Способ изготовления металлической фермы с криволинейным нижним и прямолинейным верхним поясами Российский патент 2024 года по МПК E04C3/11 

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано в покрытиях и перекрытиях зданий с металлическими фермами с криволинейными нижними поясами.

Известны здания с покрытиями, в которых уклоны под профилированные кровельные материалы (профнастил, поликарбонат, панели типа «сэндвич»). Создаются наклонной установки ферм, верхние пояса которых при рабочем загружении прогибаются и при эксплуатации стыки начинают протекать из-за образующейся кривизны и требуют дополнительной герметизации (Учебник «Металлические конструкции» Е. И. Беленя, Стройиздат, 1986 стр. 208, 316; «Проектирование металлических конструкций», часть 1, АРСС, под ред. А.Р. Туснина, стр. 185).

Прототипом изобретения является способ изготовления большепролетных ферм со стальным подъемом ( R 2 300 610 c1, E 04c 3/11, 2006.01 от 10.06. 2007бюл. № 16) Способ направлен на снижение изгибных напряжений в монтажных узлах. Результат достигается тем, что сначала нижний пояс изготавливают прямолинейным, затем упруго изгибают его в плоскости фермы по очертанию прогиба фермы от постоянных нагрузок, после чего изготавливают ферму и разбирают её на строительные марки. Такой способ снижает величину изгибных напряжений только в упругой работе монтажных узлов ферм, однако не устраняет непрогнозируемые (паразитные) остаточные напряжения от проката, гибки и сварки, а также не используют остаточные напряжения от изгиба, и главное-не создает необходимый строительный подъём верхнего пояса из-за небольших усилий, создаваемых нижним поясом при упругой стадии работы нижнего пояса при предварительном нагружении. Строительный подъём в прототипе, состоящий из двух полуферм создается за счёт монтажного узла.

Целью изобретения является обеспечение прямолинейности верхнего пояса фермы и в целом плоскосности покрытия для укладки профнастила, поликарбоната, панели типа «сэндвич» без дополнительной герметизации, а также повышение надёжности наиболее ответственного элемента фермы - нижнего пояса засчёт устранения паразитных остаточных напряжений от проката, гибки, сварки и использования остаточных напряжений от предварительного изгиба в области пластических напряжений как резерв, который составляет 20 – 30% от проектных значений.

На фигуре 1 показано покрытие здания с применением эффективных ферм с криволинейным нижним поясом в прототипном нам исполнении имеющим: отклонение от плоскости прогиб f₁, который устраняется заявленным изобретением.

На фигуре 2 показан нижний пояс фермы 1 при предварительном загружении от g₁ в области пластических деформаций с σ_пл в зафиксированном положении.

На фигуре 3 показан нижний пояс 1 с σ_пл, зафиксированными и достроенными раскосами 3 и верхним поясом 2.

На фигуре 4 показана ферма с обратном выгибом Δf верхнего пояса 3, от действия усилий от снятия фиксации (усилия от изгиба) и остаточными полезными напряжениями σ^из_ост.

На фигуре 5 приведены эпюры напряжений в нижнем поясе 1:

а) остаточная эпюра напряжений от проката, гибки, сварки (паразитные);

б) пластическая эпюра напряжений при предварительном загружении;

в) остаточная эпюра напряжений от изгиба (полезные);

г) эпюра напряжения растяжения при рабочем загружении полезными нагрузками;

д) суммарная эпюра напряжений после сложения рабочих σ_рас и σ^из_ост.

На фигуре 6 показана ферма при рабочем загружении полезными нагрузками g₂ и прямолинейным верхним поясом 2 и суммарными упругими напряжениями σ^упр_сум, которые меньше чем σ_рас (проектные) с учётом остаточных [σ^из_ост] на 20 – 30% от изгиба в области пластических деформаций

Ферму изготавливают в следующей последовательности:

1 - сначала нижний пояс 1 (фиг.2) изгибают предварительно в плоскости и направлении рабочего изгиба фермы нагрузками g₁ за пределом упругости в области пластических деформаций σ_пл, при этом в нём снимаются остаточные напряжения от проката, гибки, сварки;

2 - нижний пояс 1 фиксируется под нагрузкой g₁ и f₁;

3 - нижний пояс 1 доизготавливается до фермы раскосами 3 верхним поясом 2 (фиг. 3);

4 - усилие в нижнем поясе 1 снимается и за счёт этого верхней пояс 2 получает обратный выгиб Δf, а нижний пояс 1 получает «положительные» остаточные напряжения [σ^из_ост] (фиг. 4);

5 - ферма загружается полезными нагрузками g₂ и верхний пояс получает прогиб Δf, который компенсирует обратный его выгиб и получает прямолинейное очертание для успешной укладки штучных элементов покрытия (профнастила, поликарбоната панели типа «сэндвич»), (фиг. 6) , а нижний пояс 1 будет иметь суммарные напряжения σ^упр_сумм уже в упругой стадии материала, которые по суммарной площади эпюр будет меньше σ_рас чем проектные на 20 – 30%.

Требуемая криволинейность нижнего пояса 1 обеспечивается фиксацией его после предварительного выгиба, а также законом приложения нагрузки g₁ (фиг. 2) по длине нижнего пояса 1 и местами крепления раскосов 3.

Таким образом, достигается прямолинейность верхнего пояса фермы, надёжность наиболее нагруженного нижнего пояса фермы за счёт снятия остаточных напряжений от проката, гибки и сварки и использования остаточных напряжений от изгиба в области пластических деформаций, которые уменьшают проектные растягивающие напряжения на 20 – 30%.

Список литературы:

1. Учебник «Металлические конструкции» Е. И. Беленя, Стройиздат, 1986 стр. 208, 316;

2 «Проектирование металлических конструкций», часть 1, АРСС, под ред. А.Р. Туснина, стр. 185.

Изобретение относится к области строительства, а именно к способу для изготовления металлических ферм с криволинейным нижним поясом. Технический результат изобретения заключается в повышении эксплуатационной надежности. Способ изготовления металлических ферм с криволинейным нижним и прямолинейным верхним поясами, соединенными раскосами, заключается в том, что нижний пояс предварительно изгибают внешней нагрузкой g1 до образования в нем пластических деформаций, затем снимают в нем остаточные напряжения от проката, гибки, сварки, фиксируют и присоединяют к нему раскосы и верхний пояс, после чего снимают внешнюю нагрузку g1, за счет чего верхний пояс получает обратный выгиб и после приложения к нему постоянной нагрузки g2 выпрямляется. 6 ил.

Способ изготовления металлических ферм с криволинейным нижним и прямолинейным верхним поясами, соединенными раскосами, отличающийся тем, что нижний пояс предварительно изгибают внешней нагрузкой g1 до образования в нем пластических деформаций, затем снимают в нем остаточные напряжения от проката, гибки, сварки, фиксируют и присоединяют к нему раскосы и верхний пояс, после чего снимают внешнюю нагрузку g1, за счет чего верхний пояс получает обратный выгиб и после приложения к нему постоянной нагрузки g2 выпрямляется.