БОЛТОВОЕ СОЕДИНЕНИЕ ТОНКОСТЕННЫХ СТАЛЬНЫХ ЛИСТОВ НА ВЫСОКОПРОЧНЫХ БОЛТАХ Российский патент 2025 года по МПК E04D3/36 F16B5/02 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к строительству, а именно к возведению кровель из металлических профильных листов, в частности к устройствам для монтажа листов к балкам с помощью крепежных резьбовых элементов.

Уровень техники

Развитие в области проектирования металлических конструкций неразрывно связано с необходимость уменьшением расхода стали и сокращением трудозатрат на строительной площадке. В покрытиях наилучшие показатели по первому критерию имеет профилированных настил. Об этом свидетельствуют многочисленные примеры его применения.

С уменьшением толщины рулонной стали, повышается эффективность профилированных листов. Толщина листов ограничивается местной устойчивостью. Потеря местной устойчивости происходит в сжатых частях профиля. Для обеспечения местной устойчивости используется продольное рифление горизонтальных граней гофров и устройство продольных уступов на вертикальных или наклонных гранях.

Профильные листы используются для ограждения (кровля, перекрытия и стены), но в некоторых системах их целесообразно использовать для увеличения общей жесткости, устойчивости зданий или включать в совместную работу с элементами стального каркаса по передаче или распределению нагрузок.

В настоящее время для крепления используются болтовые соединения из стандартных комплектующих СТО НОСТРОЙ 2.10.76-2012. Строительные конструкции металлические. Болтовые соединения. Правила и контроль монтажа, требования к результатам работ, дата актуализации: 01.01.2021).

Недостаток таких соединений заключается в низкой несущей способности на смятие из-за тонкостенных элементов.

Поэтому актуальной задачей является разработка надежных узлов крепления тонкостенных листов к несущим прогонам покрытия.

Известно болтовое соединение деталей с помощью болта, гайки и промежуточного элемента, размещенного между соединяемыми деталями, повышающего устойчивость соединения к сдвигу (см. патент SU 536335 A1, опубл. 25.11.1976).

Описанный способ имеет высокую сложность, а в строительстве, например, для крепления профнастила к конструкциям, работающим на сдвиг, трудновыполним.

Известно соединение тонкостенных элементов, включающее концы соединяемых элементов, объединенные внахлест, и стяжные болты с шайбами, установленными в соосные отверстия по центру выштамповки в соединяемых элементах, отличающееся тем, что на обращенных друг к другу поверхностях обеих шайб выполнены соответственно коническое углубление и коническое утолщение, а выштамповка в соединяемых элементах создана путем их деформирования в конической полости между шайбами при затягивании гайки болта (см. патент RU 2 264 507 C1, опубл. 20.11.2005).

Недостатком описанного соединения является невозможность соединения тонкостенных элементов при наличии листовой узловой фасонки большей толщины, например 5...8 мм.

Известно болтовое соединение тонкостенных элементов, включающее верхний и нижний соединяемые элементы, нахлестнутые на фасонку и стянутые между собой сквозным болтом с гайкой и шайбами, вставленным в соосные отверстия, при этом между соединяемыми элементами установлены кольца с конусной наружной поверхностью, отличающееся тем, что отверстие в фасонке выполнено с двухсторонней зенковкой, а кольца расположены между верхним и нижним тонкостенными элементами и шайбами, при этом кольца выполнены с односторонней конусной поверхностью, ориентированной в сторону тонкостенных элементов (см. патент RU 2 329 359 C1, опубл. 20.07.2008).

Недостатком описанного соединения является необходимость выполнения дополнительных технологических операций по изготовлению фасонки и использования колец, что в итоге усложняет процесс закрепления профилированных металлических листов и повышает трудоемкость этого процесса.

Известен способ болтового соединения деталей разной толщины из листового конструкционного материала, работающих на сдвиг от воздействия нагрузок, включающий установку болта в отверстия соединяемых деталей и соединение его с гайкой, отличающийся тем, что болт устанавливают со стороны толстого листа, а гайку выполняют с выступами, расположенными равномерно на ее опорной поверхности, и устанавливают обращенной этой поверхностью в сторону тонкого листа, причем при стягивании болтового соединения гайку удерживают от вращения, а вращают болт (см. патент RU 2 363 863 C1, опубл. 10.08.2009).

Недостатком данного способа является необходимость дополнительной обработки поверхности гайки для создания выступов в форме крестиков, конусов, полусфер или вкраплений из корундовой крошки.

Известен способ болтового соединения стержневых конструкций из тонкостенных профилей, включающий установку шайб и высокопрочного болта в отверстие в соединяемых элементах, отличающийся тем, что с одной стороны соединяемых элементов устанавливают шайбу с кольцевыми выступами треугольной формы сечения, а с другой стороны соединяемых элементов устанавливают ответную шайбу с кольцевыми пазами того же профиля сечения, что и выступы, при этом площадь поперечного сечения шайб принимают более площади ослабления сечения соединяемого элемента отверстием под болт (см. патент RU 2 385 421 C1, опубл. 27.03.2010).

Недостатком описанного соединения является необходимость в изготовлении специальных шайб с выступами и пазами, что требует дополнительных технологических операций.

Известно устройство для крепления профилированного настила к балке, включающее соединительный элемент, отличающееся тем, что соединительный элемент выполнен в виде двух полос холстового композиционного материала, перекрещенных под углом к продольной оси балки, при этом зона пересечения полос расположена на поверхности верхней полки балки, обращенной в сторону профилированного настила, и приклеена к ней, а противоположные концы каждой полосы приклеены к смежным гофрам профилированного настила, расположенным по обе стороны от зоны перекрещивания (см. патент RU 113 764 U1, опубл. 27.02.2012).

Недостатком описанного устройства является необходимость соблюдения направления расположения полос и угла их пересечения полос, что услужняет процесс его использования.

Известен способ повышения прочности болтового металлокомпозиционного соединения с применением герметизирующих составов, отличающийся тем, что используют наномодифицированную клеевую композицию с рассчитанным сочетанием максимальной прочности и максимальной ударной вязкости и производят сборку болтового соединения в определенной последовательности (см. патент RU 2 607 888 C1, опубл. 11.01.2017 г.).

Недостатком данного способа является сложность выполнения операций с клеевым материалом.

Известна конструкция усиленного растянутого металлического элемента, включающая углепластиковый композитный элемент, прикрепленный к наружной поверхности металлического элемента клеем, отличающаяся тем, что поверхность металлического элемента в месте приклейки углепластикового композитного элемента выполнена с прямолинейными углублениями овального поперечного сечения, расположенными с шагом, превышающим ширину углублений (см. патент RU 213 494 U1, опубл. 14.09.2022).

Недостатком данной конструкции является необходимость изготовления углублений в месте приклейки углепластикового композитного элемента.

Известным аналогом с наиболее близкой совокупностью существенных признаков и выделяемый автором как прототип является Устройство для крепления профилированного настила к балке, включающее соединительный элемент, отличающееся тем, что соединительный элемент выполнен из холстового композиционного материала в виде по меньшей мере одной полосы, прикрепленной к балке и к профилированному настилу (см. патент RU 2 476 651 C1, опубл. 27.02.2013).

Причинами, препятствующими получению технического результата, который обеспечивается заявленным изобретением, является использование только композиционного материала для крепления профилированного листа к балкам, без каких-либо метизов.

Описанный предшествующий уровень техники показывает необходимость разработки простого в изготовлении и монтаже болтового соединения тонкостенных стальных листов на высокопрочных болтах.

Раскрытие сущности изобретения

Технический результат, который достигается заявляемым изобретением, заключается в снижении деформативности металлических профильных листов во время затяжки болтового соединения при их монтаже к балкам конструкции.

Технический результат достигается с помощью болтового соединения тонкостенных стальных листов на высокопрочных болтах, содержащего прикрепленную эпоксидным клеем к обратной стороне металлического профильного листа полосу из углеродной ткани, расположенную в пазу между металлическим профильным листом и балкой конструкции, характеризующегося тем, что с одной стороны соосных отверстий, выполненных в балке, полосе из углеродной ткани и в металлическом профильном листе, вставлен высокопрочный болт с шайбой усиленной, а с противоположной стороны соосных отверстий размещены шайба и гайка.

Применение заявляемого болтового соединения тонкостенных стальных листов на высокопрочных болтах позволяет возводить кровли из металлических профильных листов с минимальной толщиной, что снижает механическую нагрузку на несущие элементы конструкций и повышает технико-экономические показатели строительства. Более того, применение углеродного волокна способствует увеличению прочности и долговечности соединения, что в совокупности улучшает общие характеристики конструкции.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 показан общий вид условной возводимой конструкции из металлических профильных листов с обозначением деталей заявляемого болтового соединения тонкостенных стальных листов на высокопрочных болтах.

На фиг. 2 представлен вид заявляемого болтового соединения тонкостенных стальных листов на высокопрочных болтах в разрезе.

На фиг. 1 и 2 обозначены: 1 – высокопрочный болт; 2 – гайка; 3 – шайба; 4 – шайба усиленная; 5 – полоса углеродной ткани; 6 – слой эпоксидного клея; 7 – металлический профильный лист; 8 – балка конструкции; 9 – отверстие; 10 – паз.

Осуществление изобретения

Болтовое соединение тонкостенных стальных листов на высокопрочных болтах расположено в соосных отверстиях 9, выполненных в балке 8, полосе 5 из углеродной ткани и металлическом профильном листе 7 и состоит из прикрепленной эпоксидным клеем 6 к обратной стороне металлического профильного листа 7 полосы 5 из углеродной ткани, расположенной в пазу 10 между металлическим профильным листом 7 и балкой 8 конструкции. С одной стороны соосных отверстий 9 вставлен высокопрочный болт 1 с шайбой 4 усиленной, а с противоположной стороны размещены шайба 3 и гайка 2.

Сборка болтового соединения тонкостенных стальных листов на высокопрочных болтах осуществляется следующим образом. С рабочих контактных поверхностей удаляют заусенцы и другие механические дефекты, препятствующие плотному прилеганию элементов болтового соединения. Затем рабочие поверхности очищают посредством пескоструйной обработки от загрязнений. Если на рабочих поверхностях присутствует лед, то проводят их повторную очистку. Требование повторной обработки не распространяется на лёгкий налет ржавчины, образующейся на контактных поверхностях после их очистки, а также на случаи попадания на контактные поверхности атмосферных осадков или конденсации паров. После подготовки рабочих контактных поверхностей на балку 8 конструкции и обратную сторону металлического профильного листа 7 наносят полосу 5 из углеродной ткани, которая пропитана эпоксидным клеем 6. В пазу 10 в месте соприкосновения всех образованных слоев с балкой 8 конструкции выполняют сквозное отверстие 9 необходимого диаметра, в которое вставляют высокопрочный болт 1 с шайбой 4 усиленной, а с обратной стороны отверстия 9 по резьбе высокопрочного болта 1 устанавливают шайбу 3 и завинчивают гайку 2. Необходимое количество болтовых соединений тонкостенных стальных листов на высокопрочных болтах регламентируется технологическими требованиями.

В отличие от прототипа, заявляемое болтовое соединение тонкостенных стальных листов на высокопрочных болтах имеет полосу между высокопрочными болтами и тонкостенным металлическим профильным листом из углеродного волокна, за счет этого обеспечивается жесткое или шарнирное соединение тонкостенного листа с несущими конструкциями, включающее тонкостенный лист в совместную работу с соединяемыми элементами. Соосные отверстия выполнены в балке, полосе из углеродного волокна и в металлическом профильном листе. С одной стороны отверстий вставлен высокопрочный болт с усиленной шайбой, а с противоположной стороны размещены шайба и гайка. Применение углеродного волокна в этом контексте особенно эффективно благодаря его высокому модулю упругости, который достигает 230-800 ГПа. Это значительно больше, чем у стали (до 200 ГПа), что позволяет углеродному волокну эффективно перераспределять нагрузки, исходящие от болта, и тем самым снижать деформацию профилированного листа

Применение заявляемого болтового соединения тонкостенных стальных листов на высокопрочных болтах позволяет возводить кровли из металлических профильных листов с минимальной толщиной, что снижает механическую нагрузку на несущие элементы конструкций и повышает технико-экономические показатели строительства. Более того, применение углеродного волокна способствует увеличению прочности и долговечности соединения, что в совокупности улучшает общие характеристики конструкции.

Изобретение относится к строительству, а именно к возведению кровель из металлических профильных листов, в частности к устройствам для монтажа листов к балкам с помощью крепежных резьбовых элементов. Болтовое соединение содержит прикрепленную эпоксидным клеем с двух сторон металлического профильного листа полосу из углеродной ткани, расположенную в пазу между металлическим профильным листом и балкой конструкции, причем с одной стороны соосных отверстий, выполненных в балке, полосе из углеродной ткани и в металлическом профильном листе, вставлен высокопрочный болт с шайбой усиленной, а с противоположенной стороны размещены шайба и гайка. Технический результат - снижение деформативности металлических профильных листов во время затяжки болтового соединения при их монтаже к балкам конструкции. 2 ил.

Болтовое соединение тонкостенных стальных листов на высокопрочных болтах, содержащее прикрепленную эпоксидным клеем с двух сторон металлического профильного листа полосу из углеродной ткани, расположенную в пазу между металлическим профильным листом и балкой конструкции, отличающееся тем, что с одной стороны соосных отверстий, выполненных в балке, полосе из углеродной ткани и в металлическом профильном листе, вставлен высокопрочный болт с шайбой усиленной, а с противоположенной стороны размещены шайба и гайка.