ЛИСТОВОЙ ГОФРИРОВАННЫЙ ПРОФИЛЬ

Полезная модель относится к строительным конструкциям и может быть использована в качестве элементов силовых оградительных конструкций искусственных сооружений на железных и автомобильных дорогах, коммуникационных коллекторов, шахтных и вентиляционных каналов, а в общем, подземного канала. Для подобных конструкций сочетание высокой прочности при сравнительно малом весе и высокой коррозионной стойкости при воздействиях атмосферных, промышленных, химических и грунтовых агрессивных сред является наиболее выигрышным для обеспечения большой долговечности и надежности конструкций при существенном упрощении монтажных и строительных работ. Изобретение так же относится к метростроению, горному делу, а именно к креплению пройденных в породе вертикальных и горизонтальных выработок, и может быть использовано для крепления вентиляционно-ходовых буровых сбоек при подземной разработке.
Из уровня техники известны следующие листовые гофрированные профили.
Так, из описания к патенту РФ №14868 (опубликован 10.09.2000) известен листовой гофрированный профиль, содержащий сопряженные скругленные гофры, между которыми размещены сопряженные с ними плоские участки, протяженность которых в направлении между гофрами определяется эмпирической зависимостью L=(118-1,4S) мм, а угол дуги окружности скругления зависимостью ϕ=(101,96+0,04S)°, где S - толщина листа, при этом отношение расстояния между гребнями гофров к их высоте составляет 2,2:2,9.
Также известен листовой гофрированный профиль, выполненный с равномерно расположенными по ширине листа продольными гофрами, поперечное сечение которых ограничено образующей в виде сопряженных дуг окружностей, центры которых расположены по обе стороны от образующей, при этом при изготовлении профиля из
в
5
стали толщиной 0,5-1,0 мм с пределом прочности σ≅400 МПа на профиле дополнительно выполнены сопряженные по радиусу с горизонтальной поверхностью профиля плоские однонаправленные уступы, расположенные по нормали относительно продольных осей гофр, наклоненные к горизонтальной плоскости под углом 60-85° и имеющие переменную в плоскости уступов высоту, минимальное значение которой , где S - толщина профиля, мм; δ - величина относительного удлинения стали, %, при этом радиусы сопряжения уступов с горизонтальной поверхностью равны R=(0,5°C 0,8) (S+h) (патент РФ №2107571, опубликован 27.03.1998).
Кроме этого, известен листовой гофрированный профиль, который содержит продольные или поперечные гофры заданных размеров, изготовлен из холоднокатаной заготовки в виде волнистого листа определенной толщины радиуса гофра и высоты гофра. Вершины смежных гофров противоположно направлены, имеют общие боковые поверхности. При этом отношение толщины к радиусу гофра и отношение высоты гофра к радиусу гофра находятся в пределах, приведенных в формуле изобретения. Улучшаются потребительские свойства гофрированных листов за счет повышения их жесткости, и расширяется область применения (патент РФ №2369458, опубликован 10.10.2009).
Известны оцинкованные металлические гофрированные профили разных типоразмеров соотношения периода и высоты для создания конструкций круглого, элептического, арочного и другого очертания, применяемых в транспортном строительстве, горном деле, при прокладке подземных коммуникаций.
Наиболее близким аналогом к патентуемому профилю является листовой гофрированный профиль, выполненный в виде гофрированного листа, по периметру которого выполнены отверстия для соединения со стыкуемым листом внахлест посредством крепежных элементов (http://www.gofrostal.ru/textfiles/80f2a504f2a8ad325532344abe4cf809.pdf).
Недостатками конструкций из известных листовых оцинкованных металлических гофрированных профилей являются ограничение несущей способности конструкции подземного канала (по высоте засыпки) из-за соединения листов внахлест односрезными болтами, трудоемкая и небезопасная технология сборки, поскольку листы приходится накладывать или подсовывать друг под друга с образованием нахлеста, отходы металла при резке листов по длине из типового плоского прокатного металлического листа, т.е. соединение гофрированных листов внахлест приводит к затратам на «лишний» металл. Кроме этого, сборка конструкций из листов внахлест невозможна внутри дефектной конструкции с примыканием к поверхности для ее усиления.
При этом, как показала практика эксплуатации гофрированных конструкций и натурные испытания до разрушения, слабым местом являются односрезные болты, которые первыми начинают отрываться и приводят к разрушению конструкции.
Техническим результатом патентуемого решения является экономия металла, упрощение монтажа и повышение несущей способности конструкций и безопасности сборки, сокращении сроков строительства, а также возможность ремонта конструкции.
Заявленный технический результат достигается за счет конструкции листового оцинкованного металлического гофрированного профиля, выполненного в виде гофрированного листа, по периметру которого расположено по одному ряду отверстий для его соединения встык через накладку с аналогичным листовым гофрированным профилем посредством крепежных элементов, при этом отверстия расположены с шагом кратным длине металлического проката.
Таким образом, за счет указанной совокупности существенных признаков достигается экономия металла за счет исключения отходов при резке металлического листа из типового прокатного, снижении «лишнего» металла при соединении листов встык, повышение несущей способности конструкций за счет усиления соединений листов накладками, упрощение монтажа и сокращение сроков строительства за счет соединения листов встык и благодаря однорядному расположению отверстий в листах.
В частности, листовой гофрированный профиль может быть выполнен из металлического листа синусоидального профиля, изготовленного методом холодного штампования из листового проката, имеющего длину 6000 мм и толщину от 3 до 8 мм.
Накладка может быть выполнена в виде полосы из гофрированного профиля с двумя параллельными рядами отверстий, размер и расположение которых соответствует размеру и расположению отверстий соединяемых листов. Длина накладки может составлять 150 мм.
В частности, накладка может устанавливаться с одной стороны листа и иметь толщину равную толщине стыкуемых листов с односрезными болтами, количество которых увеличено почти в 2 раза, за счет соединения 2-х листов встык с болтами на каждом листе, в отличие от накладывания листов друг на друга и соединением крепежными элементами (болтами) в совмещенные отверстия.
Кроме этого, накладка может устанавливаться с двух сторон в половину или полную толщину стыкуемых листов с крепежными элементами (в частности, двухсрезными болтами).
В обоих случаях такое соединение гофрированных профилей позволяет в необходимых случаях увеличить несущую способность конструкции воспринимать большую нагрузку.
Болты устанавливают на заводе или на стройплощадке по схеме, которая определяет порядок сборки листов, - это позволяет создать новый способ монтажа, упростив его до навешивания листов на болты.
«Лишний» металл накладок и перекрытия поперечных стыков для гофрированного листа по суммарной площади меньше, чем у других типоразмеров гофрированных листов, соединяемых внахлест и поэтому применение этого листа более экономично.
Накладки из гофрированного листа в продольном направлении имеют размер в ширину листа и отверстия соответствующие расположению осей стыкуемых листов, а в поперечном направлении имеют размер в зависимости от количества продольных осей отверстий на стыкуемых листах (150 мм при одной оси отверстий на листе и 240 мм при двух осях на листе с расстоянием от кромок листа 40 мм).
На гофрированных листах в поперечном направлении отверстия могут быть выполнены на крайних горбах гофр на расстоянии от продольных кромок листа 100, 125, 150 мм с шагом в поперечном направлении кратным 200, 250 или 300 мм, что позволяет получать длины листов без отходов с учетом накладок длиной 150 мм, используя типовой прокатной лист металла длиной 6000 мм. При этом в продольном направлении отверстия расположены на каждой вершине и впадине гофра на расстоянии 40 мм от кромок листа, т.е. отверстия выполнены с шагом гофра (расстоянием между вершинами двух гофр) в продольном направлении на расстоянии 40 мм от кромок листа.
Таким образом, гофрированный профиль с предложенным расположением отверстий в листах, соединением листов, имеет существенные преимущества перед известными:
- расположение отверстий в один ряд по кромкам листов при установке их встык с накладками приводит к усилению соединения за счет установки болтов на каждом листе;
- закрепление болтов как изнутри, так и снаружи, в определенных постоянных местах, обусловливает упрощение сборки конструкции подземного канала;
- все соединения могут выполняться как изнутри, так и снаружи конструкции, путем надевания листов на болты и закручивания гаек, тем самым обеспечивается безопасность работ без применения ломиков для подсовывания листов;
- технологический процесс монтажа упрощен до навешивания оцинкованных металлических листов на болты и закручивания гаек;
- обеспечена возможность ремонта конструкции - можно снять гайки с болтов, заменить листы или надеть новый лист на эти же болты.
Кроме этого, применение гофрированных профилей с новым расположением отверстий встык с двухсторонними накладками и двухсрезными болтами позволяет уменьшить количество рядов отверстий для всех типоразмеров гофр, увеличить несущую способность силовой конструкции подземного канала.
С целью уменьшения веса оцинкованного металлического гофрированного листа, а, следовательно, стоимости конструкции, при сопоставимых характеристиках прочности, ускорении сборки конструкции за счет большей ширины листов и, следовательно, сокращения сроков строительства, лист может быть выполнен с гофром 240×57 мм (периодом изменения волны 240 мм и амплитудой 57 мм) и с радиусом 73,5 мм.
Преимуществами использования профилей с указанными размерами являются:
- расчетная площадь сечения (F, см2/м) меньше при сопоставимых показателях геометрических характеристик по прочности (W, см3/м) и деформативности (I, см4/м) других типоразмеров гофр;
- ширина листа больше, чем у других типоразмеров гофр, изготовленных из плоского прокатного листа шириной 1500 мм, следовательно, срок сборки конструкции подземного канала сокращается;
- значительно меньший % «лишнего» металла по сравнению с существующими типоразмерами гофр от 6% до 23,7%.
Новый оцинкованный гофрированный лист с гофром 240×57 мм имеет толщину от 3 мм до 8 мм, ширину 1313 мм и длины кратные 200, 250, 300 мм.
Далее решение поясняется ссылками на фигуры, на которых изображено следующее.
На фигуре 1 - общий вид гофрированного профиля;
На фигуре 2 - общий вид накладки;
На фигуре 3 - поперечное сечение профиля.
Листовой гофрированный профиль (фиг. 1) выполнен в виде листа с гофрами 2, по периметру которого расположено по одному ряду отверстий 1. Накладка выполнена в виде полосы гофрированного листа, аналогичного по размерам гофр стыкуемых листов и имеет отверстия 3 для соединения с отверстиями листов посредством болтового соединения. При этом, как показано на фигуре 3, расстояние между вершинами гофр В=120 мм, высота гофра Н=57 мм, с радиусом 73,5 мм.
Геометрические характеристики для расчета конструкций на прочность, устойчивость и исходные данные для изготовления оцинкованного металлического гофрированного листа 240×57 мм для толщин металла (Т) от 3 мм до 8 мм даны в таблице.
Данная таблица это паспорт гофра, постоянные величины В=120 мм, радиус = 73,5 мм, высота гофра Н=57 мм, остальные характеристики зависят от толщины металла (Т) и определяются расчетом.
Сборка листов осуществляется следующим образом.
Для создания силовой конструкции подземного канала круглого, эллиптического, арочного или другого очертания собирают кольца или звенья из листов встык с соединением их с помощью накладок болтами с гайками.
Предлагаемый способ монтажа распространяется на весь типоразмер гофр всех заводов при изменениях расположения отверстий в листах и длины самих листов, без изменения их ширины.
В заводских условиях болты устанавливают в отверстия листов и накладок в местах, указанных ниже любым из известных способов (сварка, склеивание, опрессовка), а на стройплощадке можно надевать на болты стопорные шайбы с усами внутрь, чтобы зафиксировать на листах и накладках.
Для упрощения понимания технологии сборки будем считать, что болты приварены в отверстиях листов, как описано ниже:
Лист стыковой А - болты приварены в отверстия по нижней кромке и на верхней половине боковых кромок.
Лист стыковой Б - болты приварены в отверстия по верхней кромке и на нижней половине боковых кромок.
Лист внутренний В - болты приварены в отверстия по верхней кромке.
Лист наружный Г - болты приварены в отверстия по нижней кромке и на всей высоте боковых кромок.
Накладка наружная - болты приварены в отверстия в два ряда.
Накладка внутренняя имеет отверстия в два ряда.
Рассмотрим пример сборки круглой трубы из листов и накладок:
- собирают первое кольцо из листов одной длины,
- стыки листов со сторонами, на которых расположены отверстия (А и Б), скрепляются наружными накладками с приваренными болтами, а стыки листов со сторонами, на которых в отверстиях приварены болты (А и Б), скрепляются внутренними накладками,
- после надевания листов на болты сразу закручивают гайки.
- собирают второе кольцо.
- лист (В) с внутренней стороны надевают на болты листов (А и Б) первого кольца со сдвижкой на половину длины этого листа по окружности,
- следующий лист (Г) с болтами по кромкам вставляют с наружной стороны в отверстия листов (А и Б) первого кольца,
- после надевания листов на болты устанавливают накладки на листы второго кольца 2 и закручивают гайки, скрепляя два кольца и стыки листов второго кольца,
- установка листов второго кольца поочередно снаружи и изнутри делается для соблюдения размера периметра окружности.
- при нечетном числе листов кольцо замыкается наружной накладкой с болтами, при четном числе листов кольцо замыкается внутренней накладкой.