RU226056U1

RU226056U1 - Пятиугольная равнокатетная труба балочной модификации

Info

Publication number: RU226056U1
Application number: RU2024106339U
Authority: RU
Inventors: Александр Суренович Марутян
Original assignee: Александр Суренович Марутян
Filing date: 2024-03-06
Publication date: 2024-05-20

Abstract

Полезная модель относится к области строительства и может быть использована в элементах каркасов, покрытий (перекрытий), балочных клетках, подкрановых балках, мостах и других несущих конструкциях зданий и сооружений.

Техническим результатом предлагаемого решения является увеличение несущей способности пятиугольных равнокатетных труб балочной модификации на изгиб.

Указанный технический результат достигается тем, что в пятиугольной равнокатетной трубе балочной модификации, включающей одну горизонтальную полку, две вертикальные стенки и две наклонные относительно вертикали на 45° грани, а также сварной стык наклонных граней, отношение габаритов ширины и высоты составляет 1/3 по средней линии сечения.

Description

Известно техническое решение тонкостенной несущей конструкции замкнутого сечения, выполненной из состыкованных между собой сварными продольными швами швеллеров и уголков с образованием, по меньшей мере, одной пятигранной замкнутой ячейки [Копытов М.М., Ерохин К.А., Матвеев А.В., Косинцев А.С., Яшин С.Г. Тонкостенная несущая конструкция замкнутого сечения // Патент №2174576, 10.10.2001, бюл. №28]. Суть этой конструкции заключается в пятигранной (пятиугольной) трубе, скомпонованная из прокатных профилей незамкнутого сечения, коими являются швеллер и равнополочный уголок, в виде составного коробчатого стержневого элемента. Обладая преимуществами, свойственными замкнутым профилям (профильным трубам), такая конструкция имеет определенные недостатки. В их число входят парные продольные сварные швы (сплошные или прерывистые), стыкующие швеллер и уголок в пятигранный профиль, неизбежно повышая себестоимость и трудоемкость их изготовления. Так как грани пятиугольного профиля имеют разные толщины, конструкционный материал распределяется по периметру его поперечного сечения неравномерно. Параметры тонкостенности швеллера и уголка оптимизированы в рамках формирования прокатных профилей открытого сечения независимо друг от друга, что ухудшает численный показатель равноустойчивости пятигранного (пятиугольного) замкнутого сечения до 15% (i_x/i_y=1,15; i_x и i_y - радиусы инерции сечения относительно центральных осей абсцисс и ординат).

Сравнительный анализ технико-экономических характеристик легких металлоконструкций из пятигранных труб, скомпонованных с использованием прокатных уголков и швеллеров, показал, что по расходу материала они уступают только фермам из гнутосварных профилей прямоугольного сечения типа «Молодечно» [Копытов М.М., Матвеев А.В. Легкие металлоконструкции из пятигранных труб // Томск: STT, 2007. С. 21-22]. Исходя из этого, за основу формообразования и оптимизации по критерию равноустойчивости пятиугольного замкнутого гнутосварного профиля была принята квадратная профильная труба.

Наиболее близким техническим решением (принятым за прототип) к предлагаемой пятиугольной равнокатетной трубе балочной модификации является уже упомянутый пятиугольный замкнутый гнутосварной профиль, включающий в свой состав одну горизонтальную полку между парными вертикальными стенками, а также прямой угол между парными наклонными гранями. Выполненный из единой листовой заготовки, он имеет численные параметры поперечного сечения, оптимизированные по критерию равноустойчивости относительно центральных осей абсцисс и ординат с использованием условного квадратного замкнутого гнутосварного профиля таким образом, что отношение высоты вертикальных стенок пятиугольного профиля к ширине его горизонтальной полки составляет 0,54...0,61. При этом реальный и условный профили обладают одними и теми же толщиной, периметром и площадью сечения, которые представляют собой постоянные величины [Марутян А.С., Кобалия Т.Л., Янукян Г.М., Глухов С.А., Павленко Ю.И. Пятиугольный замкнутый гнутосварной профиль // Патент №104582, 20.05.2011, бюл. №14].

Недостаток технического решения из прототипа применительно к балочным системам представляет собой ограниченную величину его строительной высоты в силовой плоскости несущей конструкции и, как следствие, соразмерно высоте ограниченную несущую способность на изгиб. Поэтому пятиугольный равнокатетный гнутосварной профиль, оптимизированный по критерию равноустойчивости на основе квадратной профильной трубы, целесообразно дополнительно проработать аналогичным образом на базе прямоугольной профильной трубы с отношением размеров ширины и высоты 1/3 по средней линии расчетного сечения, оптимизированным по критерию максимальной прочности на изгиб при ее перепрофилировании из круглой трубы [Марутян А.С. Способ перепрофилирования круглой трубы в прямоугольную // Патент №2756683, 04.10.2021, бюл. №28].

Техническим результатом предлагаемого решения является увеличение несущей способности пятиугольных равнокатетных труб на изгиб.

Пятиугольная равнокатетная труба имеет один продольный сварной шов, равномерное распределение конструкционного материала по периметру сечения, оптимальную несущую способность на изгиб, соразмерную ее габариту по высоте.

Предлагаемое техническое решение поясняется графическими материалами, где на

фиг. 1 представлен снимок среза разнокалиберных пятиугольных равнокатетных труб балочной модификации;

фиг. 2 - расчетная схема поперечного сечения пятиугольных равнокатетных труб балочной модификации;

фиг. 3 - профиль с расчетными параметрами пятиугольных равнокатетных труб балочной модификации.

Из расчетной схемы на фиг. 3 видно, что сечение пятиугольной трубы можно считать составным из пяти прямоугольных участков, средние линии которых обозначают собой одну полку (горизонтальную грань), пару стенок (вертикальных граней) и пару наклонных граней с прямым углом между ними. Расчетные выкладки при этом допустимо выполнять по средней (срединной) линии тонкостенного сечения без учета его угловых закруглений и без учета численных величин, содержащих значения толщины, возведенной во вторую и третью степень (t², t³).

Пятиугольные трубы равнокатетной модификации имеют в общем случае следующие расчетные параметры поперечного сечения:

A=tU(2/n+1,4142135);

y_min=U(l/n²+0,4142135/n-0,1035533)/(2/n+1,4142135);

I_x=tU³(0,6666666/n⁵+2,3570225/n⁴+1,7475467/n³+0,0167506/n²-

-0,1190776/n+0,0538623)/(2/n+1,4142135)²;

I_y=tU³(0,5/n-0,0488157),

где A(t) - площадь сечения (толщина) листовой заготовки трубчатого профиля; U(V) - габарит ширины (высоты) по средней линии расчетного сечения; n=U/V; y_min - ордината центра тяжести относительно средней линии горизонтальной грани (полки); I_x (I_y) - осевой момент инерции сечения относительно центральной оси абсцисс (ординат); n - отношение габаритов ширины и высоты по средней линии сечения, n=U/V [Марутян А.С. Оптимизация ферменных конструкций с поясами из пятиугольных равнокатетных и равнобедренных профильных труб // Строительная механика и расчет сооружений. 2022, №5. С. 54-62].

Чтобы получить расчетные значения статических (геометрических) характеристик пятиугольных равнокатетных труб балочной модификации, необходимо и достаточно подставить в приведенные формулы n=1/3:

A=7,4142135tU; U=0,1348760A/t; V=0,4046280A/t (134,2%);

y_min=1,2557852U=0,1348760A/t; y_max=1,7442148U=0,2352528A/t;

I_x=7,2757115tU³=0,0178516А³/t²; (165,2%);

I_y=1,4511843tU³=0,0035606A³/t²;

W_x,,min=4,1713391 tU²=0,075 8830A²/t (129,0%);

W_X,MAX=5,7937547tU²=0,1053972A²/t (114,9%);

W_y=2,9023686tU²=0,0527985A²/t;

i_x=0,9906156U=0,1336102A/t (128,5%); i_y=0,4424138U=0,0596710A/t, где i_x (i_y) - радиус инерции сечения относительно центральной оси абсцисс (ординат); W_x,min и W_x,max (W_y) - моменты сопротивления сечения относительно центральной оси абсцисс (ординат).

Для сравнения здесь за эталонные (100-процентные) показатели приняты соответствующие характеристики пятиугольной равнокатетной профильной трубы из прототипа, оптимизированной по критерию равноустойчивости, что позволяет отнести ее к стержневой модификации:

n=U/V=0,9315083=1/1,0735277;

A=3,5612688tU; U=0,2807987A/t; V=0,3014451A/t;

y_min=0,4193948U=0,1177655A/t; y_max=0,6541329U=0,1836796A/t;

I_x=I_y=0,4879481tU³=0,0108033A³/t²; i_x=i_y=0,3701556U=0,1039392A/t;

W_x,min=0,7459464tU²=0,0588162A²/t; W_x,max=1,1634576tU²=0,0917361A²/t;

W_y=0,9758962tU²=0,0769473A²/t.

Из сравнения расчетных параметров предлагаемого технического решения и его прототипа видно, что, если высота возросла в 1,34 раза, то в направлении наибольшей жесткости, расположенном, как правило, в силовой плоскости несущей конструкции, момент инерции увеличился в 1,65 раза, моменты сопротивления - в 1,29 и 1,15 раза, радиус инерции - в 1,29 раза.

Полученные итоги позволяют прийти к основному выводу, согласно которому пятиугольные равнокатетные трубы балочной модификации достаточно рациональны для перспективного применения в несущих конструкциях различных зданий и сооружений.

Claims

Пятиугольная равнокатетная труба балочной модификации, включающая одну горизонтальную полку, две вертикальные стенки и две наклонные относительно вертикали на 45° грани, а также сварной стык наклонных граней, отличающаяся тем, что отношение габаритов ширины и высоты составляет 1/3 по средней линии сечения.