Способ изготовления облегченной металлической балки Советский патент 1992 года по МПК B23K31/00 E04C3/08 

/

Изобретение относится к строительству, а именно к изготовлению жестких структурных элементов или узлов строительных конструкций, например, к изготовлению предварительно напряженных балоко

Известен способ изготовления облегченной металлической балки включающий резку стенки балки по зигзагообразной линии с увеличивающейся от концов балки к ее середине высотой, получаемых при резке выступов, уста- новку полученных частей одну над другой с контактом в средней части, так, HTO вершины выступов верхней половины приходятся над вершинами выступов на нижней части, при этом одну из половин укорачивают на 1Д (шага) периода зигзагообразной линии; выгиб половин навстречу друг другу до соприкосновения выступов друг с другом в нахлестку и сварку половин по выступам в нахлестку.

Недостаток известного способа е том, что он не реализует во всей полноте прочностные свойства материала и

VI ел

.N Ы vj -N

конструкций, он трудоемок и нетехно- логичен о: ..- :.;.. . . . .-- Наиболее близким из известных способов является способ изготовления облегченной металлической балки, согласно которому с целью повышения несущей способности стенки балки в при- опорных частях, после разрезания исходной балки по вертикальной стенке по синусоиде в пролетной части, горизонтальная о сь которой лежит выше нейтральной оси балки и по последней в приопорных частях, полученные полоНа стенке исходной балки 1 в про- летной части ее наносят линию реза 2 параллельно оси балки , расположив ее выше нейтральной оси балки„ После ра зрезки в пролетной части балки образуются две зоны 3 и ht причем попевинки исходной балки соединяют с уве- 15 речное сечение в зоне , примыкающей личивающимся от середины балки к опо- к нижнему пЪясу, получается более

рам нахлестом выступов разрезанных половин

Недостатком такого способа изготовления облегченной балки является невозможность полностью реализовать прочностные способности материала„

Целью изобретения является повышение несущей способности балки повышением полноты использования прочностных свойств материала за счет соз да- ния предварительного напряжения в поясах балки, обратных по знаку напряжениям от эксплуатационных нагрузок, а

На фиг, 1 изображена исходная бал-( ка с нанесеннбй линией реза; на фиг, 2 - изготовленная балка, предложенной конструкцииv

Изготовление обл е гч енной металлической балки осуществляется следующим образом,, .,

На стенке исходной балки 1 в про- летной части ее наносят линию реза 2 параллельно оси балки , расположив ее выше нейтральной оси балки„ После ра зрезки в пролетной части балки образуются две зоны 3 и ht причем попе5 речное сечение в зоне , примыкающей к нижнему пЪясу, получается более

мощное, чем поперечное сечение 3, при мыкающей к верхнему поясу, После разрезания стенки балки осуществляют,

например, с помощью гидродомкратов упругий выгиб зон 3 и k в стороны от нейтральной оси исходной балки 10 Величину изгиба зон 3 и 1 определяют расчетным путем исходя из условия,

чтобы максимальные напряжения в крайних волокнах зоны с более слабым се-, чёнием не превосходили предела упругости материала исходной балки„ После придания зонам 3 и h соответствующих

также упрощение технологии и снижения 30 выгибов их раскрепляют в деформиротрудоемкости изготовления„

ь

ванном состоянии распорками 5, приваривая их к стенкам зон 3 и 7при этом распорки 5 могут быть расположены под разными углами к оси балки по возможПовышение несущей способности балки максимальным использованием прочностных свойств материала дости- 35 ности вдоль направлений Главных сжиМа- гается созданием предварительных нал- УСИЛИЙО Значения геометрических ряжений обратных по знаку напряжениям, возникающим от эксплуатационных нагрузок в поясах балки, путем упругого деформирования верхнего и нижнего поя- 40 сов балки в пролетной части, разрезанной в пролетной части по стенке по гфямой, параллельной нейтральной оси балки; и;;расположенной иыш е последней и фиксированием поясов в упруго дёфор- 45 мгиров анно м состоянии; вваривзни ём рас- поро К; между поясами„: Упрощение техно- .лргйи; и уменьшение трудоемкости д ости- гается тем,: что,.разрезание .балки по .- . стенке вып йн яют по прямой линии, что 50 бе, в зоне 3 возникают растягивающие упрощает разметку линии ;р еза и трудо- УСИЛИЯ, а в зоне 1. - сжимающие усилия,

являющиеся следствием взаимного сопро- тивления сближению опорных., сечений- балки при упругом выгибе зон 3 и ka При приложении эксплуатационной нагрузки в сечениях балки возникают нормальные напряжения - сжимающие в верхнем поясе и растягивающие напряжения - в нижнем поясе, т„ес напряже- :

характеристик поперечных сечений распорок 5 должны обеспечивать их прочность и устойчивость

Полученная балка является предварительно напряженной

В статическом отношений полученная балка работает следующим образом0

При взаимном упругом выгибе зон 3 и k в них возникают изгибающие момен-г ты, при этом в поясах этих зой в пролетной части появляются растягивающие напряжения, а в частях стенок - сжи- мающи е,, Кроме того, при упругом выгиемкость снижается, т„к0 длина линии реза значительно меньше длины .реза.-.; .- ... по зигзагообразной.линии исключение н еобход йм о с ти ус т а но в ки п ол о ви н р а з р е - 55 занной балки друг на друга и их сварки. Ток балка разрезается только в пролётной части, в прирпорных частях стен ка; не разрезается,,

ванном состоянии распорками 5, приваривая их к стенкам зон 3 и 7при этом распорки 5 могут быть расположены под разными углами к оси балки по возможности вдоль направлений Главных сжиМа- УСИЛИЙО Значения геометрических бе, в зоне 3 возникают растягивающие УСИЛИЯ, а в зоне 1. - сжимающие усилия,

ности вдоль направлений Главных сжиМа УСИЛИЙО Значения геометрических бе, в зоне 3 возникают растягивающие УСИЛИЯ, а в зоне 1. - сжимающие усилия

характеристик поперечных сечений распорок 5 должны обеспечивать их прочность и устойчивость

Полученная балка является предварительно напряженной

В статическом отношений полученная балка работает следующим образом0

При взаимном упругом выгибе зон 3 и k в них возникают изгибающие момен-г ты, при этом в поясах этих зой в пролетной части появляются растягивающие напряжения, а в частях стенок - сжи- мающи е,, Кроме того, при упругом выги|ния обратные по знаку напряжениям от упругого деформирования зон 3 и 4„ Это приводит к существенному снижению суммарных напряжений

Пример, Требуется определить суммарные напряжения в балке предложенной конструкции, загруженной распределенной нагрузкой, интенсивности q 10 т/м„ Пролет балки 10 м, опира- ние концов - шарнирноео Исходная балка представляет широкополочный двутавр N 50UJ3 со следующими геометрическими характеристиками: площадь поперечного сечения А 17

Мах имеют следующие значения 4,33 Ph 3,46-105 кг-см; М 3,09 РЬ 2,47.-1oV-CM; N 1.24 Р 2480 кг; NUi -1,2

10

СМ2

момент

16

инерции 1Х 74190 момент сопротивления Ґх 3030 см5; радиус инерции ix 489,8 мм0 Материал - сталь марки по ту 1 -1-3023-81 ru 3500 кг/см 2„ Исходная балка раз- 20 резана по параллельной ее продольной оси линии, расположенной выше нейтральной оси на 100 мм0 Обеим зонам 3 верхней и нижней 4 придан упругий выгиб с максимальным расстоянием 25 (стрела выгиба) между кромками разрезанной стенки, равным 200 мм, для этого достаточно приложить между верхней 3 и нижней 4 зонами, разрезанной по стенке балки, сосредоточенную раздви- 10 тающую силу Р 2,0 тн в середине пролета Геометрические характеристики / поперечных сечений балки предложенной конструкции (в середине пролета):

IК 159501 см - момент инерции бал- эс

вп ки предложенной конструкции; U g- 1,24

2480 кгв Здесь принято h расстояние между нейтральными поперечных сечений верхней и зон0 Суммарные напряжения 600 кг/смг; О и 2000 кг/с (Г 246 кг/см ; 1160

От загружения балки экспл ной нагрузкой нормальные нап будут (без учета преднапряже - 2110 кг/см2; СГв% 2210 кг суммарные нормальные напряжен чаются равными: (5Н 2357 к (jg б 1бЮ кг/см При эти ловиях в сечениях исходной ба № 50ШЗ максимальные нормальны жения равны: Gn - + 3300 кг/

Таким образом, суммарные ( ствия эксплуатационной нагруз преднапряжения) напряжения в напряженном сечении балки пре ной конструкции меньше напряж эксплуатационной нагрузки) в балке в верхнем поясе на 51% нем поясе на 29%„

Предлагаемая балка имеет д но высокую несущую способност сравнению с исходной балкой, технологична в изготовлении

3

момент сопротивления верхнп

4733 см

ней полки изготовленной балки; WfЈ

4518 момент: инерции нижней 4 „,, рьва „а , ,.н

зоны 1НЭ 8802 см ; момент сопротивле-ДО части балки и резку стеКки, о

ния полки нижней зоны W

из

1300 нижней

см3;

момент сопротивления стенки зоны W 301 см ; площадь поперечного сечения нижней k зоны Аиз 103 см „

В результате упругого выгиба верх- 45 ний 3 и нижний 4 зон в их сечениях в середине пролета возникли нормальные напряжения от изгибающего момента и продольной силы Последние найдены в результате расчета полученной балки как статически неопределимой система по методу сил Изгибающие моменты и продольные силы в верхней и нижней зо50

Формула изобрет

Способ изготовления облегч металлической балки, включающ метку линии реза на стенке пр

чающийся тем, что, с ц вышения несущей способности ба тем создания в поясах балки пр тельных напряжений обратных по напряжениям от эксплуатационны рузок, упрощения технологии и ния трудоемкости изготовления, балки режут По прямой, паралле оси балки, а после резки получ верхний и нижний пояса упруго мируют и фиксируют в упругодефо ванном состоянии, вваривая меж сами распорки.

Мах имеют следующие значения: Мч 4,33 Ph 3,46-105 кг-см; Ме 3,09 РЬ 2,47.-1oV-CM; N3 1.24 Р 2480 кг; NUi -1, P

0

6

0 5 0

1,24

2480 кгв Здесь принято h О, м - расстояние между нейтральными осями поперечных сечений верхней и нижней зон0 Суммарные напряжения 600 кг/смг; О и 2000 кг/см2; (Г 246 кг/см ; 1160 кг/смг0

От загружения балки эксплуатационной нагрузкой нормальные напряжения будут (без учета преднапряжения)С„у - 2110 кг/см2; СГв% 2210 кг/см2, а суммарные нормальные напряжения получаются равными: (5Н 2357 кг/см2; (jg б 1бЮ кг/см При этих же условиях в сечениях исходной балки № 50ШЗ максимальные нормальные напряжения равны: Gn - + 3300 кг/см гр

Таким образом, суммарные (от действия эксплуатационной нагрузки и от преднапряжения) напряжения в наиболее напряженном сечении балки предложенной конструкции меньше напряжений (от эксплуатационной нагрузки) в исходной балке в верхнем поясе на 51% и в нижнем поясе на 29%„

Предлагаемая балка имеет достаточно высокую несущую способность по сравнению с исходной балкой, проста и технологична в изготовлении

эс

„,, рьва „а , ,.н

-ДО части балки и резку стеКки, о

„

45 50

Формула изобретения

Способ изготовления облегченной металлической балки, включающий разметку линии реза на стенке пролетной

т л viчающийся тем, что, с целью повышения несущей способности балки путем создания в поясах балки предварительных напряжений обратных по знаку напряжениям от эксплуатационных нагрузок, упрощения технологии и снижения трудоемкости изготовления, стенку балки режут По прямой, параллельной оси балки, а после резки полученные верхний и нижний пояса упруго деформируют и фиксируют в упругодеформмрО ванном состоянии, вваривая между поясами распорки.

.1

Фи.г

4