Армирование полимерных труб-стержней в пространственных конструкциях повышенной сейсмостойкости
Владельцы патента RU 2426844:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет" (RU)
Изобретение относится к области строительства, в частности к армированию полимерных труб-стержней в пространственных конструкциях повышенной сейсмостойкости. Технический результат заключается в повышении жесткости стержня, решении устойчивости при больших статических и динамических нагрузках и увеличении несущей способности. Труба-стержень в пространственных конструкциях включает полимерную трубу и гнуто-сварной стальной профиль. Профиль имеет в сечении форму треугольника и установлен в трубу на всю ее длину. Вершины профиля вплотную соприкасаются с внутренней поверхностью трубы. На ребрах профиля выполнены зазубрины. 2 ил.
Данное изобретение относится к одним из элементов в строительных пространственных конструкциях - структурах, изготавливаемых в виде трубы-стержня.
Известно существующее изобретение труба или емкость, основанное на использовании кольцевых полых ребер жесткости, которые позволяют изготавливать трубы или емкости с требуемой кольцевой жесткостью за счет регулирования габаритов, в особенности высоты ребра жесткости, величины шага ребер и числа спиралей рядов ребер жесткости, формируя при этом необходимую ячеистую структуру стенки трубы или емкости (патент RU 2333412 C1 от 10.09.08, F16L 9/12).
Использование такой конструкции в виде стержня пространственной структуры невозможно в виду отсутствия жесткости по всей ее длине. Данная труба не сопротивляется изгибающим моментам при динамических нагрузках. Вес трубы применительно к стержням пространственных структур неоправданно большой.
Известна бипластмассовая труба, содержащая несущий слой из стеклопластика, футеровочный слой и расположенные вдоль оси трубы запорные кольца (патент RU 2263243 C1 от 27.10.05, F16L 9/12).
Недостатками этой конструкции является высокая трудоемкость, сложность технологического процесса изготовления трубы. Применение такого рода труб в виде стержней пространственных конструкций не представляется возможным.
Известен составной стержень, имеющий поперечное сечение в виде равнобедренного треугольника, включающего несущие элементы уголкового профиля, размещенные в вершинах треугольника и соединенные решеткой (патент SU 1074978 A1 от 23.02.1984, E04C 3/04). 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.
Недостатком известного технического решения является недостаточная жесткость элементов стержня, выполненных из одиночных уголковых элементов, высокая трудоемкость, сложность технологического процесса изготовления и значительный расход стали.
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа является пространственный стержень сапсан, содержащий несущие элементы уголкового профиля, размещенные в вершинах треугольника и соединенные решеткой, несущие элементы решетки которого выполнены из стального равнополочного уголкового профиля, образованного полками и кольцевым сегментом, полки расположены под углом, равным 60° (патент RU 2105111 C1 от 20.02.1998, E04C 3/08).
Недостатком этого технического решения является высокая трудоемкость, сложность технологического процесса изготовления.
Целью заявленного изобретения является повышение жесткости стержня, решение устойчивости при больших статических и динамических нагрузках, увеличение несущей способности.
Сущность заявленного изобретения заключается в том, что в полимерную трубу во всю ее длину устанавливается гнуто-сварной стальной профиль имеющий сечение треугольник. Вершины треугольника вплотную соприкасаются с внутренней поверхностью трубы, с ее внутренним диаметром. Получается - правильный треугольник (с углами, равными 60°), вписанный в окружность. Треугольный гнуто-сварной стальной профиль является геометрически неизменяемой системой, имеющей повышенную поперечную жесткость, является технологичным и прост в изготовлении. Для улучшения совместной работы стального профиля и полимерной трубы на ребрах стального профиля выполнены зазубрины.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 - показан общий вид трубы-стержня; на фиг.2 - сечение трубы-стержня.
Конструкция включает в себя определенную длину полимерной трубы 1, гнуто-сварной стальной профиль по сечению в форме треугольника 2.
Предлагаемая форма трубы-стержня применяется следующим образом. В конструкции узла, который представляет собой цилиндрическую форму из полимера только большего диаметра, по сути - другой кусок трубы, предварительно вырезаются отверстия, по диаметру совпадающие с внешним диаметром трубы-стержня, с заданным углом к оси узла. После этого идет установка труб-стержней в узел до центра оси, предварительно внешняя часть поверхности труб-стержней, где будет выполнено сопряжение с краем выреза, обрабатывается клеем. Далее, полая часть узла замоноличивается эпоксидной массой. С противоположными концами стержней поступают аналогично вышесказанному.
Применение данной конструкции-стержня в пространственных структурах позволяет решить самые сложные технические задачи. Повышение ресурса эксплуатации, повышение надежности работы всей конструкции, увеличение несущей способности при статических и динамических нагрузках, устойчивость к воздействию кислот и щелочей, простота в изготовлении - вот некоторые из многих преимуществ, которыми обладает настоящее изобретение.
Предложенная конструкция не требует для ее изготовления применения каких-либо специальных приспособлений, внедрения новой технологии или изменения традиционно принятой на заводах технологии изготовления ферм.
Следовательно, это конструктивное решение соответствует условию “промышленная применимость”. Предложенная конструкция не только возможна к применению, но и обладает хорошими технико-экономическими показателями.
В процессе эксплуатации в конструкции трубы-стержня возникают изгибающие моменты, поперечные и продольные силы, разрушающим действиям которых противостоит предложенная форма. Таким образом, обеспечивается устойчивость, надежность конструкции при статических и динамических нагружениях за счет установки стального профиля в полимерную трубу.
Труба-стержень в пространственных конструкциях, характеризующаяся тем, что включает полимерную трубу, в которую на всю ее длину установлен гнутосварной стальной профиль, имеющий в сечении форму треугольника, вершины которого вплотную соприкасаются с внутренней поверхностью трубы, а на ребрах стального профиля выполнены зазубрины.
