МЕТАЛЛИЧЕСКАЯ ДВУТАВРОВАЯ БАЛКА С ГОФРИРОВАННОЙ СТЕНКОЙ

Полезная модель относится к области строительства, в частности к металлическим балочным конструкциям, и может быть использована как облегченный несущий элемент каркаса зданий и сооружений.
Известна металлическая балка с гофрированной стенкой (US Patent №4251973), представляющая собой двутавровую балку, состоящую из двух плоских прямоугольных полок, разделенных стенкой, имеющей ограниченную поперечную гофрировку, выполненную только на средней части стенки и не продолжающуюся до полок. Гофры располагаются поперек центральной продольной оси стенки и могут выполняться либо штамповкой, либо прокаткой, при этом части стенки, примыкающие к полкам, остаются плоскими. Толщина стенки ограничивается величинами 2-12 мм, т.к. в более толстой стенке тяжело формировать гофры. Соединение стенки и полок осуществляется сваркой. Переход от гофрированной стенки к плоской ее части осуществляется путем концевых скосов гофра под углом не более 45°. Плоские участки стенки включаются в работу балки при изгибе, разгружая тем самым полки.
Описанная балка является наиболее близкой по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемой и принята за ближайший аналог.
Недостатком конструктивного оформления описанной балки является высокая концентрация напряжений в зоне перехода гофра в плоскую часть стенки, что снижает ее несущую способность и ограничивает область применения.
Техническим результатом полезной модели является повышение несущей способности за счет снижения концентрации напряжений в зоне перехода гофра в плоскую часть стенки.
Для получения необходимого технического результата в металлической двутавровой балке с гофрированной стенкой, содержащей две плоские прямоугольные полки и стенку между ними, выполненную с вертикальным гофрированием, предлагается гофрирование выполнить по всей высоте стенки, а высоту профиля гофра по высоте стенки выполнить изменяющейся по синусоиде от нуля у кромки стыка стенки с полкой до максимума у нейтральной оси балки.
Металлическая двутавровая балка с гофрированной стенкой, высота гофра которой изменяется по синусоидальному закону может изготавливаться из различных металлов, преимущественно из сталей групп обычной и повышенной прочности. Технология изготовления такой балки заключается в прокатке между валками шестеренчатого типа листовой заготовки, шириной равной высоте стенки балки, и последующей ручной или автоматической сварки по прямой линии стенки с полками с помощью непрерывных, односторонних или двусторонних сварных швов, выбор которых зависит от конкретных геометрических характеристик материалов, а также от критериев их свариваемости и условий эксплуатации. Придание листовой заготовке гофрированной формы возможно также с помощью штамповки.
Профиль гофров может быть различным: волнистый (синусоидальный, параболический, эллипсоидный) или трапецеидальный (в частном случае - прямоугольный).
Полезная модель поясняется рисунками, где профиль гофров стенки балки является прямоугольным.
На фиг. 1 изображено конструктивное оформление предлагаемой металлической двутавровой балки с гофрированной стенкой с
прямоугольным профилем гофров; на фиг. 2 - то же, поперечный разрез А-А по нейтральной оси балки.
На рисунках приняты следующие обозначения:
1 - плоские прямоугольные полки;
2 - гофрированная стенка, высота гофра которой изменяется по синусоидальному закону от нуля у кромки стыка стенки с полкой до максимума у нейтральной балки;
3 - плоские прямоугольные торцевые опорные ребра.
Металлическая балка состоит двух плоских прямоугольных полок 1, соединенных гофрированной стенкой 2, и торцевых опорных ребер 3.
Эффективность предлагаемой металлической двутавровой балки с гофрированной стенкой, высота гофра которой изменяется по синусоидальному закону, обосновывается характером ее работы, который заключается в следующем: при нагружении балки внешней нагрузкой, действующей на одну или две полки и направленной в продольной плоскости симметрии балки, наблюдается поперечный изгиб конструкции. Поперечные силы воспринимаются практически полностью гофрированной стенкой 2, а изгибающие моменты - полками 1, а также участками стенки вблизи полок. Эти участки стенки включаются в работу балки при изгибе за счет минимальной высоты профиля гофров у стыка стенки с полкой. Включение этих участков стенки в работу на изгиб разгружает полки. Таким образом, применение предлагаемой балки, в отличие от ближайшего аналога, позволяет повысить несущую способность за счет снижения концентрации напряжений в зоне перехода гофра в плоскую часть стенки.
Также эффективность предлагаемой балки подтверждается расчетами в программной системе конечно-элементного анализа ANSYS. Выполненные расчеты показали, что несущая способность предлагаемой балки на 10-12% выше несущей способности балки, выполненной по конструкции, предлагаемой в ближайшем аналоге.
Предлагаемая полезная модель может применяться в конструктивных системах несущих элементов зданий и сооружений гражданского и промышленного назначения.