Способ изготовления узла сопряжения балок в одном уровне
Владельцы патента RU 2619295:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Самарский государственный технический университет" (RU)
Изобретение относится к области строительства, в частности к способу изготовления узла сопряжения балок в одном уровне. Техническим результатом изобретения является повышение несущей способности узла сопряжения. В способе изготовления узла сопряжения балок в одном уровне путем присоединения второстепенной балки к главной при помощи опорного уголка, приваренного к торцу второстепенной балки, в качестве главной балки используют балку с гофрированной стенкой произвольного профиля, а опорный уголок присоединяют к полке главной балки сварным швом, который прокладывают вдоль ее продольной оси. Ширину полки опорного уголка назначают с превышением ширины полки главной балки не менее чем на 15 мм. 6 ил.
Изобретение относится к области строительства, в частности к металлическим конструкциям, и может быть использовано в конструкциях каркасов зданий и сооружений.
Известен способ изготовления узла сопряжения балок в одном уровне путем прикрепления болтами второстепенной балки к главной через опорный уголок, приваренный к торцу второстепенной балки (Серия 2.440-2 выпуск 1. Узлы стальных конструкций производственных зданий промышленных предприятий, лист 03КМ, узел 3. - URL: http://dwg.ru/dnl/1752). Принято за прототип.
Недостаток этого узла состоит в том, что болты, прикрепляющие опорный уголок к полке главной балки, ослабляют поперечное сечение полки. Кроме того, нагрузка, передаваемая с второстепенной балки на главную балку, является смещенной относительно оси главной балки. В связи с этим действие сосредоточенной нагрузки со смещением приводит к появлению стесненного кручения и, следовательно, повышению уровня напряжений в поперечном сечении главной балки. В случае если главная балка запроектирована без запасов прочности, то дополнительные напряжения от стесненного кручения приведут к потере несущей способности конструкции главной балки и здания в целом. Нагрузка, передаваемая от второстепенной балки на главную балку, является сосредоточенной и прикладывается на свес полки. Значительная величина сосредоточенной нагрузки может привести к потере местной устойчивости полки главной балки.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение несущей способности узла сопряжения, а также конструкции главной балки в целом при действии сосредоточенной нагрузки со смещением.
Технический результат достигается тем, что в известном способе изготовления узла сопряжения балок в одном уровне путем присоединения второстепенной балки к главной при помощи опорного уголка, приваренного к торцу второстепенной балки, особенность заключается в том, что в качестве главной балки используют балку с гофрированной стенкой произвольного профиля, а опорный уголок присоединяют к полке главной балки сварным швом, который прокладывают вдоль ее продольной оси, при этом ширину полки опорного уголка назначают с превышением ширины полки главной балки не менее чем на 15 мм.
Изобретение поясняется чертежами.
На фиг. 1 показан аксонометрический вид на узел сопряжения балок в одном уровне, где приняты следующие обозначения: 1 - полка главной балки, 2 - гофрированная стенка, 3 - второстепенная балка, 4 - опорный уголок.
На фиг. 2 показан вид сбоку на узел сопряжения балок в одном уровне, где приняты следующие обозначения: 1 - полка главной балки, 2 - гофрированная стенка, 3 - второстепенная балка, 4 - опорный уголок.
На фиг. 3 показано сечение A-A на фиг. 2, где приняты следующие обозначения: 1 - полка главной балки, 2 - гофрированная стенка, 3 - второстепенная балка, 4 - опорный уголок.
На фиг. 4 показан вид A на фиг. 2, где приняты следующие обозначения: 1 - полка главной балки, 3 - второстепенная балка, 4 - опорный уголок.
На фиг. 5 изображена схема балки для расчета на стесненное кручение, где приняты следующие обозначения: L - длина главной балки, P - вертикальная сосредоточенная нагрузка, e - смещение нагрузки относительно оси главной балки.
На фиг. 6 изображена схема поперечного сечения балки с плоской стенкой и гофрированной стенкой до и после расчета, где приняты следующие обозначения: P - вертикальная сосредоточенная нагрузка, e - смещение нагрузки относительно оси главной балки.
Предлагаемый способ изготовления узла сопряжения балок в одном уровне осуществляется следующим образом. В качестве главной балки берут балку с гофрированной стенкой 2 произвольного профиля, например синусоидального. К торцу второстепенной балки 3, выполненной из прокатного профиля или сварной балки, приваривают опорный уголок 4. Другой полкой опорный уголок 4 прикрепляют с помощью сварного шва к внешней стороне полки главной балки 1. Сварной шов на полке главной балки 1 расположен вдоль ее продольной оси. Изначально размер полки опорного уголка 4 назначают таким образом, чтобы он, при накладывании на полку главной балки 1, пересекал ее продольную ось не менее чем на 15 мм. Через опорный уголок 4 передается сосредоточенная нагрузка от второстепенной балки 3 на главную балку. Эта сосредоточенная нагрузка будет передаваться со смещением относительно оси главной балки.
Крепление опорного уголка сварным швом вдоль оси полки главной балки позволяет избежать ослабления поперечного сечения полки, а также продольное расположение сварного шва повышает надежную работу узла сопряжения. Пересечение полки опорного уголка за продольную ось полки главной балки перемещает точку приложения сосредоточенной нагрузки, передаваемой с второстепенной балки, и повышает местную устойчивость полки главной балки. Замена плоской стенки в главной балке на гофрированную повышает жесткостные характеристики главной балки на кручение, что позволяет лучше воспринимать нагрузку, приложенную со смещением.
Для доказательства преимущества гофрированной стенки главной балки по сравнению с плоской стенкой производился расчет несущей способности главной балки - прототипа, на нагрузку со смещением, передаваемую от второстепенных балок, и сравнивался с расчетом балки с гофрированной стенкой на аналогичную нагрузку.
Для двух балок были проведены расчеты методом конечных элементов по программе «Лира» на стесненное кручение. Численные эксперименты выполнены для моделей двухопорной шарнирной балки одинакового сечения (рис. 5). Длина главной балки L=6 м без раскрепления поясов по длине. Сечение балки:
- геометрические размеры сечения:
- высота гофрированной стенки: hw=500 мм;
- толщина гофрированной стенки: tw=2,5 мм;
- ширина полки главной балки: 
;
- толщина полки главной балки: 
;
- параметры гофров для гофрированной стенки:
- профиль гофрированной стенки: волнистый;
- длина гофра: a=77,5 мм;
- высота гофра: 
.
Балка загружена двумя вертикальными сосредоточенными нагрузками P=65 кН, приложенными в 1/3 пролета, с целью создания участка чистого изгиба (рис. 5). Смещение сосредоточенной нагрузки относительно оси главной балки составляет e=40 мм, что соответствует расположению нагрузки за пределами высоты гофра.
Расчет показал, что углы поворота для балок следующие (рис. 5):
- балка с плоской стенкой: -8,73°;
- балка с гофрированной стенкой: -7,02°.
Балка с гофрированной стенкой оказываются менее чувствительной к нагрузке, смещенной относительно оси, чем балка с плоской стенкой, об этом свидетельствует меньший угол поворота сечения. При одинаковых параметрах балка с гофрированной стенкой имеет большую жесткость на кручение и, следовательно, гофрированная балка является предпочтительной с точки зрения ее деформативности. Это преимущество составляет 19,6%.
Использование предложенного технического решения позволяет повысить несущую способность узла сопряжения, а также конструкции главной балки в целом при действии сосредоточенной нагрузки со смещением.
Способ изготовления узла сопряжения балок в одном уровне путем присоединения второстепенной балки к главной при помощи опорного уголка, приваренного к торцу второстепенной балки, отличающийся тем, что в качестве главной балки используют балку с гофрированной стенкой произвольного профиля, а опорный уголок присоединяют к полке главной балки сварным швом, который прокладывают вдоль ее продольной оси, при этом ширину полки опорного уголка назначают с превышением 
ширины полки главной балки не менее чем на 15 мм.
