ПРОСТРАНСТВЕННЫЙ СТЕРЖЕНЬ САПСАН Российский патент 1998 года по МПК E04C3/08 

Изобретение относится к области строительства, в частности к конструкциям стальных пространственных стержневых элементов типа колонн, ферм, различных типов опор, шахтных лестниц и др. устройств.

Известен составной стержень, имеющий поперечное сечение в виде равнобедренного треугольника, включающего несущие элементы уголкового профиля, размещенные в вершинах треугольника и соединенные решеткой. В качестве несущих элементов используется стальной прокатный неравнобокий уголковый профиль, причем свободные концы полок уголков, размещенных у основания треугольника, соединены с решеткой основания, а несущий элемент, расположенный в вершине треугольника, выполнен в виде стыкованных свободными концами полок уголков, обушки которых размещены на одном уровне [1]. Треугольный составной стержень является геометрически неизменяемой системой, имеющей повышенную поперечную жесткость, является весьма технологичным и прост в изготовлении.

Недостатком известного технического решения является недостаточная жесткость элементов стержня, выполненных из одиночных уголковых элементов, и значительный расход стали.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является стальной составной пространственный стержень, имеющий поперечное сечение в виде равнобедренного треугольника, включающий несущие элементы уголкового профиля, размещенные в вершинах треугольника и соединенные решеткой. Несущие элементы (пояса) стержня выполнены из смалкованных стальных прокатных уголковых профилей, полки которых ориентированы по сторонам равнобедренного треугольника и образуют острые углы α и β , причем α ≠ β [2]. Треугольный стальной пространственный стержень является геометрически неизменяемой системой, имеющей повышенную поперечную жесткость, является весьма технологичным и прост в изготовлении.

Недостатком известного технического решения является недостаточная жесткость отдельных элементов, входящих в состав стержня, повышенная трудоемкость и стоимость изготовления, вызванная смалковкой прокатных уголковых профилей, и значительный расход стали.

Целью изобретения является повышение жесткости стального пространства стержня и снижение материалоемкости.

Указанная цель достигается тем, что пространственный стержень, имеющий треугольное поперечное сечение, включающий пояса, размещенные в вершинах треугольника и соединенные решеткой, выполнен из стального равнополочного уголкового профиля, образованного двумя полками и кольцевым сегментом, полки которого располагаются под углом α ,равным 60^o , а величина радиуса кольцевого сегмента равна отношению , где m > 2,5 - числовое значение рациональности сечения, b_n - ширина полки профиля, n > 10 - гибкость полки профиля; полки поясов, ориентированные по сторонам треугольника и соединенные решеткой, образуют в поперечном сечении стержня форму равностороннего треугольника, т.к. углы равны между собой и составляют в сумме 180^o, следовательно, элементы решетки сопрягаются с полками поясов без перекосов, причем по первому варианту пояса выполнены из одиночных профилей, фиг. 1, по второму варианту пояса выполнены из двух стыкованных обушками профилей, свободные полки которых образуют развернутый угол, равный 180^o, фиг. 2.

Объединение двух технических решений в одну заявку связано с тем, что два данных устройства решают одну и ту же задачу - повышение жесткости и снижение материалоемкости принципиально одним и тем же способом и описание практически является идентичным.

Сопоставимый анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что заявленный пространственный стержень отличается от известного тем, что выполнен из стального равнополочного профиля, образованного двумя полками и кольцевым сегментом, полки которого располагаются под углом 60^o, а величина радиуса кольцевого сегмента равна отношению , причем пространственный стержень по первому варианту фиг. 1 выполнен из одиночных профилей, по второму варианту фиг. 2 пояса выполнены из двух стыкованных обушками профилей, свободные полки которых образуют развернутый угол, равный 180^o. Таким образом заявленное техническое решение соответствует критерию изобретения "новизна".

Сравнение заявленного технического решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной и других областях техники не позволило выявить в них признаки, отличающие заявленное техническое решение от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию "существенные отличия". Изобретение поясняется фиг. 1 и 2, на которых изображено поперечное сечение стержня, имеющего форму равностороннего треугольника.

Пространственный стержень содержит, по первому варианту фиг. 1, несущие элементы 1, размещенные в вершинах треугольника, соединенные решеткой 3, а по второму варианту фиг. 2 несущие элементы 2, соединенные решеткой 3, выполнен из стального равнополочного уголкового профиля, образованного двумя полками и кольцевым сегментом, полки которого расположены под углом 60^o, а величина радиуса кольцевого сегмента равна отношению , причем несущие элементы 2 выполнены из двух стыкованных обушками профилей, свободные полки которых образуют развернутый угол β = 180^o.

Полки несущих элементов 1 и 2 ориентированы по сторонам равностороннего треугольника и соединенные решеткой 3 образуют между собой равные углы α = 60^o, сумма которых составляет Σα = 60+60+60=180^o. Это равенство показывает, что элементы решетки 3 сопрягаются с полками несущих элементов 1 и 2 без перекосов.

Такие стержни являются геометрически неизменяемой системой и обладают повышенной поперечной жесткостью, т.к. гибкость отдельно взятого элемента 1, 2 или 3, выполненного из предлагаемых профилей, значительно превышает гибкость аналогичных элементов, выполненных из обычных гостовских профилей, а следовательно, и стержня в целом, что, в свою очередь, позволяет повысить несущую способность стержня или при заданной нагрузки снизить материалоемкость стержня.

Ниже в табл. приводятся сравнительные данные расчетно-прочностных характеристик и расчетная несущая способность элемента типа 1 фиг. 1 от заданной нагрузки N = 16,5 тн. при длине стержня l = 2 мм, предельная гибкость λ = 120 и R_yγ_i = 2450 • 0,9 = 2205 кг/см².

Из приведенных расчетных значений видно, что реализация предлагаемого технического решения, при равных исходных данных, позволяет снизить массу металла по сравнению с аналогом на 12,5 - 8,64 = 3,86 кг, что составляет 30,9%, по сравнению с прототипом на 10,8 - 8,64 = 2,16 кг, что составляет 21,5%, при этом жесткость аналога является предельной, жесткость прототипа является допустимой, но значительно выше предлагаемого технического решения 101 - 78,7 = 22,3, что составляет 22%.

Изобретение относится к области строительства, в частности к конструкциям стальных пространственных конструкций типа колонн, ферм, различных типов опор. В пространственном стержне, имеющем равностороннее треугольное поперечное сечение, включающем несущие элементы уголкового профиля, размещенные в вершинах треугольника и соединенные решеткой, несущие элементы решетки выполнены из стального равнополочного уголкового профиля, образованного полками и кольцевым сегментом, полки расположены под углом, равным 60^o, а величина радиуса кольцевого сегмента определяется отношением, проведенным в описании изобретения. 1 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.

1. Пространственный стержень, имеющий равностороннее треугольное поперечное сечение, включающий несущие элементы уголкового профиля, размещенные в вершинах треугольника и соединенные решеткой, отличающийся тем, что несущие элементы и элементы решетки выполнены из стального равнополочного уголкового профиля, образованного полками и кольцевым сегментом, полки расположены под углом, равным 60^o, а величина радиуса кольцевого сегмента определяется отношением
R (m • b<Mv>п<D)>/n,
где m > 2,5 коэффициент эффективности профиля;
b_п ширина полки профиля;
n > 10 гибкость полки профиля. 2. Пространственный стержень, имеющий равностороннее треугольное поперечное сечение, включающий несущие элементы, размещенные в вершинах треугольника и соединенные решеткой из уголковых профилей, отличающийся тем, что пространственный стержень выполнен из стального равнополочного уголкового профиля, образованного полками и кольцевым сегментом, полки располагаются под углом, равным 60^o, а величина радиуса кольцевого сегмента определяется отношением
R (m • b_п)/n,
где m > 2,5 коэффициент эффективности профиля;
b_п ширина полки профиля;
n > 10 гибкость полки профиля,
причем несущие элементы выполнены из двух стыкованных обушками профилей, свободные полки которых образуют развернутый угол β, равный 180^o.