БАЛКА

БАЛКА


--- Закажите полную версию данного патента ---
RU (11) 2232125 (13) C2

(51) 7 B66C6/00, E04C3/04 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 19.01.2009 - прекратил действие 

--------------------------------------------------------------------------------

(21) Заявка: 2002112377/11 
(22) Дата подачи заявки: 2002.05.07 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 2002.05.07 
(43) Дата публикации заявки: 2004.01.27 
(45) Опубликовано: 2004.07.10 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: EP 0293789 A1, 12.07.1988. SU 852772 A, 07.08.1981. SU 802472 A, 15.02.1981. 
(72) Автор(ы): Нежданов К.К. (RU); Туманов В.А. (RU); Нежданов А.К. (RU); Лаштанкин А.С. (RU) 
(73) Патентообладатель(и): Пензенская государственная архитектурно-строительная академия (RU) 
Адрес для переписки: 440028, г.Пенза, ул. Титова, 28, ПГАСА 

(54) БАЛКА 

Изобретение относится к металлическим конструкциям. Прокатная балка содержит стенку и два пояса, выполнена симметричной из четырех элементов, двух зеркальных относительно осей у и х профильных элементов, каждый из которых содержит вертикально ориентированную стенку, плавно переходящую по радиусу кривой сверху и снизу в трубчатого профиля элемент, составляющий четвертинку сечения трубы, затем переходящий в горизонтальный отгиб, стенки зеркальных профильных элементов соединены друг с другом полыми заклепками с внедренным в каждую сердечником, причем отгибы соединены друг с другом сверху и снизу затяжками из листа также посредством полых заклепок с внедренным в каждую сердечником, при этом четвертинки трубчатого профиля образуют лотки, сверху и снизу замкнутые затяжками. Технический результат изобретения - снижение материалоемкости прокатного профиля. 1 ил.




ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Предлагаемое изобретение относится к металлическим конструкциям.

Известны двутавровые прокатные балки [1, с.260]. Недостаток этого технического решения - значительная материалоемкость. Известна балка, содержащая два зеркально расположенных профильных элемента, соединенных сверху и снизу затяжками из листа и имеющими вертикально ориентированные стенки [ЕР 0293789 А1, 12.07.1988, фиг.4,5]. Примем это решение за аналог.

Технический результат изобретения - снижение материалоемкости балки.

Технический результат достигнут тем, что балка содержит два зеркально расположенных профильных элемента, соединенных сверху и снизу затяжками из листов и имеющих вертикально ориентированные стенки.

Отличие состоит в том, что каждый из профильных элементов выполнен с профилями, в которые плавно по кривой сверху и снизу переходит вертикально ориентированная стенка этого элемента, выполненными в виде четвертей трубы каждый.

Упомянутые профили профильных элементов в виде четвертей труб переходят в горизонтальные отгибы и в зонах выполнения их в виде четвертей труб образуют форму лотков, замкнутых сверху и снизу затяжками из листов, соединенными с горизонтальными отгибами полыми заклепками с внедренным в каждую сердечником. Стенки профильных элементов соединены друг с другом также полыми заклепками с внедренным в каждую сердечником.

Площадь сечения двух соединенных стенок составляет 38%, двух лотков - 15%, а четырех горизонтальных отгибов и двух затяжек - 47% от всей площади сечения балки.

Сопоставление с аналогом показывает существующие отличия разработанного профиля:

- зеркальные профильные элементы симметричны относительно осей x и y, прокатаны на прокатном стане и имеют плавные по кривой переходы от стенки к четвертям трубы и затем к горизонтальным отгибам;

- эффективные коэффициенты концентрации напряжений сведены к минимуму, то есть близки к единице, и поэтому выносливость зеркальных профильных элементов наивысшая [3];

- соединения зеркальных профильных элементов друг с другом и с затяжками выполнены посредством полых заклепок с внедренным в каждую сердечником [4];

- трудоемкость изготовления сведена к минимуму, так как сечение балки состоит из прокатных элементов, и их соединяют автоматизированно на поточной линии с использованием пиротехнических установок, выполняющих пробитие в пакетах соединяемых элементов с автоматизированной постановкой полых заклепок;

- балка обладает амортизирующими свойствами из-за лотков сверху и снизу сечения.

- распределение материала по сечению обеспечивает максимальный момент сопротивление и, следовательно, минимальную материалоемкость.

На чертеже показан профиль сечения балки.

Балка содержит два зеркальных относительно осей х и у профильных элемента 1 и две затяжки 2 сверху и снизу. Элементы соединены друг с другом полыми заклепками 3 с внедренным в каждую сердечником.

Каждый из зеркальных профильных элементов состоит из стенки а, переходящей в элемент трубчатого профиля, составляющий четверть b трубы. Четверть b плавно переходит в отгиб с.

Зеркальные профильные элементы соединены друг с другом полыми заклепками и образуют в сборке двутавровую балку.

Четверти b образуют лотки сверху и снизу. Каждый из лотков соединен посредством затяжки 2 и полых заклепок 3 с отгибами с зеркальных профильных элементов 1.

Распределим материал по сечению балки так, чтобы из заготовки с площадью сечения А получить балку, обладающую наибольшим моментом сопротивления Wmax или обладающую наибольшей прочностью.

Для удобства проката зеркальных профильных элементов 1 примем, что толщина листа заготовки везде одинакова, то есть толщина стенки равна толщине четверти и равна толщине отгиба t. Толщину затяжки примем равной tз=1,2t.

Высота стенки hст составляет 0,8 от высоты h балки, hст=0,8 h. Диаметр лотка D составляет 0,2 от высоты балки D=0,2h. To есть по сравнению с аналогом мы уменьшаем высоту стенки на 20%, что приводит к такому же уменьшению гибкости стенки 

Для максимального снижения материалоемкости площадь сечения необходимо распределить между элементами сечения таким образом, чтобы профиль получил максимальный момент сопротивления Wx. Вся площадь сечения А должна распределятся в определенной пропорции между стенкой Аст, лотками 2Ал и свисающими частями стенки 2Асв, включая две затяжки. Введем коэффициент материалоемкости стенки балки К. Тогда:

КА - материалоемкость стенки балки.

Площадь сечения двух лотков равна 2Aл= Dtл,

где D=0,2h - диаметр лотка; D=0,25hст;

h=1,25hст - высота балки;

tл=0,5tст - толщина лотка равна толщине стенки;



Площадь сечения свесов, включая две затяжки, равна



Собственные моменты инерции двух лотков запишем, используя справочник по сопротивления материалов [2, с.62]



Расстояние от главной оси х до центра тяжести каждого из лотков равно



Гибкость стенки 

Высота стенки равна 

Высота всей балки 

Тогда собственные моменты инерции двух лотков



Запишем главный момент инерции балки, пренебрегая в запас прочности собственными моментами инерции свеков затяжек



Заменим Аст, Асв, Ал, hст.

Получим

или



Поделив на , получим момент сопротивления профиля



Взяв производную по К, найдем экстремум Wx



Отсюда коэффициент материалоемкости равен K=0,38022, то есть для максимального снижения материалоемкости на стенку необходимо истратить 38,02% стали от всей площади сечения.

Подставив К в полученные формулы, имеем:

Площади сечения:

стенки: Acт=0,38022A;

двух лотков: 2Ал=0,149314;

свесов и затяжек: 2Асв=0,47047А (в том числе площадь сечения двух затяжек).

Главный момент инерции Jх=0,09902А2 .

Момент сопротивления 

Минимальная площадь сечения в зависимости от момента сопротивления



Толщина стенки балки 

Высота стенки hст=0,8h.

Момент сопротивления двух лотков 

Пример конкретной реализации

Сравним разработанный новый профиль с аналогом, например двутавром I100Б4 [1, с.261]

А=397 см2; Jx=662170 см4; Wx=13060 см2; ix=40,8 см; iy=6,85 см; h=101,4 см;

hст=101,4-23,3=94,8 см; ст=94,8/1,86=51; tст=1,86.

В соответствии с действующими нормами назначаем гибкость стенки, при которой не требуется проверка ее устойчивости [3, с.27, п.7.3]



Ry=230 МПа; Е=206000 МПа.

Тогда 

Принимаем гибкость стенки 74,8.

Площадь сечения оставляем без изменения А=397 см2. Эту площадь распределяем по сечению следующим образом:

Площади сечения:

стенки: 0,3802397=150,95 см2,



Момент сопротивления нового двутавра будет равен 



Толщина стенки 

Высота балки 

Высота стенки hст=0,8h=106,26 см.

Момент инерции Jx=0,09902A2 =0,09902 3972 74,8=1167362 см4.

Сопоставление с аналогом показывает, что:

момент сопротивления увеличился в раза;

момент инерции увеличился в раза.

Если принять толщину свеса tсв=0,71 см, то ширина двух свесов равна



Диаметр лотка D=0,2h=0,2132,82=26,56 см.

Ширина балки bmax=D+2bсв=26,56+131,52=158,08 см.

Для уменьшения ширины балки площадь сечения свесов распределяем по сечению свеса и затяжки толщиной tзат=1,2tсв







Ширина балки 

Момент инерции относительно вертикальной оси y



где d - внутренний диаметр лотка;

d=D-2tст=26,56-2 1,42=23,72 см;



У аналога было Jy=18620 см4 (100%).

То есть момент инерции Jy увеличился в 12,97 раза!



У аналога было Wy=1150 см3 (100%).

Момент сопротивления Wy увеличился в 2,65 раза.

Эффективность нового балочного профиля высокая.

Примем равные с аналогом моменты сопротивления, то есть Wx=13060 см3.

Находим минимальную площадь сечения



Распределяем площадь по сечению.

Площади сечения:



Толщина стенки 

Высота балки 

Высота стенки hст=0,8h=84,45 см.

Момент инерции Jx=0,09902A2 =0,09902 250,82 74,8=465885,9 см4.

Момент сопротивления



Произошло снижение материалоемкости.

Материалоемкость новой балки по сравнению с первой составляет , то есть материалоемкость снижена на 36,8%.

Экономический эффект достигнут за счет применения рационального профиля балки. Показатели материалоемкости в большей степени зависят от толщины стенки tст и гибкости стенки ст. В нашем случае стенка сопряжена с полками посредством лотков и это позволило уменьшить высоту стенки на 20% и, следовательно, и гибкость стенки на 20%. Полученный коэффициент материалоемкости стенки K=0,38022 позволил достигнуть максимального момента сопротивления при заданной площади сечения или достигнуть минимальной материалоемкости при заданном моменте сопротивления.

Таким образом, новый профиль снижает материалоемкость до 36% по сравнению с аналогом при одинаковом моменте сопротивления.

Если же делать балку с такой же площадью сечения, как аналог, то моменты сопротивления Wx повышаются на 25... 28%, момент Wy - на 25... 30%.

Моменты инерции повышаются значительно больше Jx на 55... 59%, a Jy - на 50... 55%.

Особенно эффективен новый профиль для подкрановых балок и колонн промышленных и гражданских зданий, так как у профиля сильно увеличен момент инерции Jy и момент сопротивления Wy.

Литература

1. Васильченко В.Т. и др. Справочник конструктора металлических конструкций. Киев, “Будiвельник”, 1980, 288 с.

2. Писаренко Г.С. и др. Справочник по сопротивлению материалов. Киев, “Наукова думка”, 1975, 704 с.

3. СНиП II-23-81* Стальные конструкции, Госстрой СССР, Москва, 1999, 96 с.

4. Нежданов К.К., Васильев А.В., Колмыков В.А., Нежданов А.К. Способ и устройство для неподвижного соединения. Патент России №2114328. Бюл. №18, зарегистрирован 27.06.1998. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



Балка, содержащая два зеркально расположенных профильных элемента, соединенных сверху и снизу затяжками из листов и имеющих вертикально ориентированные стенки, отличающаяся тем, что каждый профильный элемент выполнен с профилями, в которые плавно по кривой сверху и снизу переходит вертикально ориентированная стенка этого элемента, выполненными в виде четверти трубы каждый, упомянутые профили профильных элементов в виде четвертей труб переходят в горизонтальные отгибы и в зонах выполнения их в виде четвертей труб образуют форму лотков, замкнутых сверху и снизу затяжками из листов, соединенными с горизонтальными отгибами полыми заклепками с внедренным в каждую сердечником, при этом стенки профильных элементов соединены друг с другом также полыми заклепками с внедренным в каждую сердечником.




ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал

Подборка патентов изобретений и технологий относящихся к СТРОЙИНДУСТРИИ: строительные составы, смеси и композиции для производства строительных материалов и ведения строительных работ, бетон, специальный бетон, добавки для бетона, влияющие на его физические и химические свойства, специальные строительные составы, смеси и композиции обладающие гидроизолирующими, теплозащитными, звукоизоляционными, антикоррозийными, герметизирующими, радиационно-защитными свойствами и способы их получения, лакокрасочные, клеевые составы и композиции, строительные изделия, окна и двери. шторы и жалюзи. фурнитура, гарнитура и комплектующие, устройство кровли, крыш зданий и сооружений кровельные материалы и изделия. приспособления и устройства, устройство покрытий полов. наливные полы. смеси и композиции, строительство и ремонт гидротехнических сооружений, технологии строительства и ремонтно-строительные работы при возведении объектов промышленного и гражданского назначения, новые технологии и способы ведения ремонтно-строительных работ, строительная техника и оборудование для производства строительных материалов и ведения строительных работ.



Новые технологии и изобретения в стройиндустрии




СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "и" означает, что будут найдены только те страницы, где встречается каждое из ключевых слов. Например, при запросе "силикатный кирпич" будет найдено словосочетание "силикатный кирпич". При использовании режима "или" результатом поиска будут все страницы, где встречается хотя бы одно ключевое слово ("силикатный" или "кирпич").

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+силикатный -кирпич".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "кирпич" будут найдены слова "кирпич", "кирпичи" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу "кирпич!".


Строительные составы, смеси и композиции для производства строительных материалов и ведения строительных работ | Специальные строительные составы, смеси и композиции обладающие гидроизолирующими, теплозащитными, звукоизоляционными, антикоррозийными, герметизирующими, радиационно-защитными свойствами и способы их получения | Лакокрасочные, клеевые составы и композиции | Строительные изделия | Новые технологии и способы ведения ремонтно-строительных работ | Окна и двери. Шторы и жалюзи. Фурнитура, гарнитура и комплектующие | Устройство кровли, крыш зданий и сооружений кровельные материалы и изделия. Приспособления и устройства | Бетон. Добавки для бетона, влияющие на его физические и химические свойства | Устройство покрытий полов. Наливные полы. Смеси и композиции | Строительство и ремонт гидротехнических сооружений | Технологии строительства и ремонтно-строительные работы при возведении объектов промышленного и гражданского назначения | Строительная техника и оборудование для производства строительных материалов и ведения строительных работ | Способы производства строительных материалов из древесины и отходов деревообработки


Рейтинг@Mail.ru