многофункциональный несущий элемент конструкций зданий и сооружений

Формула изобретения

1. Многофункциональный несущий элемент конструкций зданий и сооружений, содержащий заключенные в оболочку несущую центровую пластину, охватываемую боковыми разгружающими пластинами с положительным радиусом кривизны, опирающимися на эластичные оболочки, нагруженные внутренним давлением, создаваемым внешним источником давления, отличающийся тем, что введены один, два или несколько активных механизмов сопротивления, размещенных в продольной плоскости центровой пластины в местах ожидаемого наибольшего растяжения и сжатия центровой пластины при внешнем нагружении, при этом активные механизмы сопротивления выполнены в виде размещенного в корпусе с рабочим телом многосекционного поршневого манжетного набора с штоком, при чем секции корпуса через распределительные трубопроводы и коллектор связаны с внешним источником давления, а поршни каждой секции и сам шток, а также каждая секция корпуса жестко связаны с разгружающими пластинами.

2. Несущий элемент по п.1, отличающийся тем, что в качестве рабочего тела могут быть использованы жидкость, порошковые расширяющиеся и твердеющие массы, например алебастр, газообразные вещества или их комбинации в зависимости от характера эксплуатации.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к общему и специальному машиностроению, к промышленному и гражданскому строительству и, в частности, может найти применение в качестве многофункционального несущего элемента конструкций зданий и сооружений (МНЕКЗИС).

Известна мостовая ферма крана, состоящая из главной и вспомогательной балок, в полости коробчатой балки с помощью сварки укреплены элементы, увеличивающие ее прочность в отношении скручивания и выпучивания (патент ФРГ N 2853658 от 27.01.1983 г. по МПК7 B 66 C 6/00).

Существующие несущие элементы рассчитаны на максимальную нагрузку соответствующим запасом прочности. Такую нагрузку они испытывают крайне редко, но весовой балласт носят постоянно.

Известен несущий элемент конструкций зданий или сооружений, содержащий заключенные в оболочку несущую центровую пластину, охватываемую боковыми разгружающими пластинами с положительным радиусом кривизны, опирающимися на эластичные оболочки, нагруженные внутренним давлением, создаваемым внешним источником давления (патент РФ N 2Т44119 от 28.08.1998 г. по МПК7 E 04 C 3/07).

Описанный несущий элемент принят за прототип.

Известная конструкция несущего элемента не может решить тот широкий спектр задач, где стыкуются противоречивые проблемы: снижение веса и стоимости конструкции с увеличением ее прочности, надежности и других потребительских качеств.

Технической задачей, на решение которой направлена заявляемая конструкция, является обеспечение дальнейшего пропорционального повышения устойчивости несущего элемента при повышении внешней нагрузки статической или переменной.

Поставленная задача решается тем, что в многофункциональный несущий элемент конструкций зданий и сооружений, содержащий заключенные в оболочку несущую центровую пластину, охватываемую боковыми разгружающими пластинами с положительным радиусом кривизны, опирающимися на эластичные оболочки, нагруженные внутренним давлением, создаваемым внешним источником давления, введены один, два или несколько активных механизмов сопротивления, размещенных в продольной плоскости центровой пластины в местах ожидаемого наибольшего растяжения и сжатия центровой пластины при внешнем напряжении, при этом активные механизмы сопротивления выполнены в виде размещенного в корпусе с рабочим телом многосекционного поршневого (диафрагменного) набора со штоком, причем секции корпуса через распределительный трубопровод и коллектор связаны с внешним источником давления, а поршни и сам шток, а также каждая секция корпуса жестко связаны с центровыми пластинами.

В качестве рабочего тела могут быть использованы жидкость, порошковые расширяющиеся и твердеющие массы, например, алебастр, газообразные вещества или их комбинации в зависимости от характера эксплуатации (стационарный объект или подвижный).

Связь поршней или самого штока и каждой секции корпуса с металлическими пластинами осуществлена, например, с помощью замков.

Изобретение поясняется чертежами, где:

на фиг. 1 - изображено поперечное сечение многофункционального несущего элемента конструкций зданий и сооружений;

на фиг. 2 - принципиальная схема продольного сечения активного механизма сопротивления с симметричными относительно оси вала поршнями и несимметричными;

на фиг. 3 - продольное сечение секции активного механизма сопротивления;

на фиг. 4, 4а - эпюра распределения сил при нагружении многофункционального несущего элемента конструкций зданий и сооружений.

Многофункциональный несущий элемент конструкций зданий и сооружений содержит заключенные в оболочку 1 металлическую центровую пластину 2, охватываемую боковыми металлическими пластинами 3 с положительным радиусом кривизны, опирающимися на эластичные оболочки 4, нагруженные внутренним давлением, создаваемым внешним источником давления 5. Введены один, два или несколько активных механизмов 6 сопротивления, размещенных в продольной плоскости центровой пластины 2 в местах ожидаемого растяжения и сжатия центровой пластины 2 при внешнем нагружении, при этом активные механизмы сопротивления 6 выполнены в виде размещенного в корпусе 7 с рабочим телом 8 многосекционного поршневого набора 9 со штоком 10, при этом полости корпуса 7 через распределительные трубопроводы 11 и коллектор 12 связаны с внешними источниками давления 13, а поршни 9 или сам шток 10 и каждая секция корпуса 7 связаны с металлическими пластинами 2, 3.

В качестве рабочего тела 8 могут быть использованы жидкости, порошковые твердеющие и расширяющиеся массы, например, алебастр, газообразные вещества или их комбинации в зависимости от характера эксплуатации (стационарный или транспортный).

Связь поршней 9 или самого штока 10 и каждой секции корпуса 7 с металлическими пластинами 2, 3 осуществлена с помощью, например, замков 14.

Работа многофункционального несущего элемента конструкций зданий и сооружений осуществляется следующим образом. При действии внешней нагрузки, которая может быть концентрированной, распределенной или смешанной, начнет деформироваться центровая пластина 2, устойчивость которой страхуется боковыми пластинами 3, которые в свою очередь, подпираются перпендикулярно плоскости центровой пластины 2 распределенным давлением в эластичных оболочках 4, которое создается от внешнего источника давления 5 или, например, расширяющимся рабочим телом типа алебастра пропорционально внешней нагрузке.

В свою очередь эластичная оболочка 4 опирается на внешнюю оболочку 1, которая формирует внешний элемент корпуса многофункционального несущего элемента конструкций зданий и сооружений.

Активные механизмы 6 сопротивления воспринимают осевые нагрузки и, как показано на фиг. 4 схематично, внешняя нагрузка деформирует элемент балки таким образом, что нейтральная ось изгибается по радиусу R, не меняя линейных размеров. В то же время оболочка на радиусе R₁ сжимается, а на радиусе R₂ растягивается.

Для компенсации указанных деформаций в конструкции многофункционального несущего элемента конструкций зданий и сооружений предусмотрена система активных механизмов 6 сопротивления, в которых давление поступает от внешнего источника 13 пропорционально внешней нагрузке для транспортных систем, или постоянно от механики расширившейся порошковой массы под максимальную внешнюю нагрузку - для стационарных систем.

Работа многосекционного поршневого набора 9 функционально связана с внешней нагрузкой и, в частности, с изменением линейных размеров дуг R₁ и R. Эпюра сжатых и растянутых волокон на фиг. 4 показывает характер действующих сил и механизм разгрузки сжатых и растянутых волокон.

МНЕКЗИС за счет компактной системы распределения нагрузки (давления рабочего тела) от внешних источников по коллектору 12 и распределительные трубопроводы 11 регулируют воздействие на сжатую и растянутую части центральной пластины 2 и боковых пластин 3.

Работа МНЕКЗИС в условиях концентрации нагрузки ближе к середине пролета будет сопряжена с концентрацией наивысшего напряжения именно здесь, как показано на фиг. 4. С целью разгрузки конструкцией многосекционного поршневого набора 9 предусматривается более мелкий шаг между поршнями в зоне наивысшей концентрации напряжения или за счет увеличения диаметра поршневого набора 9 либо локальным повышением давления в системе поршневого набора 9.

Таким образом, предложенная конструкция многофункционального несущего элемента конструкций зданий и сооружений обеспечивает высокую устойчивость несущего элемента при повышении внешней нагрузки статической или переменной.