ЭЛЕМЕНТ КОНСТРУКЦИИ УВАКИНЫХ Российский патент 1995 года по МПК E04C2/34 

Изобретение относится к конструкциям сейсмостойких зданий, сооружений и может быть использовано в объектах, работающих при больших вибрационных и ударных ускорениях, в частности на транспорте, в авиации, ракетостроении, подводных и надводных кораблях, теплоэнергетике и атомной энергетике, вращающихся в стационарных печах и дымовых трубах.

Известна многослойная стеновая панель, включающая наружные обшивки и заполнитель, образованный слоями гофрированного листового материала, наложенного один на другой вершинами гофров, которая имеет малую прочность и большую конструктивную анизотропию по жесткости на изгиб.

Известна также стеновая панель, содержащая плоские наружные тонкостенные обшивки, заполнитель с малыми плотностью и теплопроводностью, образованный пакетом тонкостенных гофрированных листов с ортогональным направлением гофров смежных листов, соединенных в местах контактирования гофров между собой и с обшивками с образованием каналов для теплоносителя и теплового экрана.

Недостатками этих конструкций являются низкие эксплуатационные качества, обусловленные малой толщиной листового заполнителя, а именно малый ресурс заполнителя в условиях эксплуатации, большой расход антикоррозионных покрытий, обусловленный большой удельной поверхностью заполнителя, и большая стоимость панели.

Целью изобретения является улучшение эксплуатационных качеств элемента конструкции за счет обеспечения возможности изменения толщины заполнителя.

Для этого в известном элементе конструкции, содержащем по крайней мере две тонкостенные оболочки с эквидистантными поверхностями и заполнитель с малыми плотностью и теплопроводностью, размещенный между оболочками и соединенный с ними с образованием теплового экрана и каналов для теплоносителя, заполнитель выполнен из проволочного многоэлементного каркаса в виде пространственной решетки с высотой, равной расстоянию между эквидистантными оболочками, ячейки которой образованы боковыми ребрами правильных пирамид, соединенных сваркой с тонкостенными оболочками в местах контактирования вершин пирамид.

Выполнение заполнителя элемента конструкции большой жесткости из проволочного многоэлементного каркаса в виде пространственной решетки с диаметром проволоки, превышающем толщину оболочек заполнителя известных конструкций в 10-15 раз, позволяет резко повысить ресурс заполнителя, уменьшить стоимость элемента конструкции за счет снижения расхода коррозионно-стойкого покрытия в 3,0-3,5 раза и повышения технологичности сварной конструкции по сравнению с известными.

На фиг.1 изображен элемент конструкции в виде плиты перекрытия; на фиг.2 секция проволочного решетчатого заполнителя.

Элемент конструкции здания, сооружения, транспортного средства содержит тонкостенные плоские наружные обшивки 1 и 2 толщиной h и тонкостенный лист 3 в нейтральном сечении элемента конструкции, между которыми размещен заполнитель 4 и 5, выполненный в виде проволочного многоэлементного каркаса с образованием пространственной решетки по всей плоскости плиты перекрытия, высота которого равна расстоянию между листами 1-3, причем ячейки пространственной решетки образованы боковыми ребрами правильных проволочных пирамид, вершины которых соединены сваркой с тонкостенными листами 1-3. Проволочный многоэлементный каркас заполнителя 4 и 5 образован рядами проволочных секций 6-9 с симметрично одинаковым треугольным профилем, размещенных по всей ширине элемента конструкции, с длиной равной длине элемента конструкции, причем смежные проволочные секции наклонены к нормали к листам 1-3 на равные углы противоположного знака и соединены сваркой в местах контактирования вершин с образованием правильных проволочных пирамид.

Путем изменения шага между вершинами пирамид в продольном и поперечном направлениях и высоты пирамид, а также отношения длины ребер пирамид l к диаметру проволоки d можно регулировать жесткость элемента конструкции на изгиб в продольном и поперечном направлениях и на сжатие. Отношение l/d определяется из выражения для допустимой (критической) силы Р_кр, полученного из условия продольной устойчивости проволочных ребер пирамид Р_кр 1,938 Е и заданной предельной нагрузки для элемента конструкции, и рекомендуется 20-30 при 8-12.

С боковых сторон элемента могут быть установлены торцовые обшивки 10 и 11, соединенные сваркой с обшивками 1 и 2 и листом 3. Один из каналов в заполнителе стеновой панели или плиты перекрытия, например, в заполнителе 4 можно использовать для пропускания теплого (холодного) воздуха от системы кондиционирования, а другой в заполнителе 5 с неподвижным воздухом будет являться тепловым экраном, препятствующим проникновению энергии теплоносителя в направлении экрана. Каналы заполнителя 4 и 5 в элементе конструкции можно также использовать для прокладки различных коммуникаций труб, электрической проводки. В качестве материалов для предлагаемого элемента конструкции можно использовать конструк- ционные стали, в том числе и демпфирующие железоалюминиевые с коррозионно-стойкими и декоративными покрытиями, пластмассы.

Элемент конструкции работает следующим образом.

При приложении сосредоточенной или распределенной нагрузки перпендикулярно наружным обшивкам 1 и 2 элемента конструкции, закрепленного по двум или всем торцам, профиль изгиба элемента конструкции будет практически определяться нагрузкой и жесткостью элемента конструкции при изгибе по продольной и поперечной осям, так как плотность элемента конструкции γ 70-130 кг/м³ и его масса весьма незначительны, эквивалентное давление на обшивки составит 140-250 Па и в силу большой жесткости на изгиб максимальный прогиб элемента конструкции под действием собственной массы также будет весьма невелик.

В условиях воздействия ударных и вибрационных нагрузок элемент конструкции ведет себя как упругий элемент, обеспечивающий плавное нарастание напряжений в местах жесткого соединения отдельных элементов конструкции объекта, сглаживающий пиковые напряжения в материале конструкции, а при использовании в качестве материала демпфирующих сталей и к демпфированию колебаний элемента и объекта, устранению резонансных явлений, что значительно повышает срок службы объекта при динамических воздействиях, в том числе и при землетрясениях.

При одинаковых габаритных размерах железобетонной плиты перекрытия (прототип в качестве плиты перекрытия работать не может) и предлагаемого элемента, например, из конструкционной стали с антикоррозионным покрытием при пониженной в 1,5-2,0 раза жесткости на изгиб элемент конструкции имеет в 17 раз меньшую плотность, в 10-15 раз больший коэффициент запаса по пределу прочности материала, допускает в 10-15 раз большие вибрационные и ударные ускорения при большом ресурсе элемента конструкции (50 и более лет), позволяет выполнять здания, сооружения, транспортные средства сборно-разборными с заводским изготовлением крупных блоков с нанесенными покрытиями, уменьшить транспортные расходы от завода к потребителю.

В случае необходимости элемент конструкции может быть выполнен из эквидистантных оболочек произвольной формы (сферической, цилиндрической, эллиптической, гиперболической) с соединением пространственного проволочного каркаса заполнителя соответствующей формы с оболочками контактной или высокочастотной сваркой.

Использование: в строительстве и объектах, работающих при больших вибрационных и ударных ускорениях. Сущность изобретения: элемент конструкции содержит две оболочки 1 и 2, заполнитель 4 и 5 из проволочного многоэлементного каркаса в виде решетки, ячейки которой образованы боковыми ребрами правильных пирамид. 2 ил. ил.

Элемент конструкции, содержащий по крайней мере две тонкостенные оболочки с эквидистантными поверхностями и заполнитель с малыми плотностью и теплопроводностью, размещенный между оболочками и соединенный с ними с образованием теплового экрана и каналов для теплоносителя, отличающийся тем, что, с целью улучшения эксплуатационных качеств за счет обеспечения возможности изменения толщины заполнителя при одновременном обеспечении жесткости, заполнитель выполнен из проволочного многоэлементного каркаса в виде пространственной решетки с высотой, равной расстоянию между эквидистантными оболочками, ячейки которой образованы боковыми ребрами правильных пирамид, соединенных сваркой с тонкостенными оболочками в местах контактирования вершин пирамид.