Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
Патент на изобретение №2472905

(19)

RU

(11)

2472905

(13)

C2

(51) МПК E04B1/58 (2006.01)

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ Статус: по данным на 17.01.2013 - нет данных Пошлина:

(21), (22) Заявка: 2011101085/03, 12.01.2011

(24) Дата начала отсчета срока действия патента:

12.01.2011

Приоритет(ы):

(22) Дата подачи заявки: 12.01.2011

(43) Дата публикации заявки: 20.07.2012

(45) Опубликовано: 20.01.2013

(56) Список документов, цитированных в отчете о

поиске: RU 2274719 C2, 20.04.2006. SU 1073399 A1, 15.02.1984. SU 321606 A1, 01.01.1971. UA 62223 A, 15.12.2003.

Адрес для переписки:

440028, г.Пенза, ул. Титова, 28, ГОУ ВПО ПГУАС, патентный отдел

(72) Автор(ы):

Нежданов Кирилл Константинович (RU),

Нежданов Алексей Кириллович (RU),

Саранцева Кристина Владимировна (RU)

(73) Патентообладатель(и):

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ "ПЕНЗЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ АРХИТЕКТУРЫ И СТРОИТЕЛЬСТВА" (RU)

(54) СПОСОБ ЖЕСТКОГО СОЕДИНЕНИЯ ОВАЛЬНОГО В СЕЧЕНИИ ТРУБЧАТОГО РИГЕЛЯ С ОВАЛЬНОЙ В СЕЧЕНИИ ТРУБОБЕТОННОЙ КОЛОННОЙ КАРКАСА

(57) Реферат:

Изобретение относится к области строительства, в частности к способу жесткого соединения овального в сечении трубчатого ригеля с овальной в сечении трубобетонной колонной каркаса. Технический результат заключается в автоматизации процесса возведения каркаса сооружения, повышении технологичности процесса, снижении трудоемкости и повышении надежности соединения. Способ заключается в том, что изгибаемый ригель пропускают сквозь узел неделимым, целым. Оголовок нижней колонны выполняют лоткообразным с продольными отогнутыми ребрами. Оголовок копирует и охватывает поверхность овала снизу. Ригель плотно вкладывают в оголовок колонны, совмещая фиксирующие штифты с ответными отверстиями в лотке оголовка. Базу верхней колонны выполняют подобно оголовку - лоткообразной и снабжают фиксирующими штифтами с ответными отверстиями в отгибах оголовка. Безвыверочно монтируют верхнюю колонну, совмещая фиксаторы с ответными отверстиями, и образуют с лотком оголовка овальную трубчатую полость. Плотно охватывают вложенный в полость ригель. Продольные ребра базы верхней колонны и оголовка нижней колонны соединяют друг с другом, например, высокопрочными легированными шпильками. Гарантированно затягивают их гайковертом и образуют единый монолитный узел из колонн и ригеля. 12 ил., 1 табл.

Предлагаемое изобретение относится к трубобетонным каркасам гражданских и производственных сооружений, а именно к долговечности и надежности сооружений.

Известны узлы соединения ригелей с колоннами, приведенные в учебнике, в которых колонна выполняется на несколько этажей, а ригели применяются разрезными [1, с.328, рис.117 рис.121, с.445, рис.163]. Аналогичные узлы приведены в [2, с.18, рис.1.4.]. Трудоемкость таких стыков высокая. Надежность стыков может быть повышена, а материалоемкость снижена.

Известны трубобетонные колонны, в которых стальная оболочка из трубы является обоймой и значительно упрочняет бетон, находящийся внутри нее в 1,92 1,5 раза [3, с.191, табл.8.3.]. Примем это техническое решение за аналог.

Известно также, что при трансформации цилиндрической трубы в овал с эллиптической поверхностью [4], или в овал с поверхностью, очерченной по квадратной параболе [5], причем отношение большего габарита по средней линии к меньшему габариту равно трем, превращает профиль, обладающий отличными характеристиками при его изгибе! Показатели оказываются даже лучшими, чем у двутаврового профиля! Примем упомянутые овальные в сечении профили за аналоги.

Известен также «Способ усиления железобетонной колонны, утратившей несущую способность» [6, 2274719], предложенный К.К.Неждановым и разработанный с аспирантами. Способ реализован на ТЭЦ-1, г.Пенза. Способ заключается в превращении обычной железобетонной колонны, получившей сильные повреждения в результате коррозии бетона и арматуры, в трубобетонную колонну. Способ позволяет не только полностью восстановить утраченную несущую способность, но и увеличишь ее в необходимое число раз. Примем это техническое решение за прототип.

Техническая задача изобретения - автоматизация процесса возведения каркаса сооружения, повышение технологичности процесса, снижение трудоемкости и повышение надежности соединения ригеля с колонной.

Техническая задача по способу автоматизация процесса жесткого соединения овального в сечении трубчатого ригеля с овальной в сечении трубобетонной колонной каркаса решена следующим образом.

Способ, автоматизирующий процесс возведения каркаса сооружения, заключается в следующем.

Изгибаемый ригель пропускают сквозь узел неделимым, целым, а оголовок нижней колонны выполняют лоткообразным, с продольными отогнутыми ребрами, копирующим и охватывающим поверхность овала снизу.

Ригель плотно вкладывают в оголовок колонны, совмещая фиксирующие штифты с ответными отверстиями в лотке оголовка, а базу верхней колонны выполняют подобно оголовку - лоткообразной и снабжают фиксирующими штифтами с ответными отверстиями в отгибах оголовка.

Безвыверочно монтируют верхнюю колонну, совмещая фиксаторы с ответными отверстиями, и образуют с лотком оголовка овальную трубчатую полость с габаритами 3/1 и плотно охватывают вложенный в полость овальный в сечении ригель с такими же габаритами 3/1.

Причем продольные ребра базы верхней колонны и оголовка нижней колонны соединяют друг с другом высокоресурсными соединениями, например высокопрочными легированными шпильками, гарантированно затягивают их гайковертом и образуют единый монолитный узел из колонн и ригеля.

На фиг.1 показан узел жесткого соединения овального в сечении трубчатого ригеля с овальной в сечении трубобетонной колонной каркаса. Причем бетон выполнен с применением расширяющегося цемента. Бетон нагнетают в колонну по патрубку в нижней части колонны способом «снизу-вверх». После схватывания бетона происходит его расширение, а стальная обойма препятствует этому расширению. Бетон оказывается всесторонне сжат, его прочность значительно возрастает (см. пример расчета) На фиг.2 - вид сбоку на фиг.1. На фиг.3 - вид А-А и вид Б-Б на фиг.1; на фиг.4 - вид С-С на фиг.1. На фиг.5 - сечение главной балки; на фиг.6 - расчетная схема трехпролетного неразрезного ригеля; на фиг.7 - болтовое соединение трубобетонной колонны с двутавровым неразрезным ригелем; на фиг.8 - жесткое соединение трубобетонной колонны с овальным в сечении ригелем; на фиг.9 - расчетная схема центрально сжатой трубобетонной колонны; на фиг.10 - сечение стальной трубы 480×6 мм; на фиг.11 - сечение стальной трубы 480×5 мм; на фиг.12 - сечение трубобетонной колонны диаметром 480 мм с центральным каналом в центре сечения колонны.

Изгибаемый ригель 1 пропускают сквозь узел неделимым, целым, а оголовок 2 нижней колонны 3 выполняют лоткообразным, с продольными отогнутыми ребрами 4, копирующим и охватывающим поверхность овала ригеля 1 снизу.

Ригель 1 ориентирован большим габаритом вертикально. Его плотно вкладывают в оголовок 2 колонны 3, совмещая фиксирующие штифты 5 с ответными отверстиями в лотке оголовка 2, а базу 6 верхней колонны 7 выполняют подобно оголовку - лоткообразной и снабжают фиксирующими штифтами 8, западающими в ответные отверстия в отгибах 4 оголовка 2.

Безвыверочно монтируют верхнюю 7 колонну, совмещая фиксирующие штифты 8 с ответными отверстиями, и образуют с лотком оголовка овальную трубчатую полость с габаритами 3/1 и плотно охватывают вложенный в полость овальный в сечении ригель 1 с такими же габаритами 3/1. Колонны нижняя 3 и верхняя 7 и ригель 1 ориентированы большими габаритами в плоскости рамы каркаса сооружения. Причем продольные ребра 4 базы верхней 7 колонны и оголовка 2 нижней 3 колонны соединяют друг с другом высокоресурсными соединениями, например высокопрочными легированными 9 шпильками (сталь 40Х «Селект»), гарантированно затягивают их гайки гайковертом и образуют единый монолитный узел из колонн 3, 7 и ригеля 1.

Стальная пластинка 10, на которую опирается второстепенная балка, пропущена сквозь овальный ригель и закреплена сваркой. 11 - второстепенная балка, 12 и 13 - накладки, перекрывающие верхний пояс второстепенной балки, 14 - высокопрочные легированные шпильки (сталь 40Х «Селект»).

При монтаже узла необходима установка специальных перегородок для того, чтобы при бетонировании колонны более высокого этажа бетон не заполнял ригель.

В теле колонны имеется канал. При возникновении пожара и повышении температуры датчик подает сигнал и автоматически включается подача воды по полости ригеля и каналу в колонне. Это позволяет не допустить разогрев стального каркаса до температуры, вызывающей снижение прочностных свойств стали.

Сопоставление с аналогом [3, с.191] показывает существенное отличие - обойма выполнена овальной в сечении с соотношением большего габарита к меньшему, равным трем. Узлы жесткого соединения ригеля с трубобетонной колонной не найдены. Узлы показаны в [1, с.328] и в [2, с.68] относятся к колоннам и ригеля, армированным стержневой арматурой. Трудоемкость возведения сооружения с такими конструктивными решениями узлов высокая.

Экономический эффект достигнут за счет снижения трудоемкости изготовления и безвыверочного монтажа элементов рамы. Высокоресурсные болтовые соединения обеспечивают быстрый автоматизированный монтаж конструкций при любых погодных условиях. Выполнение ригеля цельным обеспечивает высокую надежность узлового соединения и позволят достигнуть значительного снижения материалоемкости.

Выполнение трубобетонной колонны и ригеля из овальных профилей с относительной высотой сечения 3/1 также обеспечивает снижение материалоемкости.

ПРИМЕР КОНКРЕТНОЙ РЕАЛИЗАЦИИ

Необходимо сравнить новое решение узла сопряжения с уже известными техническими решениями. Для сравнения возьмем узел сопряжения неразрезного ригеля из прокатного широкополочного двутавра с трубобетонной колонной каркаса.

РИГЕЛЬ

Расчет ригеля производим в соответствии с требованиями СНиП 2.01.07-85* «Нагрузки и воздействия». Напряжения в этом СНиП даны в МПа (мегапаскалях), поэтому для удобства будем измерять действующие силы в гН (гектоньютонах). Тогда 1 МПа=10 6 Н/м 2 =1 Н/мм 2 =100 Н/см 2 =1 гН/см 2 .

Материал балки сталь - С255 ГОСТ 27772-88 (В Ст3 сп5) с расчетными сопротивлениями: при изгибе R y =230 МПа, при срезе R cp =0,58·R y =133,4 МПа.

Расчет производился в расчетном комплексе SCAD. В результате получились следующие внутренние усилия:

M max =M оп =8863,1 гНм

Q max =5174,6 гН

M тр max =3833,5 см 3 по сортаменту подбираем двутавр 50Ш4

W ф =3838 см 3 , m=173,38 кг.

Сечение главной балки представлено на фиг.5.

Ригель будет состоять из трех составных балок прокатного профиля, сечением I 50Ш4. Стыки балок будут находиться в местах, где момент равен нулю . Схема трехпролетного неразрезного ригеля показана на фиг.6.

Для сравнения подбираем по сортаменту овальный профиль W тр max =3833,5 см 3 W ф =4074,7 см 3 , m=140,3 кг.

Болтовое соединение трубобетонной колонны с двутавровым неразрезным ригелем показано на фиг.7, жесткое соединение трубобетонной колонны с овальным в сечении ригелем на фиг.8.

Спецификация двутаврового ригеля

Сечение

Длина, мм

Количество

Масса

Примечание

ед.

всего

Двутавр 50Ш4

10000

2

1733,8

3467,6

Двутарв 50Ш4

4500

1

780,21

780,21

Сумма

4247,81

Спецификация овального ригеля

Сечение

Длина, мм

Количество

Масса

Примечание

ед.

всего

Овал h=123 см

10000

2

1403

2806

Овал h=123 см

4500

1

631,35

631,35

Сумма

3437,35

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТРУБОБЕТОННОЙ КОЛОННЫ

Расчет круглой в сечении трубобетонной колонны аналогичен расчету овальной трубобетонной колонны. Рассчитаем круглую трубобетонную колонну.

Исходные данные: N=15770 гН; l ef =4.8 м; R=240 МПа; n =0,95; =40. Задаемся =0,8, =1

N - сжимающая сила;

l ef - расчетная длина колонны;

- коэффициент продольного изгиба;

- коэффициент условий работы,

- гибкость ,

i - радиус инерции сечения.

Расчетная схема центрально сжатой колонны с шарнирно опертыми концами показана на фиг.9.

Так как эксцентриситет равен нулю, эффект максимален. Находим требуемую площадь сечения стальной трубы из условия ее устойчивости

Задаемся толщиной стенки t=0.6 см. Находим диаметр стальной трубы:

А= ·d·t;

По сортаменту принимаем стандартную круглую трубу круглую D н =480 мм,

толщина стенки t=6 мм; A - площадь поперечного сечения A=74,6 см 2 ; i x =i y =16,8 см (см. фиг.10).

A ф - фактическая площадь сечения А ф = ·d·t=3,14·47,5·0,6=90,3 см 2

гибкость колонны

приведенная гибкость

коэффициент продольного изгиба

Проверяем устойчивость

Устойчивость обеспечена с запасом.

Избыточный запас, необходимо откорректировать сечение.

Корректируем сечение. По сортаменту принимаем трубу круглую D н =480 мм, толщина стенки t=5 мм; А=74,6 см 2 ; i х =i y =14,9 см (см. фиг.11)

Проверяем устойчивость

Устойчивость обеспечена.

Несущая способность равна: F тр = · ·R y ·A=1·0,924·74,6=16543,3 гН>15770 гН

Площадь бетона на расширяющемся цементе (заполнение плотное полное).

Сечение колонны показано на фиг.12.

k б =1,92 (М200) - коэффициент, учитывающий увеличение прочности бетона при обжатии его обоймой; [3, с. 191]

R y =240 МПа;

R bn =11.28 МПа;

=32,21;

А тр =74,6 см 2 ;

;

;

Приведенная гибкость:

=0,654

Несущая способность трубобетонной колонны:

F трубоб =(А б ·R bn ·k б +А тр ·R)·

F трубоб =(1734,9·11,28·1,92+74,6·240)·0,654=(37573,77+17904)·0,654=36282,5 гН

Несущая способность стальной трубы:

F= · ·R y ·A=1·0.924·240·74,6=16543,3 гН>15770 гН

При заполнении трубы бетоном произошло значительное увеличение несущей способности

Следовательно, трубобетонные колонны необходимо более широко применять при проектировании каркасов зданий.

Список литературы

1. Железобетонные и каменные конструкции: Учебник для строительных специальностей вузов / В.М.Бондаренко, P.O.Бакиров, В.Г.Назаренко, В.И.Римшин; Под ред. В.М.Бондаренко, - 4-е изд., доп. - М.: Высш. шк., 2007, - 887 с.

2. Кудзис А.П. Железобетонные и каменные конструкции: Учебник для строительных специальностей вузов. В 2-х частях. Ч.2. Конструкции промышленных и гражданских зданий и сооружений. - М.: Высш. шк., 1989, - 264 с.

3. Металлические конструкции. Общий курс: учебник для студ. высш. учебн. заведений / [Е.И.Беленя, В.А.Балдин, Г.С.Ведеников и др.]; под общ. ред. Е.И.Беленя. - 6-е изд. М.: Стройиздат, 1986, - 560 с. (Аналог).

4. Нежданов К.К., Нежданов А.К., Туманов В.А., Карев М.А. Рельсобалочная конструкция. Патент России 2192381. М. кл. B66C 6/00, 7/08. Бюл .31. Зарег. 10.11.2002 (Аналог).

5. Нежданов К.К., Туманов В.А., Рубликов С.Г., Нежданов А.К. Способ повышения несущей способности цилиндрической трубы на изгиб. Патент России 2304479. Бюл. 23. Опубликовано 20.08.2007 (Аналог).

6. Нежданов К.К., Туманов В.А., Нежданов А.К. Способ усиления железобетонной колонны, утратившей несущую способность. Патент России 2274719. Бюл. 11. Опубликовано 20.04.2006 (Прототип).

Формула изобретения

Способ автоматизации процесса жесткого соединения овального в сечении трубчатого ригеля с овальной в сечении трубобетонной колонной каркаса, заключающийся в том, что изгибаемый ригель пропускают сквозь узел неделимым, целым, оголовок нижней колонны выполняют лоткообразным, с продольными отогнутыми ребрами, копирующим и охватывающим поверхность овала снизу, ригель плотно вкладывают в оголовок колонны, совмещая фиксирующие штифты с ответными отверстиями в лотке оголовка, базу верхней колонны выполняют подобно оголовку - лоткообразной и снабжают фиксирующими штифтами с ответными отверстиями в отгибах оголовка, безвыверочно монтируют верхнюю колонну, совмещая фиксаторы с ответными отверстиями, и образуют с лотком оголовка овальную трубчатую полость с габаритами 3/1, плотно охватывают вложенный в полость овальный в сечении ригель с такими же габаритами 3/1, причем продольные ребра базы верхней колонны и оголовка нижней колонны соединяют друг с другом высокоресурсными соединениями, например высокопрочными легированными шпильками, гарантированно затягивают их гайковертом и образуют единый монолитный узел из колонн и ригеля.

РИСУНКИ