СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПРЕДВАРИТЕЛЬНО НАПРЯЖЕННОЙ ДВУТАВРОВОЙ БАЛКИ
MANUFACTURING METHOD OF PRE-STRESSED H-BEAM

Предлагаемое изобретение относится к технологии изготовления металлических строительных конструкций, а именно к изготовлению предварительно напряженных балок.
Известен способ изготовления конструкций предварительно напряженной металлической балки, которая состоит из составной балки, состоящей из верхнего пояса, стенки и нижнего пояса, к которому закреплены преднапряженные элементы - затяжки из высокопрочной стали, которые растягивают механическим или электротермическим методом (см. Е.И. Беленя «Предварительно напряженные несущие металлические конструкции», М., Стройиздат, 1975 г., стр. 119-121).
Недостатком известного способа изготовления балки является низкая эффективность напряжения, расход металла, при этом сам процесс натяжения очень сложный.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является способ изготовления балки двутаврового сечения с возможностью создания предварительного напряжения, изготавливаемого изгибом тавра внешней нагрузкой, приложенной к поясу тавра, до появления в крайней нижней зоне стенки напряжений, равных расчетному сопротивлению малоуглеродистой стали с последующим присоединением к предварительно изогнутому тавру недостающего пояса (см. Иодчик А.А. Диссертация на соискание уч. степ. к. т.н. ФГБОУ ВПО Тихоокеанский государственный университет «Исследования напряженно-деформированного состояния стальных тонкостенных балок, предварительно напряженных изгибом тавра», г. Улан-Удэ, 2013 г., специальность 05.23.01, с. 32-40).
2
Недостатком известного способа изготовления металлической балки двутаврового сечения является то, что напряженное состояние стенки только с одной стороны (на сжатие, а с другой стороны, низ, на растяжение, а желательно, чтобы оба пояса имели равный знак, например, на сжатие). Балка имеет изогнутый профиль и ее крайние части опираются краями (концами балки) на опору не плоскостью, а линейно, что увеличивает нагрузку на 1 см. Такую балку ввиду ее изогнутости невозможно использовать как крановую - тельфер будет буксовать при его движении на подъеме, самопроизвольно скатываться при движении под уклон.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение эксплуатационных качеств двутавровой балки с напряжением краев стенки и полок двутавра, работающих на сжатие, без изгиба изделия после предварительного напряжения, что дает двойное напряжение балки.
Технический результат достигается тем, что в способе изготовления предварительно напряженной двутавровой балки, состоящей из стенки и нижней и верхней полок, включающей выгиб стенки и нижней полки, крепление верхней полки к растянутой верхней части стенки, согласно изобретению после крепления верхней полки к стенке нижняя полка отделяется от двутавра, а верхнюю полку и стенку дополнительно выгибают в обратную сторону, после чего нижнюю полку крепят к растянутой нижней части стенки.
Таким образом, отличием способа изготовления предварительно напряженной двутавровой балки, от прототипа, является:
- дополнительный выгиб балки, что позволяет повысить ее несущую способность;
- прямолинейное положение балки, что упрощает ее использование в конструкциях.
Изобретение поясняется чертежами, где:
- на фиг. 1:
а) изображены полка и стенка в исходном состоянии;
б) изображены полка и стенка со сваркой в исходном состоянии в поперечном разрезе;
- на фиг. 2:
а) изображен выгиб конструкции в сторону стенки;
б) изображен поперечный разрез выгиба конструкции в сторону стенки;
- на фиг. 3:
а) изображено крепление полки к растянутой стенке;
б) изображено крепление полки к растянутой стенке в поперечном разрезе;
- на фиг. 4:
а) изображено, как отделяется нижняя полка;
б) изображено, как отделяется нижняя полка в поперечном разрезе;
- на фиг. 5:
а) изображен выгиб балки в обратную сторону;
б) изображен поперечный разрез выгиба балки в обратную сторону;
- на фиг. 6:
а) изображено крепление к растянутой зоне нижней полки;
б) изображено крепление к растянутой зоне нижней полки в поперечном разрезе;
- на фиг. 7:
а) изображена готовая предварительно напряженная балка с двойным выгибом в прямолинейном положении;
б) изображена готовая предварительно напряженная балка с двойным выгибом в прямолинейном положении в поперечном разрезе.
Конструкция предварительно напряженной металлической двутавровой балки состоит из нижней полки 1, стенки 2 и верхней полки 3, которые соединены сварным швом 4.
Процесс напряжения двутавровой балки осуществляют следующим образом: приваренные нижнюю полку 1 и стенку 2 выгибают в сторону стенки, к растянутой части стенки 2 приваривают верхнюю полку 3, далее нижнюю полку 1 отделяют от конструкции, которую в свою очередь выгибают в обратную сторону, и нижнюю полку 1 приваривают к растянутой стороне стенки 2. Напряжение в верхней и нижней полках 1, 3 и краях стенки 2 одинаковые, балка принимает прямолинейное положение. В связи с тем, что двутавровая балка имеет двойное напряжение, это позволяет резко повысить ее эксплуатационные качества. Так как средняя часть стенки 2 менее напряжена, по сравнению с ее верхней и нижней частями, это позволяет более равномерно передавать нагрузку от верхней полки 3 к нижней 1 и наоборот. Двутавровая балка равномерно ложится на опоры, так как она не изогнута (раньше она ложилась только крайними частями). Двутавровую балку можно использовать как крановую, тельфер будет равномерно двигаться по всей ее длине, а на изогнутой балке буксовать на подъеме и самопроизвольно двигаться под уклон.
В процессе напряжения в балке возникают напряжения, обратные по знаку напряжениям, которые возникают при действии эксплуатационной нагрузки. Во время работы балки эти напряжения используются в первую очередь, увеличивая таким образом упругую работу балки.
Механизмы для выгиба балки - пригрузы, анкеры и домкраты (на фиг. 1-7 не показаны).
Предлагаемое изобретение по сравнению с прототипом (см. Иодчик А.А. Диссертация на соискание уч. степ.к. т.н. ФГБОУ ВПО Тихоокеанский государственный университет «Исследования напряженно-деформированного состояния стальных тонкостенных балок, предварительно напряженных изгибом тавра», г. Улан - Удэ, 2013 г., специальность 05.23.01, с. 32-40) имеет следующие преимущества:
- повышение эксплуатационных качеств;
- равномерная передача нагрузки от верхней полки к нижней и наоборот;
- использование двутавровой балки как крановой.
Балка является основным и простейшим конструктивным элементом, работающим на изгиб, где подвергается действию поперечной нагрузки или внешних пар, при этом в ее сечениях возникают изгибающие моменты, т.е. внутренние моменты, плоскость действия которых перпендикулярна плоскости поперечного сечения балки.