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.