16 октября 2016г.
Одним из основных элементов большинства строительных конструкция является балка. Совершенствование форм балочных конструкции с целью снижения металлоемкости привело к появлению таких видов балок как перфорированные [1-5], гофрированные [6-11], с гибкой стенкой [12-14]. Однако, оптимальной с точки зрения распределения материала будет балка, которая по длине повторяет очертание эпюры моментов (рис. 1).
Рис. 1 – Распределение материала в зависимости от эпюры изгибающих моментов Добиться существенного снижения металлоемкости возможно за счет совмещения вида балки и изменение ее жесткости в соответствии с эпюрой изгибающих моментов. Это наглядно демонстрируется в конструкциях козырьков и навесов консольного типа (рис. 2), а также в рамах из перфорированных [15] или гофрированных двутавров [16] (рис. 3).
В данном направлении с участием авторов
уже были опубликованы работы по гофрированным балки переменной
жесткости [17,
18, 19, 20].
Ниже авторами предлагается новая конструкция облегченного консольно- балочного элемента переменной
жесткости из двутавровой балки с гофрированной стенкой
(рис. 4) [21].
Особенность заключается в том, что он выполнен с переменной по длине высотой
сечения, причем пояса выполнены из швеллера, повернутого полками внутрь, а в
промежутках между вершиной гофра и полкой пояса, в местах приложения
сосредоточенных нагрузок, установлены
поперечные ребра жесткости.
Высота и длина гофрированной стенки назначается из условия обеспечения ее общей устойчивости.
Облегченный консольно-балочный элемент содержит два
пояса (1), соединенные
между собой тонкой
гофрированной стенкой
(2), а также ребра жесткости (3),
выполненные из металлических пластин и установленные в местах приложения сосредоточенных нагрузок. Гофры стенки расположены в поперечном направлении и могут
иметь произвольной
профиль, например, синусоидальный.
Гофрированная стенка воспринимает только перерезывающую силу, вследствие чего изготавливается тонкой - толщиной 2-4 мм. Эта толщина обеспечивает передачу поперечной силы в поперечном сечении несущего строительного элемента. Устойчивость тонкой стенки обеспечивается созданием гофров в поперечном направлении. Высота и
длина гофра назначается из условия
обеспечения общей устойчивости гофрированной
стенки. Ребро жёсткости вваривается в промежуток между вершиной гофра и полкой пояса, выполненного
из
швеллера, повернутого полками
внутрь.
Применение в качестве
поясов швеллера, повернутого полками внутрь, позволяет повысить
местную устойчивость
поясов облегченного
консольно-балочного элемента.
Установка ребер жесткости в местах
приложения сосредоточенных нагрузок повышает локальную устойчивость гофрированной
стенки и поясов.
Преимущество выполнения консольно-балочного элемента переменной по длине
высотой сечения с поперечно-гофрированной стенкой
по сравнению с постоянной по
длине высотой сечения
состоит в том, что изменение высоты сечения
соответствует эпюре
моментов,
в результате чего достигается экономия металла.
Список литературы
1. Остриков Г.М. Оптимальные конструктивные формы стальных
двутавровых балок // Строительная механика и
расчет сооружений. 1988. № 5. С. 10-14.
2.
Проектирование металлических конструкций: Специальный курс. Учебное пособие для вузов / В.В. Бирюлев, И.И. Кошин,
И.И. Крылов. А.В. Сильвестров. Л.:
Стройиздат, 1990. – 432 с.
3.
Холопов И.С., Лукин А.О., Алпатов В.Ю., Соловьев А.В., Гудков К.Н. Облегченные металлические конструкции - опыт, разработка, внедрение //
Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века. 2011. № 12 (155).
С. 40-45.
4.
Катин Л.В. Поиск снижения концентрации напряжений в стенке перфорированной
балки применением отверстий перфорации криволинейной формы [Электронный
ресурс]: материалы 71-й Всероссийской научно-технической конференции по итогам НИР / СГАСУ. Самара,
2014. С. 845-848 (дата обращения: 11.11.2015).
5.
Холопов И.С., Лукин А.О., Валькаев Р.Р. Совершенствование конструкции балки с перфорированной стенкой // Традиции и инновации в строительстве и архитектуре. Строительство. Материалы 72-й Всероссийской научно-технической конференции по итогам НИР 2014 года – Самара: СГАСУ, 2015, с. 15-17.
6.
Пічугін С.Ф., Чичулін В.П., Чичуліна К.В. Нові конструктивні рішення сталевих легких решітчастих балок із подвійною профільованою стінкою
// Ресурсоекономні матуріали, конструкції,
будівлі
та споруди. 2012.
Випуск
23. C. 390-395.
7.
Крылов И.И., Кретинин А.Н. Эффективные балки из тонкостенных профилей //
Известия вузов. Строительство. 2005. №6. С. 11-14.
8.
Холопов И.С. А.О. Лукин, П.Н. Козырев. Совершенствование конструкции балки с гофрированной стенкой // Традиции и инновации в строительстве и архитектуре. Строительство. Материалы 72-й Всероссийской научно-технической конференции по итогам НИР 2014 года – Самара: СГАСУ, 2015, с. 68-71.
9.
Лукин А.О. В.Ю. Алпатов, Д.Д. Чернышев Совершенствование конструктивного решения балки с гофрированной стенкой // Вестник СГАСУ. Градостроительство и архитектура.
2016. № 2 (23). С. 4-9.
10. Кузнецов И.Л., Актуганов А.А., Трофимов А.П. Разработка и исследование
металлодеревянной двутавровой балки // Известия КГАСУ. 2010. №1 (13). С. 117- 121.
11. Полтораднев А.С. Вариация прочности отсеков при проектировании балок с плоской и гофрированной тонкой стенкой // Вестник гражданских инженеров СПбГАСУ. Архитектура. Строительство. Транспорт. С.-Петербург: 2012. №4. С. 175-179.
12. Притыкин А.И. Местная устойчивость балок с гибкой стенкой
и способы ее
повышения // Строительная механика и
расчет сооружений.
2012. № 4.
С. 25-31.
13. Симаков Ю.Н. К оценке несущей способности балок с гибкими неподкрепленными стенками // Промышленное и гражданское строительство. 2014. № 1. С. 25-28.
14. Полтораднев А.С.
Эффективность балок с гибкой
стенкой // Соискатель
-приложение к
журналу Мир
транспорта. 2010. Т. 07. №
1. С. 46-48.
15. Соловьев А.В., Холопов И.С., Лукин А.О. Двутавровые сварные балки переменного
сечения с круглой перфорацией // Промышленное и гражданское
строительство. – 2010. – № 8. – С. 27-30.
16. Соловьев А.В., Лукин А.О., Алпатов В.Ю. Анализ эффективности применения двутавровго элемента с гофрированной стенкой
при работе в сложном напряженно- деформированном состоянии // Промышленное и гражданское строительство. –
2010. – № 6. – С. 27-30.
17. Холопов И.С., Лукин А.О., Литиков А.П. Совершенствование конструкции ригеля
плоского поверхностного затвора // Традиции и инновации в строительстве и
архитектуре. Строительство. Материалы 72-й Всероссийской научно-технической конференции по итогам
НИР 2014 года – Самара: СГАСУ, 2015, с. 18-19.
18. Холопов И.С., Лукин А.О., Литиков А.П. Ригель плоского поверхностного завтвора / Пат. 144738 Российская федерация, МКП E02B 7/26; заявитель
и патентообладатель СГАСУ. - №2014114770/13; заявл. 14.04.2014; опубл. 27.08.2014, Бюл. № 24. – 2 с.
19. Бальзанников М.И., Лукин А.О., Ильдияров Е.В., Литиков А.П. Ригель плоского поверхностного затвора / Пат. 155385 Российская федерация, МКП E02В 7/26;
заявитель и патентообладатель СГАСУ.
- №2015119269/13; заявл. 21.05.2015; опубл.
10.10.2015, Бюл. № 28. – 2 с.
20. Лукин А.О., Литиков А.П., Муморцев А.Н., Ильдияров Е.В., Позднеев М.В. Металлическая балка с гофрированной стенкой / Пат. 162845 Российская
федерация, МКП E04С 3/04; заявитель и
патентообладатель СГАСУ. -
№2015144488/03; заявл. 15.10.2015; опубл. 27.06.2016,
Бюл. № 18. – 2 с.
21. Лукин А.О., Литиков А.П., Филатова А.В., Шевцов И.А., Алпатов В.Ю.
Облегченный консольно-балочный элемент / Пат. 160642
Российская федерация, МКП
E04С 2/00; заявитель и патентообладатель СГАСУ. - №2015118544/03; заявл.
18.05.2015; опубл. 27.03.2016,
Бюл. № 9. – 2 с.
