RU2567799C1

RU2567799C1 - Method to manufacture perforated beam

Info

Publication number: RU2567799C1
Application number: RU2014139654/03A
Authority: RU
Inventors: Марат Давидович Мосесов; Леонид Владимирович Катин
Priority date: 2014-09-30
Filing date: 2014-09-30
Publication date: 2015-11-10

Abstract

FIELD: construction.

SUBSTANCE: manufacturing of a perforated beam is carried out by cutting align the axis of the wall of a rolled double-tee shape with a certain cutting line for each half of the beam and welding of protruding parts of halves to produce holes in the wall in the form of an ellipse. Cutting lines are set with the possibility to produce in a wall, after welding, the elliptical openings with different angle of inclination of the main axis of the ellipse to the axis of the beam. It is possible to arranged a central elliptical opening in the wall, with the main axis located perpendicular to the longitudinal axis of the beam, and others - at the angle of 45 degrees symmetrically to the centre of the beam. It is also possible to produce elliptical openings in the wall, which have the angle of inclination smoothly changing from 90 degrees in the centre of the beam to 45 degrees in support sections symmetrically to the centre of the beam.

EFFECT: increased reliability and durability of a perforated beam due to reduced concentration of stresses in its wall.

3 cl, 9 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано для перекрытия больших пролетов.The invention relates to the field of construction and can be used to cover large spans.

Известны конструкции балок с шестигранной перфорацией стенки, полученные путем резки стенки прокатного двутавра по зигзагообразной ломаной линии с регулярным шагом и сварки обоих половин в совмещенных между собой выступах стенки (патент RU 16176 МПК Е04С 3/08, 3/10, опубликовано 10.12.2000; патент RU 2154717 МПК Е04С 3/08, опубликовано 20.08.2000; СНиП II-2-81 Стальные конструкции, Балки с перфорированной стенкой, стр. 54). При этом увеличивается высота балки, перераспределяется материал сечения, увеличивается относительная площадь поясов. Недостатком такого решения является сложное напряженно-деформированное состояние вследствие концентрации напряжений в углах отверстий ближе к поясам.Known designs of beams with hexagonal wall perforation, obtained by cutting the wall of a rolling I-beam along a zigzag broken line with a regular step and welding of both halves in the combined wall protrusions (patent RU 16176 IPC E04C 3/08, 3/10, published December 10, 2000; Patent RU 2154717 IPC Е04С 3/08, published on 08/20/2000; SNiP II-2-81 Steel structures, Beams with perforated wall, p. 54). At the same time, the height of the beam increases, the material of the section is redistributed, the relative area of the belts increases. The disadvantage of this solution is a complex stress-strain state due to stress concentration in the corners of the holes closer to the belts.

Известен также способ, (патент ЕР 0324206 А1 МПК Е04С 3/08, автор Walker, Peter Allan. UK Patent Application GB 2492176 А), в котором перфорированные балки изготавливают путем разрезки вдоль стенки прокатной балки и сварки полученных половинок. Первый непрерывный разрез выполняют вдоль стенки балки, второй разрез также вдоль стенки балки, но по пути, отличающемуся от пути первого разреза. Разрезы очерчивают прямолинейные участки, лежащие на противоположных сторонах от центральной линии стенки, и криволинейные участки, соединяющие ближайшие концы смежных прямолинейных участков. Центры всех прямолинейных участков равномерно распределены по длине балки на заданное расстояние. Криволинейные участки могут быть в форме полукруга или полуэллипса. Разрезанные половинки балки разделяют и затем приваривают друг к другу в областях, образованных сопоставлением прямолинейных участков из двух половин. Могут быть изготовлены перфорированные балки с криволинейными отверстиями, круглыми, эллиптическими.There is also known a method, (patent EP 0324206 A1 IPC E04C 3/08, author Walker, Peter Allan. UK Patent Application GB 2492176 A), in which perforated beams are made by cutting along the wall of the rolling beam and welding the resulting halves. The first continuous section is made along the wall of the beam, the second section is also along the wall of the beam, but along a path different from the path of the first section. Sections outline rectilinear sections lying on opposite sides of the center line of the wall, and curved sections connecting the nearest ends of adjacent rectilinear sections. The centers of all straight sections are evenly distributed along the length of the beam at a given distance. Curved sections can be in the form of a semicircle or semi-ellipse. The cut halves of the beam are separated and then welded to each other in the areas formed by matching straight sections of the two halves. Perforated beams can be made with curved holes, round, elliptical.

Этот способ принят в качестве прототипа как наиболее близкий по сущности.This method is adopted as a prototype as the closest in essence.

Недостатком этого решения является сложное напряженно-деформированное состояние стенки с отверстиями в форме круга и эллипса (с вертикальной и горизонтальной главной осью), выражающееся в повышенной концентрации напряжений в стенке на границах отверстий, что может привести к текучести материала или преждевременному разрушению балки.The disadvantage of this solution is the complex stress-strain state of the wall with holes in the form of a circle and an ellipse (with a vertical and horizontal main axis), expressed in an increased concentration of stresses in the wall at the boundaries of the holes, which can lead to fluidity of the material or premature destruction of the beam.

Технический результат - повышение надежности и долговечности строительных конструкций за счет снижения концентрации напряжений в стенке перфорированных балок.The technical result is to increase the reliability and durability of building structures by reducing the concentration of stresses in the wall of perforated beams.

Технический результат достигается тем, что в известном способе изготовления перфорированной балки путем резки вдоль оси стенки прокатного двутаврового профиля с определенной линией резки для каждой половины балки и сварки выступающих частей половин с получением в стенке отверстий в виде эллипса, особенностью является то, что при резке стенки прокатного двутаврового профиля линии резки задают с возможностью получения в стенке, после сварки, эллиптических отверстий с разным углом наклона главной оси эллипса к оси балки. Например, с возможностью получения в стенке, после сварки, центрального эллиптического отверстия, главной осью расположенного перпендикулярно продольной оси балки, а остальные - под углом 45 градусов симметрично относительно центра балки. Либо с возможностью получения в стенке, после сварки, эллиптических отверстий, имеющих угол наклона, плавно меняющийся от 90 градусов в центре балки до 45 градусов в опорных участках симметрично относительно центра балки. При этом снижаются концентрации напряжений, что и приводит к повышению эксплуатационной надежности и долговечности строительной конструкции.The technical result is achieved by the fact that in the known method of manufacturing a perforated beam by cutting along the wall axis of a rolled I-beam with a certain cutting line for each half of the beam and welding the protruding parts of the halves to obtain holes in the wall in the form of an ellipse, the feature is that when cutting the wall the rolling I-profile of the cutting line is set with the possibility of obtaining in the wall, after welding, elliptical holes with different angles of inclination of the main axis of the ellipse to the axis of the beam. For example, with the possibility of obtaining in the wall, after welding, the central elliptical hole, the main axis located perpendicular to the longitudinal axis of the beam, and the rest - at an angle of 45 degrees symmetrically relative to the center of the beam. Or with the possibility of obtaining in the wall, after welding, elliptical holes having an angle of inclination that varies smoothly from 90 degrees in the center of the beam to 45 degrees in the supporting sections symmetrically with respect to the center of the beam. At the same time, stress concentrations are reduced, which leads to an increase in the operational reliability and durability of the building structure.

Предлагаемое техническое решение поясняется чертежами. На фиг. 1 показана стенка балки с эллиптической перфорацией с наклоном главных осей эллиптических отверстий под углом 45 градусов к оси стенки, причем главная ось отверстия, расположенного в середине длины балки, ориентируется вертикально. Здесь а - верхняя часть стенки балки, б - нижняя часть стенки балки, в - эллиптическое отверстие, г - участок сварки.The proposed technical solution is illustrated by drawings. In FIG. 1 shows a wall of a beam with elliptical perforation with a slope of the main axes of the elliptical holes at an angle of 45 degrees to the axis of the wall, the main axis of the hole located in the middle of the length of the beam being oriented vertically. Here a is the upper part of the beam wall, b is the lower part of the beam wall, c is an elliptical hole, d is the welding section.

На фиг. 2 показаны линии разрезов прокатного двутаврового профиля, необходимые для изготовления перфорированной балки, где а - верхняя часть стенки балки, б - нижняя часть стенки балки.In FIG. 2 shows the cut lines of the rolling I-beam profile necessary for the manufacture of a perforated beam, where a is the upper part of the wall of the beam, b is the lower part of the wall of the beam.

На фиг. 3 показана балка с эллиптической перфорацией с переменным наклоном главных осей эллиптических отверстий к оси стенки, где а - верхняя часть стенки балки, б - нижняя часть стенки балки, в - эллиптическое отверстие, г - участок сварки. Наклон отверстий изменяется от 45 градусов близ опоры балки с постепенным увеличением его до 90 градусов в середине балки.In FIG. Figure 3 shows a beam with elliptical perforation with a variable inclination of the main axes of the elliptical holes to the axis of the wall, where a is the upper part of the wall of the beam, b is the lower part of the wall of the beam, c is an elliptical hole, d is the welding section. The inclination of the holes varies from 45 degrees near the beam support with a gradual increase to 90 degrees in the middle of the beam.

На фиг. 4 показана схема разреза прокатного двутаврового профиля, позволяющая получить отверстия с переменным наклоном главных осей к продольной оси балки, где а - верхняя часть стенки балки, б - нижняя часть стенки балки.In FIG. 4 shows a sectional diagram of a rolling I-beam profile, which makes it possible to obtain holes with a variable inclination of the main axes to the longitudinal axis of the beam, where a is the upper part of the beam wall, b is the lower part of the beam wall.

Были рассмотрены напряженно-деформированное состояние стенки перфорированной балки с различной формой перфорации стенки (в виде круга и эллипса) и различным расположением их главной оси.The stress-strain state of the wall of a perforated beam with a different form of wall perforation (in the form of a circle and an ellipse) and a different arrangement of their main axis were considered.

Подробный анализ напряженно-деформированного состояния стенки перфорированной балки в ПК «Лира 9.6» показывает уменьшение величины и концентрации напряжений при применении отверстий перфорации в форме эллипсов с наклоном их главной оси. На фиг. 5-9 показаны изополя напряжений σ_x в стенке балки двутаврового сечения (синим цветом обозначено сжатие, коричневым - растяжение). Интенсивность цвета соответствует величине напряжения. Цифрами указаны точки, в которых определены напряжения. Величины напряжений в этих точках приведены в таблице 1.A detailed analysis of the stress-strain state of the wall of the perforated beam in the PC “Lira 9.6” shows a decrease in the magnitude and concentration of stresses when using perforation holes in the form of ellipses with an inclination of their main axis. In FIG. Figures 5–9 show an isopole of stresses σ _x in the wall of an I-section beam (blue indicates compression, brown indicates tension). The color intensity corresponds to the magnitude of the voltage. The numbers indicate the points at which the voltages are determined. The stress values at these points are shown in table 1.

Таблица 1 Table 1 Значения нормальных напряжений σ_х в точках стенки в балках с рассматриваемой перфорациейValues of normal stresses σ _x at wall points in beams with the perforation in question Номер точкиPoint number Изополя нормальных напряжений σ_х, МПаIsopole of normal stresses σ _x , MPa Фиг. 5FIG. 5 Фиг. 6FIG. 6 Фиг. 7FIG. 7 Фиг. 8FIG. 8 Фиг. 9FIG. 9 1one 1,4301,430 1,9001,900 1,1801,180 1,5901,590 1,4601,460 22 1,4301,430 1,9001,900 1,1801,180 1,5901,590 1,4601,460 33 1,2101,210 1,5801,580 0,9440.944 1,3201,320 1,2101,210 4four 0,7250.725 0,9510.951 0,7080.708 1,0601,060 0,9720.972 55 0,4830.483 0,6340.634 0,4320.432 0,7930.793 0,7290.729 66 -1,450-1,450 -1,900-1,900 -1,180-1,180 -1,420-1,420 -1,430-1,430 77 -1,450-1,450 -1,900-1,900 -0,944-0.944 -1,320-1,320 -1,430-1,430 88 -1,210-1,210 -1,580-1,580 -0,944-0.944 -1,06-1.06 -1,210-1,210 99 -0,966-0.966 -1,270-1,270 -0,708-0.708 -0,793-0.793 -0,972-0.972 1010 -0,725-0.725 -0,634-0.634 -0,432-0.432 -0,528-0.528 -0,729-0.729

Как видно из приведенной выше таблицы, предлагаемые формы отверстий в стенке в виде эллипсов с наклоном главной оси к оси балки, равным 45 градусов, симметрично расположенных относительно центра, а также с переменным наклоном главных осей эллиптических отверстий, показанные на фиг. 8 и 9, по сравнению с прототипом позволяют снизить напряжения в указанных точках в среднем на 10 процентов.As can be seen from the above table, the proposed shape of the holes in the wall in the form of ellipses with an inclination of the main axis to the axis of the beam equal to 45 degrees symmetrically located relative to the center, as well as with a variable inclination of the main axes of the elliptical holes, shown in FIG. 8 and 9, compared with the prototype can reduce stress at these points by an average of 10 percent.

Предложенная перфорированная балка, выполненная описанным образом, позволяет уменьшить вес готовой конструкции и снизить концентрации напряжений в стенке. Это приводит к повышению надежности и долговечности строительной конструкции.The proposed perforated beam, made in the described manner, allows to reduce the weight of the finished structure and reduce stress concentration in the wall. This leads to increased reliability and durability of the building structure.

Claims

1. Способ изготовления перфорированной балки путем резки вдоль оси стенки прокатного двутаврового профиля с определенной линией резки для каждой половины балки и сварки выступающих частей половин с получением в стенке отверстий в виде эллипса, отличающийся тем, что при резке стенки прокатного двутаврового профиля линии резки задают с возможностью получения в стенке, после сварки, эллиптических отверстий с разным углом наклона главной оси эллипса к оси балки.one. A method of manufacturing a perforated beam by cutting along the wall axis of the rolling I-beam with a specific cutting line for each half of the beam and welding the protruding parts of the halves to obtain holes in the wall in the form of an ellipse, characterized in that when cutting the walls of the rolling I-profile, the cutting lines are set with the possibility of obtaining in the wall, after welding, elliptical holes with different angles of inclination of the main axis of the ellipse to the axis of the beam.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при резке стенки прокатного двутаврового профиля линии резки задают с возможностью получения в стенке, после сварки, центрального эллиптического отверстия, главной осью расположенного перпендикулярно продольной оси балки, а остальные - под углом 45 градусов симметрично относительно центра балки.2. The method according to p. 1, characterized in that when cutting the walls of the rolling I-profile, the cutting lines are set with the possibility of obtaining in the wall, after welding, a central elliptical hole, the main axis located perpendicular to the longitudinal axis of the beam, and the rest at an angle of 45 degrees symmetrically relative to the center of the beam.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при резке стенки прокатного двутаврового профиля линии резки задают с возможностью получения в стенке, после сварки, эллиптических отверстий, имеющих угол наклона, плавно меняющийся от 90 градусов в центре балки до 45 градусов в опорных участках симметрично относительно центра балки. 3. The method according to p. 1, characterized in that when cutting the walls of the rolling I-profile, the cutting lines are set with the possibility of obtaining in the wall, after welding, elliptical holes having an angle of inclination that varies smoothly from 90 degrees in the center of the beam to 45 degrees in the supporting sections symmetrically relative to the center of the beam.