Несущий элемент

Техническое решение относится к области строительства и может быть использовано в качестве несущей конструкции различных зданий и сооружений, конструктивным системам несущих элементов зданий и сооружений гражданского и промышленного назначения.
В качестве прототипа выбрана металлодеревянная балка (несущий элемент) двутаврового сечения, содержащая металлическую волнообразную гофрированную стенку с врезными установочными элементами и упорами, размещенными по обе стороны волнообразной гофрированной стенки, верхнюю и нижнюю полки, выполненные из дерева (патент РФ №24292301, опубл. 20.09.2011, Бюл. №26).
Недостатками данной конструкции является пониженная несущая способность несущего элемента.
В качестве прототипа выбран несущий элемент по техническому решению (RU 91584), включающий две полки, соединенные между собой гофрированной стенкой, с гофрами, имеющими шаг и высоту, вершины смежных гофров противоположно направлены, при этом стенка содержит дополнительное гофрирование, шаг и высота гофров дополнительного гофрирования меньше шага и высоты гофров основного гофрирования, причем каждый гофр дополнительного гофрирования содержит не мене трех гофров основного гофрирования. Причем каждый гофр основного гофрирования содержит не менее трех гофров дополнительного гофрирования, причем на менее напряженных участках стенва содержит основное гофрирование.
Недостатками данной конструкции является недостаточная устойчивость элемента.
Задачей технического решения является повышение устойчивости элемента за счет усовершенствования конструкции несущего элемента.
Поставленная задача решается тем, что несущий элемент, включающий две полки, соединенные между собой стенкой с дополнительным и основным гофрированием, расположенным на участках действия максимальных поперечных сил, причем на участках действия относительно малых поперечных сил и крутящих моментов, но интенсивных изгибающих моментов стенка содержит дополнительное гофрирование с шагом и высотой гофр меньше шага и высоты гофр основного гофрирования.
Отличием технического решения является выполнение стенки, содержащей дополнительное гофрирование с шагом и высотой гофр меньше шага и высоты гофр основного гофрирования на участках действия относительно малых поперечных сил и крутящих моментов, но интенсивных изгибающих моментов.
Указанный технический результат является решением актуальной задачи повышения устойчивости элемента в несущих строительных конструкциях. Отмеченный технический результат достигается за счет того, что на участках действия относительно малых поперечных сил и крутящих моментов, но интенсивных изгибающих моментов стенка содержит дополнительное гофрирование с шагом и высотой гофр меньше шага и высоты гофр основного гофрирования, что увеличивает общую устойчивость указанного участка за счет увеличения устойчивости каждого отдельного гофра, содержащего дополнительное гофрирование Стенка несущего элемента, по крайней мере на некоторых участках, содержит основное и дополнительное гофрирование и на некоторых участках содержит только основное гофрирование.
Техническое решение обеспечивает увеличение устойчивости стенки за счет увеличения устойчивости каждого отдельного гофра дополнительного гофрирования, вследствие чего несущий элемент обладает большей устойчивостью.
Каждый гофр основного гофрирования обладает большим осевым моментом инерции относительно оси гофра дополнительного гофрирования на каждом отдельном участке, чем стенка гофра дополнительного гофрирования, и устойчивость стенки возрастает. А так как осевым моментом инерции называется взятая по всей площади сумма произведений площадей элементарных площадок, умноженная на квадрат расстояний от них до оси, следовательно осевой момент инерции гофра дополнительного гофрирования увеличивается на каждом отдельном участке. С увеличением осевого момента инерции увеличивается устойчивость каждого отдельного участка гофра дополнительного гофрирования.
Устойчивость гофра дополнительного гофрирования увеличивается за счет увеличения устойчивости каждого его отдельного участка. Следовательно, гофр дополнительного гофрирования обладает большей устойчивостью, чем аналогичный гофр, не содержащий основное гофрирование.
На Фиг. 1 изображен несущий элемент, содержащий основное и дополнительное гофрирование, и участок, содержащий только основное гофрирование.
На Фиг. 2 изображено продольное сечение 1-1 Фиг. 1.
1
1
Несущий элемент содержит (фиг. 1) две полки 1 и 2, соединенные между собой гофрированной стенкой, с гофрами (фиг. 2), имеющими шаг L и высоту Н, вершины смежных гофров противоположно направленны. Стенка содержит основное гофрирование 3 и дополнительное 4, при этом на участках относительно малых поперечных сил и крутящих моментов, но интенсивных изгибающих моментов, стенка содержит только основное гофрирование 3, при этом шаг L и высота H гофров основного гофрирования меньше шага L и высоты Н гофров дополнительного гофрирования, причем каждый гофр дополнительного гофрирования содержит не мене трех гофров основного гофрирования.
Профиль гофров может быть различным: волнистый (синусоидальный, параболический, эллипсоидный и т.п.), треугольный, трапецеидальный (в частном случае - прямоугольный).
Предлагаемый несущий элемент изготавливается, как правило, из металлов, преимущественно из сталей групп обычной или повышенной прочности. Ввиду того, что изгибающие моменты воспринимаются преимущественно поясами 1 и 2, возможно их изготавливать из металлов с разными физико-механическими свойствами (в частности - бистальное решение). Стенка соединяется с поясами с помощью непрерывных, односторонних или двусторонних сварных швов, что требует учета показателей свариваемости и условий эксплуатации.
Пример выполнения. Известно, что в балке двутаврового сечения максимальный момент возникает в середине пролета балки, а максимальные поперечные силы на опорах. В соответствии с эпюрами моментов и поперечных сил относительно малые поперечные силы и крутящие моменты, но интенсивные изгибающие моменты возникают на участке длиной порядка 1/3 части длины балки, расположенном в центральной части балки. В соответствии с этим, предлагается расположить участок с содержащий только основное гофрирование в центральной части балки с длинной данного участка, равной 1/3 части длины балки.
Возможно метало-деревянное решение поясов. Данное конструктивное решение позволяет соединять стенку с поясами с помощью ее вклейки в пазы, устраиваемые в деревянных брусьях. Соединение бруса с профилем может быть осуществлено с помощью клея или болтов, в том числе сквозных.
При изготовлении несущего элемента из неметаллических материалов (пластики, композиционные материалы и др.) соединения элементов несущего элемента выполняется преимущественно с помощью клеевых решений.
Стенку, имеющую основное 3 и дополнительное 4 гофрирование, возможно осуществить с помощью технологии штамповки - прессования заготовок между двумя матрицами, прокатки на профилирующих станах, гибки профилегибочными машинами, а также комбинированием данных способов. Предпочтение следует отдавать производству с максимальной степенью автоматизации, приносящей наибольший экономический эффект.
Назначение конструктивных параметров конкретного несущего элемента (формы профиля гофров, их шаг, высота; сечения и материал элементов несущего элемента, его генеральные размеры и т.д.) основано на условиях работы конструкции, комплексном задании на ее проектирование и результатах расчетов несущей способности и эксплуатационных качеств. Для проведения расчетов несущей способности рекомендуется использование численных методов теории упругости, в частности метода конечных элементов (МКЭ) в компьютерной реализации.
Техническое решение обеспечивает повышение несущей способности элемента, может использоваться в различных снеговых, ветровых и сейсмических районах. Предлагаемая конструкция предназначена для восприятия статических или динамических воздействий. При динамических нагрузках рекомендуется изготавливать данный несущий элемент из стали, а соединение поясов со стенкой осуществлять с помощью двусторонних непрерывных сварных швов.