зетобразный профиль и способ его изготовления
Классы МПК: | B66C7/00 Подкрановые пути |
Автор(ы): | Нежданов К.К., Нежданов А.К., Васильев А.В. |
Патентообладатель(и): | Пензенский государственный архитектурно-строительный институт |
Приоритеты: |
подача заявки:
1995-10-09 публикация патента:
10.04.1998 |
Изобретение относится к металлическим конструкциям. При прокатывании профиля формируют его сечение таким образом, что происходит перераспределение площади между стенкой и поясами в пропорции 0,6 - 0,75 на стенку и 0,4 - 0,25 на два пояса. Стенка соединяется с поясами под острым углом и наклонена по отношению к вертикали под углом , который определяется зависимостью между высотой, толщиной, шириной стенки и поясов. 2 с.п. ф-лы, 2 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2
Формула изобретения
1. Зетобразный профиль, содержащий стенку и два параллельных друг другу горизонтальных пояса, отличающийся тем, что площадь сечения стенки выполнена равной 60 - 75% от всей площади сечения профиля, при этом между стенкой и поясами образован острый угол, а стенка наклонена к вертикали под углом, определяемым из соотношениягде h - высота сечения профиля;
tп - толщина пояса;
b - ширина пояса;
tст - толщина стенки;
Ап - площадь сечения каждого пояса. 2. Способ изготовления зетообразного профиля, заключающийся в том, что формируют сечение профиля, прокатывая его на прокатном стане, отличающийся тем, что при прокатывании профиля деформируют его сечение, перераспределяя площадь между стенкой и поясами в пропорции 0,6 - 0,75 на стенку и 0,40 - 0,25 на пояса, и наклоняют стенку по отношению к вертикали под острым углом.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к металлическим конструкциям. Известен зетобразный профиль с ортогональными стенкой и поясами - прототип. Недостаток прототипа - его малая несущая способность, так как главные центральные оси - горизонтальная x и вертикальная y - повернуты на угол по отношению к осям x и y. = 0,5arctg[2lxу/(lx-lу)], (1)где Ix, Iy - моменты инерции относительно осей x и y;
Ixy - центробежный момент инерции. Цель изобретения - повышение несущей способности зетобразного профиля без изменения расхода материала. Цель достигнута формированием сечения зетобразного профиля при прокатывании его на прокатном стане. Деформируют профиль, перераспределяя площадь его сечения A между стенкой и поясами в пропорции (0,6-0,75)A - на стенку, (0,4-0,25)A - на два пояса, наклоняют стенку по отношению к вертикали под острым углом, равным:
где
h - высота сечения профиля,
tп - толщина пояса,
b - ширина пояса,
tст - толщина стенки,
Aп - сечения каждого пояса. Первоначальное сечение (прототип) обладает центробежным моментом инерции Ixy. Наклоном стенки уменьшают центробежный момент инерции до нуля, Ixy=0
отсюда получаем оптимальный угол наклона стенки к вертикали. Изменение пропорции распределения материала по сечению профиля между стенкой и поясами обеспечивает возрастание момента сопротивления Wx балки до максимума. Рекомендуемая пропорция - 0,6 - 0,75 площади сечения на стенку. Максимальное ее значение - 0,75 на стенку - обеспечивает максимальный момент сопротивления Wx профиля, но в этом случае максимально возрастает высота сечения h. Если же стенка содержит 60% площади всего сечения, то момент сопротивления Wx меньше своего максимального значения всего лишь на 2% высоты сечения h уменьшается по сравнению с вариантом в пропорции 0,75 значительно - на 20%. Поэтому с целью уменьшения вертикальных габаритов рационально прокатывать профиль при расходе металла на стенку в 60% или несколько выше. При одинаковой толщине стенки и пояса профиль легко изготавливается на листогибочном станке из прокатного листа. Угол наклона стенки к вертикальной оси обеспечивает горизонтальную и вертикальную ориентацию главных осей x, y. Это позволяет сделать вывод, что изобретения связаны единым изобретательским замыслом. Сравнение заявляемых технических решений с прототипом позволило установить соответствие их критерию "новизна". При изучении других известных решений в данной области техники признаки, отличающие изобретения от прототипа, не были выявлены, и поэтому они обеспечивают предложенному техническому решению соответствие критерию "существенные отличия". Примеры конкретного выполнения. На фиг. 1 показан предлагаемый - профиль максимальной прочности; на фиг. 2 - зетобразный профиль - прототип. Прототип и разработанный профиль содержат стенку 1 и пояса 2. Высота прототипа h (фиг. 2), а предлагаемого профиля
h= hcos. (4)
Площадь всего сечения A одинакова, как в первом случае, так и во втором. Площадь сечения пояса Aп, его толщина - tп, ширина - b, толщина стенки tст. Оптимальный угол наклона стенки получен трансформацией прототипа в предлагаемый профиль. При трансформации центробежный момент инерции Ixy (3) полностью компенсируется (Ixy= 0) и отсюда получаем угол (2), а моменты инерции при изгибе Ix, Iy, изменяясь, превращаются в главные. Момент инерции относительно оси x Ix складывается из момента инерции стенки
,
и двух поясов
Тогда главный момент инерции Ixz полученного профиля равен
или
Ixz= Ixzcos2, (5)
то есть моменту инерции первоначального профиля (прототипа), умноженного на cos2 . Момент инерции при изгибе относительно вертикальной оси y сложится из момента инерции стенки
и двух поясов
Собственными моментами инерции горизонтальных поясов и стенки пренебрегли (в запас прочности). Покажем эффективность предложенного способа, оптимизируя зетобразный профиль Z 20. Площадь всего сечения - A = 41,7 см2
Моменты инерции - Ix = 2513,7 см4 - Iy - 411,2 см4
Главные моменты инерции - Imax = 2764,5 см4
Толщины: пояса - tп = 1,5 см
стенки - tст = 1,0 см
Высота сечения - h = 20 см
Ширина полки - b = 7,0 см
Заявленные решения
1-й вариант. Повышение несущей способности прототипа путем поворота стенки по часовой стрелке на угол до полной компенсации центробежного момента инерции и превращения осей x, y в главные (см. таблицу). Определим требуемый угол наклона стенки (2)
Проверим ориентацию главных осей по формуле (3)
Ixу= 5,25cos(-148+147,99998) = 0.
Оси x, y - действительно главные. Главный момент инерции относительно горизонтальной оси x предложенного профиля (5)
Момент сопротивления
Проверка прочности сечения. Действующий изгибающий момент равен:
M = 56200 кг см = 56200 Н см = 5620 гН см.
В прототипе напряжения были:
Несущая способность увеличилась более чем в два раза. 2-й вариант. Повышение несущей способности прототипа путем увеличения материалоемкости стенки профиля до 60% и поворота стенки по часовой стрелке на угол до полной компенсации центробежного момента инерции и превращения осей x, y в главные (см. таблицу).
Проверим ориентации главных осей (3)
Оси x и y - действительно главные. Найдем:
момент инерции трансформированного сечения (5)
высоту сечения
h= hcos = 24,6cos = 24,17 см;
момент сопротивления
Проверим нормальные напряжения в заявленном устройстве
Произошло увеличение несущей способности по сравнению с прототипом почти в три раза. 3-й вариант. Повышение несущей способности прототипа путем увеличения высоты начального профиля до 32 см и соответствующего увеличения материалоемкости стенки профиля, а также поворота стенки по часовой стрелке на угол до превращения осей x, y в главные (см. таблицу).
Проверка ориентации главных осей
Действительно оси x и y являются главными. Момент инерции сечения
Высота профиля
h= hcos = 32cos = 31,62 см.
Момент сопротивления профиля
Проверим нормальные напряжения в заявленном устройстве
В прототипе напряжения были 568 кг/см2= 56,8 МПа (100%). Произошло увеличение несущей способности почти в четыре раза.
Класс B66C7/00 Подкрановые пути