Способ изготовления криволинейных металлических балок Российский патент 2024 года по МПК E04C3/04 

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано в покрытиях и перекрытиях зданий. Наиболее эффективно изобретение может быть использовано в покрытиях зданий с внутренним водосбором с созданием уклона к воронкам за счёт формы изгиба балок, а не за счёт дополнительного слоя утеплителя.

Известные способы изготовления криволинейных балок путем изгиба их в обратную сторону действующим нагрузкам и деформациям преследуют цель создания строительного подъёма, как правило в упругой стадии (И94709456А).

Известен способ изготовления балок и ферм для создания строительного подъёма, при котором переламывают их по ломаным хордам многоульника вписанным в окружность (см. металлические конструкции, М. Стройиздат, 1973, стр. 260, рис. 9.2б).

Прототипом изобретения является способом изготовления большепролетных ферм со строительным подъёмом (RU 2 300 610 C1, E 04С 3/11 (2006.01) от 10.06.2007 Бюл. №16). Способ направлен на снижение изгибных напряжений в монтажных узлах. Результат достигается тем, что сначала нижний пояс изготавливается прямолинейным, затем упруго изгибают его в плоскости фермы по очертанию прогиба фермы от постоянных нагрузок, после чего доизготавливают ферму и разбирают на отправочные марки.

Такой способ снижает величину изгибных напряжений в упругой работе монтажных узлов балок и ферм, однако не использует резервы остаточных напряжений за пределом упругости в области пластических деформаций, которые дополнительно могут составлять 20-30% для прокатных балок от проектных в упругой стадии.

Результат данного изобретения достигается за счёт предварительного изгиба балки в направлении и плоскости рабочего изгиба за пределом упругости в области пластических деформаций, затем разгружается, а при повторном рабочем загружении постоянными, длительными и временными нагрузками сохраняющиеся в ней остаточные напряжения используются как дополнительный резерв нагружений и изгибающего момента к исходным аналогичным параметрам до первого загружения.

Теоретическое обоснование эффективности использования остаточных напряжений приведено в статье авторов [1], в которой приведены ссылки на более ранние работы А. Вёлера, (1819-1914), Ф. Наймана (1819-1914), С.П. Тимошенко [2, 3], последний считает "что в случае если балка изгибается за пределом упругости и затем разгружается, волокна, которые претерпели текучесть, препятствуют упруго напряженным волокнам восстанавливать свою первоначальную длину, таким путем образуются остаточные напряжения, вызываемые первым изгибом таковы по природе, что увеличивают изгибающий момент, который может удерживаться в упругом состоянии при условии, что направление изгиба неизменно".

На фигуре 1 изображена балка 1 с предварительным до рабочего загружения изгибом балки в направлении рабочего изгиба за пределом упругости в области пластических деформаций.

На фигуре 2 показаны: а) прямоугольное поперечное сечение с упругим ядром 3 и зонами пластических деформаций 2; б) эпюра нормальных напряжений после первого загружения в зоне пластических деформаций 2, разгружения [σ_ост ] и при рабочем повторном нагружении σ₁ +[ σ_ост ].

На фигуре 3 изображена балка 1 при разгружении с эпюрой остаточных напряжений 4.

На фигуре 4 изображена балка 1 при рабочем загружении q₂ с суммарной эпюрой нормальных напряжений 5  σ₃₌ σ₁ + [σ_ост ] с дополнительным резервом напряжений и за счёт остаточных напряжений σ_ост.

Балку изготавливают в следующей последовательности. Сначала балку 1 (фиг.1) изгибают предварительно в плоскости и направлении рабочего изгиба за пределом упругости в области пластических деформаций 2 с прогибом балки 1 равным f₁, затем разгружают балку 1, снимая приложенные временные нагрузки аналогичные рабочим нагрузкам 6 (q₁), в которой возникают остаточные напряжения σ`_ост и σ``_ост 4 и остаточная кривизна балки 1 f₂ (фиг.3). Рабочее загружение балки 1 полезными нагрузками 7 (q₂): постоянными, длительными и временными сопровождается увеличением нормальных напряжений в зоне сечения 1-1 до суммарного значения σ₁+[ σ_ост] (фиг. 2) и суммарным прогибом f₃. Дополнительный резерв по несущей способности σ и M(изгибающего момента) создаётся за счёт сохраняющихся в балке 1 остаточных напряжений [σ_ост ] (фиг. 4).

Таким образом, при придании балки необходимой кривизны, в частности, организации внутреннего водосбора можно получить дополнительный резерв по несущей способности (дополнительному изгибающему моменту и нормальными напряжениям) за счёт использования остаточных напряжений. Наиболее эффективно изобретение может быть использовано при изготовлении криволинейных балок покрытия, в частности для создания внутреннего водоотведения в воронки с покрытия.

Список литературы

1. Еремеев, П. В. Применение метода переменных параметров упругости при решении задач знакопеременного упруго-пластического нагружения металлических конструкций с учетом остаточных напряжений / П. В. Еремеев, Г. Н. Шмелев // Строительная механика и расчет сооружений. – 2023. – № 6(311). – С. 2-10.

2. Тимошенко С.П. «История науки о сопротивлении материалов»

3. С.П. Тимошенко «Сопротивление материалов. Том 2» – 312 стр.

Изобретение относится к области строительства, а именно к способу изготовления криволинейных металлических балок. Технический результат изобретения заключается в повышении несущей способности балки. Способ изготовления криволинейной металлической балки, которой при изготовлении придают требуемую криволинейность, заключается в том, что сначала балку предварительно до рабочего загружения изгибают в плоскости и направлении рабочего изгиба за пределом упругости, в области пластических деформаций, затем разгружают, а сохранившиеся в ней остаточные напряжения используются как дополнительный резерв напряжений и изгибающего момента при повторном рабочем загружении полезными нагрузками в направлении первого изгиба. 4 ил.

Способ изготовления криволинейной металлической балки, которой при изготовлении придают требуемую криволинейность, отличающийся тем, что сначала балку предварительно до рабочего загружения изгибают в плоскости и направлении рабочего изгиба за пределом упругости в области пластических деформаций, затем разгружают, а сохранившиеся в ней остаточные напряжения используют как дополнительный резерв напряжений и изгибающего момента при повторном рабочем загружении полезными нагрузками в направлении первого изгиба.