элемента в крупногабаритных конструкциях, например, в конвейерных галереях, потребует увеличения толщины гофрированных листов, частой установки диафрагм жесткости в приопорных зонах, что увеличит материалоемкость и трудоемкость изготовления.
Сущность изобретения - повышение несущей способности пустотелого строительного металлического элемента в условиях сложного сопротивления, снижение металлоемкости и трудоемкости изготовления в результате рационального использования конструктивно анизотропного конструкционного материала гофрированных пластин.
Технический результат изобретения - повышение несущей способности пустотелого строительного металлического элемента в условиях сложного сопротивления, снижение его металлоемкости и трудоемкости изготовления, достигнут целенаправленным и рациональным использованием приема конструктивной анизотропии по длине элемента, учитывающим особенности напряженно-деформированного состояния его частей.
Технический результат достигается тем, что в известном пустотелом строительном металлическом элементе замкнутого поперечного сечения, состоящем из продольно гофрированных стенок и жестко соединенных с ними диафрагм жесткости, установленных по длине элемента, особенность заключается в том, что его торцы снабжены опорными соединительными фланцами, и он дополнительно может включать продольные угловые стрингеры, при этом диафрагмы жесткости выполнены в виде жестких замкнутых коротких оболочек складчатой формы, из гофрированных листов с поперечной ориентацией гофр, по отношению к продольной оси элемента, разрезанных поперек под определенным углом полностью или частично с одной из сторон и согнутых по линиям реза, которые состыкованы соответствующими кромками непосредственно или через угловые стрингеры и жестко соединены, при этом в приопорных зонах, на длине 1/4 пролета L элемента, диафрагмы жесткости расставлены с меньшим шагом или жестко соединены между собой.
Диафрагмы жесткости могут быть выполнены с частичным разрезом V-образной формы и сгибом гофрированных листов, закрывающим разрезы, при этом разрезные кромки состыкованы и зафиксированы сваркой. Или они могут быть выполнены с частичным прямым разрезом и сгибом гофрированных листов, раскрывающим разрезы, куда установлены продольные угловые стрингеры, например, трубчатого сечения, которые жестко соединены с прилегающими к ним диафрагмами жесткости и стенками.
Диафрагмы жесткости могут быть расположены как внутри пустотелого строительного металлического элемента, так и снаружи.
Изобретение поясняется чертежами.
На фиг. 1 изображен металлический элемент в аксонометрии, где показаны: стенка 1, диафрагма жесткости 2, опорный фланец 3.
На фиг. 2 изображена в аксонометрии расстановка диафрагм жесткости по длине металлического элемента по фиг. 1, где показаны: размер пролета L, диафрагма жесткости 2.
На фиг. 3 изображено поперечное сечение металлического элемента по фиг. 1, 2 и узел «А», который иллюстрирует узел диафрагмы жесткости, выполненный с V-образными разрезами полосы гофрированного листа, где показаны: стенка 1, диафрагма жесткости 2.
На фиг. 4 изображен внутренний пространственный каркас металлического элемента, где показаны соединенные сваркой: диафрагма жесткости 2, опорный фланец 3, угловой стрингер 4.
На фиг. 5 изображено поперечное сечение металлического элемента по фиг. 4 и узел «В», который иллюстрирует узел диафрагмы жесткости, выполненный с раскрытием разреза и установленным в него угловым стрингером, где показаны: стенка 1, диафрагма жесткости 2, угловой стрингер 4.
Металлический элемент состоит из продольно гофрированных стенок 1, поперечных диафрагм жесткости 2, выполненных из полос гофрированного листа с поперечной ориентацией гофр по отношению к продольной оси элемента, жестко соединенных со стенками 1. Диафрагмы жесткости 2 выполнены из полос гофрированного листа в виде коротких замкнутых складчатых оболочек, полученных полной или частичной поперечной разрезкой гофрированного листа под определенным углом, с последующим гнутьем по линии реза с раскрытием разрезов или стыковкой соответствующих разрезных кромок и фиксацией их при помощи сварки.
В местах опирания строительного элемента, а также при укрупнительной сборке отправочных марок, соединительные опорные фланцы 3, снабженные отверстиями под болты, обеспечивают необходимую жесткость опорным сечениям, а также упрощают монтаж отправочных марок (секций) на высокопрочных болтах.
В некоторых случаях металлический элемент может быть усилен угловыми стрингерами 4, трубчатого сечения, расположенными по углам металлического элемента, которые жестко соединены сваркой со стенками 1, диафрагмами жесткости 2 и опорными фланцами 3 и образуют вместе с ними внутренний пространственный каркас металлического элемента. Посадочными местами для угловых стрингеров 4 трубчатого сечения являются раскрытые разрезы, а также состыкованные и соединенные под тем же углом соответствующие разрезные кромки гофрированных листов диафрагм жесткости 2.
Трубчатая форма угловых стрингеров 4 наилучшим образом отвечает по своим соединительным, жесткостным и прочностным свойствам характеру пространственной силовой работы.
В приопорных зонах металлического элемента на участке длиной равной четверти пролета L, диафрагмы жесткости 2 расставлены с меньшим шагом или жестко соединены между собой. Частая расстановка поперечно гофрированных диафрагм жесткости 2 вблизи опор обусловлена не только крутящим моментом, но и сдвигом от поперечных сил при общем изгибе. Этим конструктивным решением достигается расширение функций диафрагм жесткости, целенаправленно изменяющим в приопорных сечениях конструктивную анизотропию металлического элемента.
Выполнение металлического элемента по фиг. 4, 5 с объединением отдельных диафрагм жесткости 2 в пространственный каркас при помощи угловых стрингеров 4 упрощает и повышает точность изготовления, сокращает отходы металла.
Диафрагмы жесткости 2 могут быть расположены снаружи или внутри металлического элемента.
Сборка металлического элемента осуществляется на сборочном стенде (стапеле) с использованием кондукторов, струбцин и другой технологической оснастки, а также сварки.
Вначале изготавливают диафрагмы жесткости 2. В варианте исполнения по фиг. 2 диафрагмы жесткости 2 устанавливают на стенде с заданным шагом и жестко соединяются с продольно гофрированными стенками 1.
В варианте исполнения диафрагм жесткости 2 по фиг. 4 сначала в кондукторе устанавливают угловые стрингеры 4 и только затем - предварительно сваренные в кольца диафрагмы жесткости 2, укрепленные на период монтажа временными инвентарными связями.
Сборка и сварка диафрагм жесткости 2 и угловых стрингеров 4 в пространственный каркас ведется на стенде совместно.
Заявленная конструкция пустотелого строительного металлического элемента может успешно применяться в промышленном строительстве, в частности, при возведении пролетных строений транспортерных (конвейерных) галерей. В зависимости от требуемых габаритов, конструкция может доставляться с завода на строительную площадку в готовом виде или отдельными транспортабельными модулями (отправочными марками) с последующей укрупнительной сборкой на строительной площадке.
Конструктивная анизотропия, целенаправленно приданная металлическому элементу в местах концентрации усилий и напряжений, обеспечивает высокие технические характеристики заявленного объекта, выражающиеся в способности сопротивляться не только сжатию, как в прототипе, но и общему пространственному изгибу и кручению, характерному для конвейерных галерей.
Размещение диафрагм жесткости снаружи металлического элемента освобождает полезное внутреннее пространство и облегчает технологические операции, связанные, например, с очисткой галереи от просыпанных с транспортерной ленты материалов с помощью гидравлического смыва.
Литература
1 Пособие по проектированию конвейерных галерей [Текст]: к СНиП 2.09.03-85: Утв. 07.05.87 / Государственный проектный институт Ленпроектстальконструкция, Госстрой СССР. - М.: Стройиздат, 1989. - 106 с. / стр. 42-44, рис. 26, 27.
2 А.с. СССР №855146 от 10.10.1979, опубл. 25.08.1981МПК Е04С 3/36, Бюл. №30 от 15.08.1981 (https://findpatent.ru/patent/85/855146.html).