Перфорированная двутавровая металлическая балка

Полезная модель относится к области строительства и может быть использована как облегченный несущий элемент каркаса зданий и сооружений.
В качестве прототипа принята перфорированная металлическая балка, выполненная с одним рядом шестиугольных вырезов, длина горизонтальной стороны отдельного выреза больше длины перемычки между вырезами (патент РФ на полезную модель №88039, МПК Е04С 3/08, опубл. 27.10.2009 г.).
Основным недостатком прототипа являются высокие значения нормальных напряжений на участках, прилегающих к наружным углам крайних шестиугольных вырезов, что приводит к потере устойчивости перфорированной металлической балки. В этих углах стенки балки возникает концентрация напряжений из-за резкого изменения сечения балки по длине, что при отрицательных температурах и динамических нагрузках может привести к более раннему разрушению балки до наступления предельных напряжений в поясах балки.
Задачей полезной модели является усовершенствование конструкции перфорированной двутавровой металлической балки.
Техническим результатом полезной модели является повышение несущей способности перфорированной двутавровой металлической балки.
Технический результат достигается тем, что перфорированная двутавровая металлическая балка, стенка которой выполнена с одним рядом шестиугольных вырезов, согласно полезной модели, толщина стенки балки на участках, прилегающих к наружным углам шестиугольных вырезов, составляет 0,5-0,6 первоначальной толщины стенки балки, а во внутренних углах шестиугольных вырезов расположены выступы.
Совокупность существенных признаков обеспечивает повышение несущей способности перфорированной двутавровой металлической балки.
Расчеты устойчивости методом конечных элементов стенок перфорированных двутавровых металлических балок с различной толщиной участков стенки балки, прилегающих к наружным углам шестиугольных вырезов, показали, что нормальные напряжения при уменьшении толщины стенки балки до 0,5-0,6 первоначальной толщины стенки балки, снижаются (см. таблицу 1).
При толщине стенки балки 0,1-0,49 первоначальной толщины стенки балки и при толщине стенки балки 0,6-0,99 нормальные напряжения выше, что ухудшает работу перфорированной двутавровой металлической балки.
Совпадающими признаками является то, что перфорированная двутавровая металлическая балка выполнена с одним рядом шестиугольных вырезов.
Отличительными признаками является то, что толщина стенки балки на участках, прилегающих к наружным углам шестиугольных вырезов составляет 0,5-0,6 первоначальной толщины стенки балки, а во внутренних углах шестиугольных вырезов расположены выступы.
Между совокупностью существенных признаков полезной модели и достигаемым техническим результатом существует следующая причинно-следственная связь. Наличие участков, прилегающих к наружным углам шестиугольных вырезов с толщиной стенки балки 0,5-0,6 первоначальной толщины стенки балки и выступов, расположенных во внутренних углах шестиугольных вырезов, ведет к плавному изменению сечения по длине балки и снижению концентрации напряжений, что, в свою очередь, приводит к повышению несущей способности перфорированной двутавровой металлической балки.
Полезная модель проиллюстрирована графическими материалами, где на Фиг. 1 изображена перфорированная двутавровая металлическая балка, вид сбоку.
Перфорированная двутавровая металлическая балка 1, стенка которой выполнена с одним рядом шестиугольных вырезов 2, толщина стенки балки на участках 3, прилегающих к наружным углам шестиугольных вырезов 2, составляет 0,5-0,6 первоначальной толщины стенки балки 1, а во внутренних углах шестиугольных вырезов 2 расположены выступы 4.
Предлагаемый вариант перфорированной двутавровой металлической балки 1 изготавливают следующим образом. Исходную балку разрезают зигзагообразными резами и получают две полубалки (верхняя и нижняя части) с выполнением вырезов. Затем участки 3 стенки балки 1, прилегающие к наружным углам шестиугольных вырезов 2, нагревают до 1000-1100°С электрическими нагревательными приборами и с помощью пуансона уменьшают толщину стенки балки на этих участках 3, при этом происходит выдавливание металла в области внутренних углов шестиугольных вырезов 2, что приводит к образованию выступов 4. Затем с помощью сварки соединяют две части балки по перемычкам и получают перфорированную двутавровую металлическую балку 1 с меньшей концентрацией напряжений во внутренних углах шестиугольных вырезов 2. Наличие участков 3 и выступов 4 ведет к плавному изменению сечения по длине балки и снижению концентрации напряжений и повышению несущей способности перфорированной двутавровой металлической балки.