ГНУТЫЙ ЗАМКНУТЫЙ ПРОФИЛЬ, СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ГНУТОГО ЗАМКНУТОГО ПРОФИЛЯ, РАМА КАРКАСА ПРОСТРАНСТВЕННОЙ КОНСТРУКЦИИ, ИСПОЛЬЗУЮЩАЯ ГНУТЫЙ ЗАМКНУТЫЙ ПРОФИЛЬ, И ПРОСТРАНСТВЕННАЯ КОНСТРУКЦИЯ, ИСПОЛЬЗУЮЩАЯ РАМУ КАРКАСА
FORMED CLOSED SECTION, METHOD OF PRODUCING FORMED CLOSED SECTION, 3D-STRUCTURE CARCASS FRAME WITH SAID SECTION AND 3D STRUCTURE INCORPORATING SAID CARCASS FRAME

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к производству холодногнутых профилей проката специального назначения. Другим назначением изобретения является: строительство и производство строительных конструкций и изделий, которое может найти широкое применение при изготовлении комплектов профилей для изготовления конструкций легких рам и пространственных конструкций, используемых при возведении бытовых и хозяйственных объектов и емкостей различного назначения.
Известен гнутый профиль, имеющий подогнутые боковые стенки и корытный профиль (патент РФ №2124410, B21D5/08). Известный профиль не имеет замкнутых частей, что ограничивает его несущую способность.
Известны гнутые замкнутые профили и гнутые замкнутые сварные профили по ГОСТ 14350-80 (профили проката гнутые), которые имеют в поперечном сечении квадратный или прямоугольный профиль и стык примерно в центре одной грани. Используют эти профили в качестве элементов, несущих силовые нагрузки в пространственных конструкциях. Эффективность использования известных профилей снижается в том случае, когда требуется установка заполнения между силовыми элементами, поскольку возникает необходимость в средствах крепления заполнения.
Известен способ производства гнутого замкнутого профиля, включающий последовательную подготовку элементов формуемой полосы в проходах подгибки боковых стенок, формообразования корытного профиля и чистового прохода (патент РФ №2124410, B21D5/08). Однако известный способ не имеет возможности получения гнутого замкнутого профиля.
Известна рама каркаса пространственной конструкции, содержащая стойки, опертые на фундаментные плиты, и соединительный элемент, связанный с верхними частями стоек (полезная модель РФ №80866, Е04 В1/32). В известной раме каждая стойка и соединительный элемент составлены из большого числа коротких стержней, соединение которых производят непосредственно на месте монтажа рамы, а это усложняет процесс сборки и увеличивает ее трудоемкость.
Известна пространственная конструкция, включающая несущий каркас из стоек и системы связей, прикрепленных к ним с помощью соединительных элементов (полезная модель РФ №34190, Е04В 1/32). В известной пространственной конструкции вся система связей элементов ее каркаса осуществляется за счет сил трения, а это ограничивает возможность использования каркаса при наличии значительных силовых нагрузок.
Задача изобретения при создании нового гнутого замкнутого профиля заключается в расширении области его использования. Технический результат заключается в том, что предлагаемый гнутый замкнутый профиль может использоваться в качестве силового элемента в строительных конструкциях и одновременно выполнять функцию устройства, обеспечивающего установку заполнения между силовыми элементами.
Достигается это тем, что в гнутом замкнутом профиле, включающем в поперечном сечении квадратный или прямоугольный профиль и стык примерно в центре одной грани, согласно изобретению каждая часть грани, на которой выполнен стык, имеет продолжение, выполненное в виде Г- и/или I-образного ребра. Части, выполненные в виде Г- и/или I-образного ребра, могут быть соединены между собой контактной точечной или роликовой сваркой. Части, выполненные в виде Г- и/или I-образного ребра, могут быть соединены между собой с помощью заклепочных или болтовых соединений. В продольном направлении гнутый замкнутый профиль выполнен в виде стержня заданной длины, при этом на гранях, составляющих квадратное или прямоугольное сечение, на одном или каждом конце стержня выполнены отверстия.
Задача изобретения способа производства гнутого профиля заключается в получении изделия многофункционального назначения. Технический результат заключается в том, что из одной листовой заготовки получают один замкнутый и два незамкнутых гнутых профиля.
Достигается это тем, что в способе производства гнутого профиля, включающем последовательную подготовку элементов формуемой полосы в проходах подгибки боковых стенок, формообразование корытных профилей и чистового прохода, согласно изобретению перед чистовым проходом формируют W-образный профиль по центру формируемой закрытой части сечения, а при чистовом проходе из W-образного профиля формируют закрытый профиль. Подгибка боковых стенок и формообразование одного или двух корытных профилей может быть проведена за один проход.
Задача изобретения рамы каркаса пространственной конструкции заключается в снижении трудоемкости сборочных операций непосредственно на месте монтажа рамы. Технический результат заключается в минимизации количества сборочных элементов и упрощении процесса сборки.
Достигается это тем, что в раме каркаса пространственной конструкции, содержащей стойки, опертые на фундаментные плиты, и соединительный элемент, связанный с верхними частями стоек крепежными элементами, согласно изобретению стойки и соединительный элемент выполнены из гнутого замкнутого профиля, включающего в поперечном сечении квадратный или прямоугольный профиль и стык примерно в центре одной грани, при этом каждая часть грани, на которой выполнен стык, имеет продолжение, выполненное в виде Г- и/или I-образного ребра, крепежные элементы выполнены в виде закрепленных на гранях на каждом конце соединительного элемента, по меньшей мере, по одному дополнительному стержню с гнутым замкнутым профилем квадратного или прямоугольного сечения, в квадратные или прямоугольные отверстия в верхних частях стоек установлены дополнительные стержни соединительного элемента, снабженные отверстиями, соосными с отверстиями, выполненными на концах стойки, в соосных отверстиях установлены болтовые соединения, нижние концы стоек установлены в жестко связанные с фундаментной плитой профили, каждый из которых составлен из неравнополочных уголков, параллельные друг другу части которых образованы его длинными сторонами, примыкают к боковым стенкам стоек и выполнены с отверстиями, соосными с упомянутыми отверстиями, выполненными на концах стоек, а направленные навстречу друг другу части примыкают к наружным стенкам стоек, причем в соосных отверстиях установлены болтовые соединения. Закрепленные на концах соединительного элемента дополнительные стержни могут быть выполнены в виде коробов, имеющих основания, жестко связанные с соединительным элементом и по четыре боковины, отогнутые в сторону от основания под углом, близким к 90°. Соединительный элемент и короба могут быть соединены между собой контактной точечной сваркой. Соединительный элемент и короба могут быть соединены между собой с помощью заклепочных или болтовых соединений. Длина закрепленных на концах соединительного элемента дополнительных стержней может быть выбрана в пределах от одного до трех размеров их квадратного или прямоугольного сечения. На дополнительных стержнях могут быть выполнены отверстия. Эти отверстия могут быть выполнены резьбовыми, профиль может быть составлен из прокатных или гнутых неравнополочных уголков, длинные стороны которых параллельны друг другу и примыкают к боковым стенкам стойки.
Задача изобретения пространственной конструкции заключается в расширении области ее использования. Технический результат заключается в том, что основные элементы каркаса пространственной конструкции могут использоваться в качестве силовых и одновременно выполнять функцию устройств, обеспечивающих установку заполнения между ними.
Достигается это тем, что в пространственной конструкции, включающей несущий каркас из стоек и системы связей, прикрепленных к ним с помощью соединительных элементов, согласно изобретению стойки и соединительные элементы выполнены из гнутого замкнутого профиля, включающего в поперечном сечении квадратный или прямоугольный профиль и стык примерно в центре одной грани, при этом каждая часть грани, на которой выполнен стык, имеет продолжение, выполненное в виде Г- и/или I-образного ребра, стойки и часть соединительных элементов образуют рамы, последовательно закрепленные на фундаменте вдоль продольной оси пространственной конструкции, другая часть соединительных элементов образует связи между рамами в верхней части стоек, соединительные элементы, образующие связи между рамами, в продольном направлении выполнены в виде стержней заданной длины, при этом на гранях квадратного или прямоугольного сечения на каждом конце стержня выполнены отверстия, соосные с отверстиями, выполненными на соединительных элементах рам. Первая и/или последняя рамы могут быть снабжены дополнительными стойками, выполненными из гнутого замкнутого профиля, при этом стойки соединены попарно так, что к стойке, которая имеет продолжение, выполненное в виде Г- и I-образного ребра, к I-образному ребру присоединена стойка, которая имеет продолжение, выполненное в виде двух Г-образных ребер. Пространство между сойками соседних рам, образованное Г-образными ребрами и примыкающими к ним частями грани замкнутого профиля, может быть заполнено гнутыми профилями квадратного, и/или прямоугольного, и/или С-образного сечения, и/или монолитными блоками. Монолитные блоки могут быть выполнены из теплоизоляционного материала. Внутренняя поверхность пространственной конструкции может быть облицована пластиком, обеспечивающим использование ее в качестве емкости для жидкости.
На фиг.1 представлен гнутый замкнутый профиль, включающий в поперечном сечении квадратный профиль и стык примерно в центре одной грани, при этом каждая часть грани, на которой выполнен стык, имеет продолжение, выполненное в виде двух Г-образных ребер;
на фиг.2 - то же, при этом одна часть грани, на которой выполнен стык, имеет продолжение, выполненное в виде Г-образного ребра, а другая часть грани, на которой выполнен стык, имеет продолжение, выполненное в виде I-образного ребра;
на фиг.3 - то же, при этом каждая часть грани, на которой выполнен стык, имеет продолжение, выполненное в виде двух I-образных ребер;
на фиг.4 представлен гнутый замкнутый профиль в продольном направлении;
на фиг.5 - сечение А-А на фиг.4;
на фиг.6 показана последовательность формообразования гнутого замкнутого профиля;
на фиг.7 показаны элементы одного комплекта рамы каркаса пространственной конструкции перед началом монтажа;
на фиг.8 показаны два варианта болтовых соединений элементов рамы;
на фиг.9 показан дополнительный элемент, выполненный в виде короба;
на фиг.10 схематически показана пространственная конструкция;
на фиг.11 показана сдвоенная стойка.
Гнутый замкнутый профиль включает в поперечном сечении квадратный или прямоугольный профиль 1 и стык примерно в центре грани 3. Каждая часть грани 3 имеет продолжение, выполненное в виде Г-образного ребра 4 или I-образного ребра 5. Части, выполненные в виде Г- и/или I-образных ребер 4 и 5, могут быть соединены между собой контактной точечной или роликовой сваркой 6. Части, выполненные в виде Г- и/или I-образных ребер 4 и 5, могут быть соединены между собой с помощью заклепочных 7 или болтовых соединений (на чертежах не показано). В продольном направлении гнутый замкнутый профиль выполнен в виде стержня 8 заданной длины, при этом на гранях 9, составляющих квадратное или прямоугольное сечение, на одном или каждом конце стержня выполнены отверстия 10.
Гнутый замкнутый профиль формируют за 5-10 проходов в зависимости от предела текучести материала и относительного удлинения. Наиболее характерные проходы способа производства гнутого профиля включают последовательную подготовку элементов формуемой полосы в проходе - «подгибки боковых стенок» (фиг.6) и проходе - «формообразование корытных профилей» (фиг.6). Затем формируют «W-образный профиль по центру формируемой замкнутой части сечения» (фиг.6). Угол α между гранями 11 и 12 W-образного профиля создают в пределах 90-120°, что позволяет при чистовом проходе из W-образного профиля сформировать замкнутый профиль (фиг.6). Подгибка боковых стенок и формообразование одного или двух корытных профилей может быть проведена за один проход.
Пример конкретного выполнения
Гнутый замкнутый профиль выполнен из полосовой стали Ст.3 кп толщиной t=2 мм; поперечное сечение показано на фиг.1.
Параметры профиля: а=120 мм; b=120 мм; с=120 мм; d=120 мм.
В таблице даны сравнительные характеристики полученного гнутого замкнутого профиля и двух балок двутавровых по ГОСТ 8239-89.
Параметры профиля: а=120 мм; b=120 мм; с=120 мм; d=120 мм.
В таблице даны сравнительные характеристики полученного гнутого замкнутого профиля и двух балок двутавровых по ГОСТ 8239-89.
Сравнительные характеристики профилей
Профили
Площадь сечения, см<sup>2</sup>
Момент инерции по оси X, см<sup>4</sup>
Момент инерции по оси Y, см<sup>4</sup>
Гнутый замкнутый профиль
16,8
1114
247
Балка №14
17,4
572
41,9
Балка №18
23,4
1290
82,6
Выводы
1. При сравнительно равной площади сечения с балкой №14 предлагаемый гнутый замкнутый профиль имеет момент инерции по оси X в 1,9 раза больше, а момент инерции по оси Y больше в 5,8 раза.
2. При сравнительно равном моменте инерции по оси X с балкой №18 предлагаемый гнутый замкнутый профиль имеет площадь сечения в 1,4 раза меньше, а момент инерции по оси Y больше в 3 раза.
Рама каркаса пространственной конструкции содержит стойки 13 и 14, опертые на фундаментные плиты 15 и 16 (фиг.7). Соединительный элемент 17 связан с верхними частями стоек 13 и 14 крепежными элементами. Стойки 13 и 14 и соединительный элемент 17 выполнены из гнутого замкнутого профиля, включающего в поперечном сечении квадратный или прямоугольный профиль 1 и стык 2 примерно в центре грани 3, при этом каждая часть грани 3 имеет продолжение, выполненное в виде Г-образного ребра 4 и/или I-образного ребра 5. Крепежные элементы выполнены в виде закрепленных на гранях 18 на каждом конце соединительного элемента 17, по меньшей мере, по одному дополнительному стержню 19 с гнутым замкнутым профилем квадратного или прямоугольного сечения. В квадратные или прямоугольные отверстия 20 в верхних частях стоек 13 и 14 установлены дополнительные стержни 19 соединительного элемента 17 (для большей наглядности рама показана на фиг.7 перед началом монтажа). Дополнительные стержни 19 снабжены отверстиями 21, соосными с отверстиями 22, выполненными на концах стоек 13 и 14. В соосных отверстиях 21 и 22 установлены болтовые соединения 23 и/или 24 (фиг.8). Нижние концы стоек 13 и 14 установлены в профили 25-26 и 27-28, жестко связанные соответственно с фундаментными плитами 15 и 16. Направленные навстречу друг другу части профилей 25-26 и 27-28 примыкают к наружным стенкам 29 стоек 13 и 14. Параллельные друг другу части профилей 25-26 и 27-28 примыкают к боковым стенкам 30 стоек 13 и 14. Параллельные друг другу части профилей 25-26 и 27-28 снабжены отверстиями 31, соосными с отверстиями 32, выполненными на концах стоек 13 и 14. В соосных отверстиях 31 и 32 установлены болтовые соединения, аналогичные показанным на фиг.8. Закрепленные на концах соединительного элемента 17 дополнительные стержни 19 могут быть выполнены в виде коробов, имеющих основания 33, жестко связанные с соединительным элементом 17, и по четыре боковины 34, отогнутые в сторону от основания под углом, близким к 90° (фиг.9). Соединительный элемент 17 и дополнительные стержни 19 могут быть соединены между собой контактной точечной сваркой. Соединительный элемент 17 и дополнительные стержни 19 могут быть соединены между собой с помощью заклепочных или болтовых соединений. Длина закрепленных на концах соединительного элемента 17 дополнительных стержней 19 может быть выбрана в пределах от одного до трех размеров их квадратного или прямоугольного сечения. Отверстия на дополнительных стержнях 19 могут быть выполнены резьбовыми, например, под болты 23 (фиг.8). Профили 25-26 и 27-28 могут быть составлены из прокатных или гнутых неравнополочных уголков, длинные стороны которых параллельны друг другу и примыкают к боковым стенкам 30 стоек 13 и 14.
Пространственная конструкция включает несущий каркас из стоек 13 и 14 и системы связей, прикрепленных к ним с помощью соединительных элементов 17 и 35 (фиг.10). Стойки 13 и 14 и соединительные элементы 17 и 35 выполнены из гнутого замкнутого профиля, имеющего в поперечном сечении квадратный или прямоугольный профиль 1 и стык 2 примерно в центре грани 3, при этом каждая часть грани 3 имеет продолжение, выполненное в виде Г-образного ребра 4 и/или I-образного ребра 5. Стойки 13 и 14 и соединительные элементы 17 образуют рамы, последовательно закрепленные на фундаментных плитах 15 и 16 вдоль продольной оси пространственной конструкции. Соединительные элементы 35 образуют связи между рамами в верхних частях стоек 13 и 14. Соединительные элементы 35 в продольном направлении выполнены в виде стержней 8 заданной длины, при этом на гранях 9 квадратного или прямоугольного сечения на каждом конце стержня 8 выполнены отверстия 10, соосные с отверстиями 21, выполненными на дополнительных стержнях 19 соединительных элементов 17. Первая и/или последняя рамы могут быть снабжены дополнительными стойками 36, выполненными из гнутого замкнутого профиля, при этом стойки 13 (14), 36 соединены попарно так, что к стойке 37 (фиг.11), которая имеет продолжение, выполненное в виде Г- и I-образных ребер, к I-образному ребру 38 присоединена стойка 39, которая имеет продолжение, выполненное в виде двух Г-образных ребер. Пространство между стойками 13(14) соседних рам, образованное Г-образными ребрами и примыкающими к ним частями грани 3 замкнутого профиля, может быть заполнено гнутыми профилями 40 квадратного, и/или прямоугольного, и/или С-образного сечения, и/или монолитными блоками 41. Монолитные блоки 41 могут быть выполнены из теплоизоляционного материала. Внутренняя поверхность пространственной конструкции может быть облицована пластиком 42, обеспечивающим использование ее в качестве емкости для жидкости.
Пример использования пространственной конструкции в качестве емкости для жидкости
2
Исходные данные: высота емкости - 3000 мм; расстояние между стойками 13(14) - 1000 мм; максимальное гидростатическое давление - 30 кН/м; параметры стоек 13(14) приведены в таблице.
2
Если учитывать, что на стойку 13(14) действует гидростатическое давление - 30 кН/м на ширине 1 м, тогда максимальная распределенная нагрузка в нижней части стоек 13(14) составит - 30 кН/м = 30Н/мм, а минимальная в верхней части стоек 13(14) будет равна нулю. При этих условиях максимальное напряжение составит 187 мПа.