DK141415B - Stige eller en lignende gitterkonstruktion. - Google Patents

Description

(11) FREMLÆGGELSESSKRIFT 141415 E 04 C 2/42 DANMARK 'n'013 * cs «(21) Ansøgning nr. 5847/72 (22) Indleveret den 25· HOV· 1972 (23) Løbedag 25· HOV. 1972

(44) Ansøgningen fremlagt og Q

fremtaeggelsesskriftet offentliggjort den 10« fflST · 1 980

DIREKTORATET FOR

PATENT-OG VAREMÆRKEVÆSENET (30) Prioritet begteret fra den

25- nov. 1971/ 17016/71, CH

(71) AB CARL KEIJSER & CO., Tunbytorpsgatan 1, Yaesterås, SE.

(72) Opfinder: Erik Arne Engvall, Kaserngatan 95, Vaesterås, SE: Thomas Ritscher, Hofackerstrasse 5, Adliswil, CH.

(74) Fuldmægtig under sagens behandling:

Plougmann & Vingtoft Patentbureau.

(54) Stige eller en lignende gitterkonstruktion.

Opfindelsen angår en stige eller en lignende gitterkonstruktion med to langsgående, hver især i ét stykke udformede og i hovedsagen parallelle bjælker, fortrinsvis af en ekstruderbar letmetallegering, og med mellem bjælkerne med lige store indbyrdes afstande og i hovedsagen vinkelret på disse anbragte hule tværstivere, der fortrinsvis også er fremstillet af en ekstruderbar letmetallegering og har et i hovedsagen rektangulært tværsnit, hvilke bjælker har en kropsdel beliggende mellem i hovedsagen vinkelret fra denne kropsdel udragende flanger, idet der i kropsdelen er udformet huller til fastgørelse af tværstiverne ved stukning af disse til flanger, der ligger an mod kropsdelen rundt langs hulkanterne på begge sider af kropsdelen.

2 141415

Bjælkerne i sådanne kendte gitterkonstruktioner er normalt fremstillet af træ, metal eller andre konstruktionsmaterialer og har et i hovedsagen cirkulært eller rektangulært tværsnit. Når der er tale om bjælker af metal, er det konventionelt at anvende profiler eller tværsnitsformer, der ligner et I, H eller et dobbelt T. I sådanne bjælkeprofiler har tværsnitsformen altså to flanger eller flige, der er indbyrdes forbundet ved hjælp af en tværdel eller en krop. Kendte gitterkonstruktioner såsom stiger, der er fremstillet af letmetal eller metallegeringer, og hvis langsgående parallelle bjælker har et sådant profil, giver en tilfredsstillende bøjnings-stivhed og torsionstabilitet ved forholdsvis små tværsnitsarealer. Imidlertid er sidestivheden normalt utilfredsstillende. Det sidstnævnte krav er imidlertid ikke alene vigtigt for stiger, især lette stiger med en vis længde, men også for andre typer af gitterkonstruktioner af ovennævnte art, hvor belastningen ikke overvejende virker i bjælkernes længderetning, dvs. ikke vinkelret på tværsti-verne eller gitterstængerne, som det f.eks. er tilfældet ved gelændere, rækværk etc. I et hvilket som helst af disse tilfælde vil anvendelsen af forholdsvis lette, højkvalitative og derfor forholdsvis dyre konstruktionsmaterialer, f.eks. aluminiumlegeringer, opfordre til fremstilling af konstruktioner, der med den mindst mulige vægt har den bedst mulige ligevægt mellem bøjnings- og torsionstabilitet, når konstruktionen udsættes for belastninger i retninger parallel med eller vinkelret på bjælkernes længderetning.

En stige af den ovenfor kendte art er eksempelvis beskrevet i svensk fremlæggelsesskrift nr. 308.182, hvor stigens parallelle bjælker har et i hovedsagen i-formet tværsnit, medens tværstiverne, der er rørformede, har et firkantet tværsnit. Tværstiverne er fastgjort til bjælkekroppene derved, at tværstivernes ender er indført i huller i bjælkekroppene og stukket således, at der på tværstiverne dannes rundt langs hulkanterne forløbende flanger, der ligger an mod begge sider af bjælkekroppene.

I forbindelse med tilvejebringelsen af nærværende opfindelse har det vist sig, at en simpel forøgelse af bjælkernes tværsnitsareal i almindelighed eller i bestemte områder med spændingskoncentrationer normalt ikke giver en forøgelse af bøjnings- og torsionsstabiliteten, 3 141415 der er tilstrækkelig til at kunne retfærdiggøre den resulterende større vægt og de forøgede udgifter til konstruktionsmateriale, og at et område af særlig vigtighed er udformningen af forbindelserne mellem bjælkerne og tværstiverne. En nærliggende metode til opnåelse af en forbedring af stabiliteten går eksempelvis ud på at svejse tværstiverne til bjælkerne ved hjælp af inert gas, men en sådan metode er temmelig dyr til brug i kommerciel produktion.

Det har vist sig, at man ved gitterkonstruktioner af den ovennævnte kendte type kan opnå overraskende forbedringer af sidebøjnings-og torsionsstabiliteten uden en væsentlig forøgelse af konstruktionens vægt og uden anvendelse af dyre fremstillingsprocesser.

Således er gitterkonstruktionen ifølge opfindelsen ejendommelig ved, at kropsdelen består af et centralt parti med i hovedsagen ensartet tykkelse og ud fra dette centrale parti og ud til bjælkens flanger forløbende sidepartier, der fra det centrale parti har gradvis tiltagende tykkelse, og som set i tværsnit sammenlagt har en længde, der udgør mindst 20% af kropsdelens totale længde, og at tværstivernes rundt langs hulkanterne beliggende flanger i retning mod bjælkernes flanger strækker sig liggende an mod kropsdelen til i det mindste i nærheden af overgangen mellem det centrale kropsparti og sidepartierne.

Sammenlignende forsøg med en konstruktion ifølge opfindelsen og en kendt konstruktion af den art, der er beskrevet i det ovennævnte svenske fremlæggelsesskrift, viser ved konstruktionen ifølge opfindelsen en bemærkelsesværdig forøgelse af bøjningsstivheden (bestemmes ved måling af deformationen af en konstruktion bestående af to i hovedsagen parallelle bjælker og flere med ensartede mellemrum anbragte tværstivere og med en prøvebelastning anbragt på begge bjælkerne), sidebøjningsstivheden (samme konstruktion som ovenfor nævnt, men med belastningen anbragt på kun den ene bjælke) og en almindelig forbedring af torsionsstivheden. Som eksempel kan nævnes, at sidebøjningsstivheden ved konstruktionen ifølge opfindelsen viste sig at være omkring otte gange større end for den kendte konstruktion. De anvendte prøvemetoder svarer til dansk standard (DS 2069.0), som af alle officielle standardforskrifter for stiger og lignende gitterkonstruktioner anses for at foreskrive de strengeste prøver.

4 14U15

Tykkelsen af kropsdelens sidepartier kan tiltage på en hvilken som helst måde, idet sidepartierne eksempelvis kan have buede eller krumme sideflader. Hvert af kropsdelens sidepartier er imidlertid fortrinsvis kileformet med i hovedsagen plane modstående sideflader, der indeslutter en vinkel på mellem ca. 10° og ca. 35°, fortrinsvis mellem 14° og 24°.

I det følgende vil gitterkonstruktionen ifølge opfindelsen blive nærmere forklaret under henvisning til tegningen, på hvilken fig. 1 viser halvskematisk en del af en udførelsesform for en bjælke til brug i gitterkonstruktionen ifølge opfindelsen og set i perspektiv, fig. 2 skematisk en del af et tværsnit i en udførelsesform for en bjælke til gitterkonstruktionen ifølge opfindelsen, fig. 3 skematisk en del af et tværsnit i en anden udførelsesform for en bjælke til gitterkonstruktionen ifølge opfindelsen, fig. 4 skematisk den almindelige form for en H-bjælke med angivelse af dimensionsforhold for foretrukne udførelsesformer for bjælker til brug i gitterkonstruktioner ifølge opfindelsen, fig. 5 skematisk et delsnit, der illustrerer en udførelsesform for forbindelsen mellem en bjælke og en tværstiver i konstruktionen ifølge opfindelsen, fig. 6 skematisk et delsnit, der viser forbindelsen mellem en bjælke og en tværstiver i en foretrukken udførelsesform for gitterkonstruk-tionen ifølge opfindelsen.

I fig. 1 er der vist en bjælke 11 med en krop 12, der består af en centerdel eller et centralt parti 13 og to sidedele eller sidepartier 14 og 15. Kroppens centerdel 13 har en i hovedsagen ensartet bredde, medens hver af sidedelene 14 og 15 tiltager i bredde fra kroppens centerdel mod tilgrænsende flanger 17 og 19. Med andre ord er kroppens sidedele 14 og 15 i hovedsagen tilspidset fra området i nærheden af flangerne 17 og 19 i retning mod kroppens centerdel 13. I fig. 1 er tilspidsningen for at lette forståelsen noget overdrevet, som det mere detaljeret vil blive beskrevet i det følgende, dvs., at der er vist en tilspidsningsvinkel på ca. 40° i stedet for den foretrukne tilspidsning på fra ca. 10° til ca. 35°, idet 14 - 24° er det foretrukne interval.

5 141415

Kroppens centerdel 13 er forsynet med et antal åbninger 16, af hvilke der er vist tre på tegningen, men det er klart, at det faktiske antal åbninger, deres indbyrdes afstande, deres form og størrelse vil afhænge af det nødvendige antal tværstivere pr. længdeenhed i en given konstruktion, af konstruktionens totale længde og af tværstivernes tværsnitsform. Ted en foretrukken ud= førelsesform er åbningerne 16 kvadratiske.

De til kroppens sidedele 14 og 15 grænsende flanger 17 og 19 kan være formet som vist, dvs. med flangerande 18 og 20 bøjet indefter mod kroppens midte, men andre udformninger, f.eks. buede, rette etc., vil være lige så velegnede. Den nøjagtige udformning af flangerne er i hvert tilfælde ikke noget vigtigt træk.

Det er klart, at en gitterkonstruktion ifølge opfindelsen vil omfat= te mindst to i hovedsagen ens bjælker af denne type anbragt i ho= vedsagen parallelt som ovenfor forklaret. I praksis, f.eks. når der er tale om stiger, vil et sådant par bjælker være anbragt med den indre sideflade af kropsdelen beliggende ved siden af den tilsvarende inderside af kropsdelen på den anden bjælke.

Endvidere vil positioner, former og afstande for åbningerne 16 være i hovedsagen den samme i et par bjælker i betragtning af, at bjælkeparret er indbyrdes forbundet ved hjælp af tværstivere.

Der kan imidlertid anvendes mere end to bjælker i en gitterkon= struktion, f.eks. konstruktioner til understøtning af kabler etc.

Bjælkerne er fortrinsvis fremstillet af et extruderbart letmetal, f.eks. en aluminiumslegering af den type, der nærmere vil blive diskuteret i det følgende.

Ved den i fig. 2 viste tværsnitsform er kroppens tilspidsede side= del 6 en ikke-lineær forøgelse af bredden i retning fra det med 6 141415 4 betegnede område, dYS. enden af kroppens centerdel 2, i retning mod den tilgrænsende flange 3. Fladerne la og lb på kroppens sidedel 6 følger i hovedsagen formen for logarithmiske spiraler, der strækker sig frem til de "indefter" bøjede ender eller rande 5a og 5b på flangen 3· Selv om den logarithmiske spiralform er velegnet for sidedelene af bjælkens krop, vil det for en fagmand være klart, at der vil kunne foretages forskellige modifikationer af den "ide= elle" krumning i overensstemmelse med parametre som bjælkedimen= sioner, tværstiverdimensioner og egenskaber for den anvendte legering. I alle tilfælde er den buede form for bjælkens sidefla= der i området for kroppens sidedele ikke væsentlig for opfindelsen.

Det bemærkes, at fig. 2 kun viser halvdelen af en bjælkeprofil.

Fig. 3 viser halvdelen af et bjælketværsnit, der kan betragtes som værende en tilnærmelse af den i fig. 2 viste form. Denne modifika= tion kan være væsentlig af hensyn til praktiske krav i forbindelse med fremstilling af sådanne bjælker, f.eks. ved extrudering af letmetallegeringer gennem et extrudermundstykke. I fig. 3 starter overgangen fra flangen 31 til kroppens sidedel 22 med en krumning, der er betegnet med 42 og fortsætter via en i hovedsagen plan del 43 til et overgangspunkt 41» der er enden af kroppens sidedel og begyndelsen af kroppens centerdel 21, der har en længde, som er betegnet med Kroppens sidedel 22 eller 6 kan siges at være "kileformet" og er ejendommelig ved en kilevinkel, der er to gange den i fig. 3 viste vinkel a. Ved praktiske udførelsesformer og ved de udførelsesformer, der detaljeret vil blive forklaret i det følgende, vil kilevinklen (2 x a) almindeligvis ligge mellem 10 og 35°, fortrinsvis mellem 15 og 30° og bedst mellem 14 og 24°.

Nogle foretrukne dimensionsforhold for bjælkeprofiler, der er vel= egnede til brug i forbindelse med gitterkonstruktionen ifølge op= findelsen, vil nu blive forklaret ved hjælp af den i fig. 4 viste skematiske tegning.

Forholdet mellem den totale længde S^ af kroppen 22 og længden af kroppens centerdel SML ligger almindeligvis i intervallet fra 1,0 til 2,5 og fortrinsvis i intervallet fra 1,2 til 2,2. Bredden og tykkelsen af kroppens centerdel 21 vil være i hovedsagen ensartet, og forøgelsen af bredden for kroppens sidedel, der er betegnet med 7 141415 SVL ^or kr°PPen ^2 ~ der som ovenfor kan betragtes som værende kileformet - vil begynde ved et punkt SD, der er betegnet med 50. Almindeligvis vil begge kropsidedele have den samme længde. Det foretrækkes også, at forholdet mellem kroppens totale længde og summen af længderne for de to kropsidedele, altså forholdet 23^,ligger mellem 1 og 4 og fortrinsvis mellem 1,9 og 3,4.

Forholdet mellem den totale længde af kroppen 22 og længden af flangerne 31, dvs. forholdet ligger fortrinsvis i interval let fra 1,0 til 2,0 og endnu bedre mellem 1,4 og 1,9. Forholdet mellem Sq-^ og bredden af kroppen 22 ved centerdelen 21, dvs. forholdet ligger fortrinsvis mellem 15 og 40 og endnu bedre mellem 20 og 37. Til praktisk vurdering anvendes det omvendte forhold til almindelig karakteristik, og dette forhold lig= ger fortrinsvis i intervallet fra 0,04 til 0,02.

Forholdet mellem kroppens bredde SD og bredden Bp af flangerne 31 ligger fortrinsvis mellem 2,0 og 0,5 og endnu bedre mellem 1,7 og 0,6, idet en nedre grænse på ca. 1 er passende for de fleste for= mål.

De ovenfor i forbindelse med fig. 4 angivne forhold er især for= delagtige for bjælker fremstillet af extruderbare letmetallege= ringer på aluminiumbasis, f.eks. ved extrudering. Tværstiverne er fortrinsvis fremstillet af lignende materialer og kan også være extruderinger af i og for sig kendt type. Typiske eksempler på sådanne legeringer er AIHgSi-legéringer som angivet i U.S. standard nr, 6351/6 eller den tilsvarende svenske standard nr.

4212-6. Normalt skal styrken (træk) for de aluminiumslegeringer, o der anvendes til bjælker og tværstivere, være mindst ca. 25 kp/mm (i hovedsagen svarende til en Webster B hårdhed på mindst ca. 16). legeringens styrke skal fortrinsvis ikke ligge mere end 10# under de umiddelbart ovenfor angivne værdier.

Tværstivernes dimensioner er som ovenfor nævnt afstemt efter læng= den for kroppens centerdel. Almindeligvis vil kroppens centerdel have i hovedsagen den samme længde som eller være noget mindre end afstanden mellem modstående sider på den anliggende flade på rekt= 141415 8 angulære tværstivere. Udtrykket "anliggende flade" hentyder til den del af tværsidernes ender, der ligger an mod siden af bjælkens krop. Normalt vil denne anliggende flade være én del af en flangedel på tværstiveren, f.eks. en stukket udbuling eller en rand udformet rundt langs tværstiverens periferi, og den vil normalt ligne, men være noget større end tværstiverens tværsnit.

Normalt vil den foretrukne tværsnitsform for tværstiverne være i hovedsagen rektangulær, og en kvadratisk tværsnitsform vil udgøre den mest foretrukne udførelsesform. Kanterne kan om ønsket være afrundet.

Det bemærkes, at tværstiverne kan have en med riller forsynet yderflade eller være forsynet med andre skridsikrende midler om= fattende belægninger, især hvis konstruktionen er en stige.

Sammenlåsningen mellem tværstiverne og bjælkerne vil nu blive forklaret med henvisning til fig. 5 og 6. I det halvskematiske tværsnit vist i fig. 5 har tværstiveren 6l’es endedel 60 en inderflange 62 og en yderflange 63, der ligger fast an mod krop= pens centerdel 65 og med deres yderste rande 621 og 631 ligger an mod kroppens sidedele 641 og 642.

I praksis kan dette eksempelvis som vist i fig. 6 opnås ved på tværstiveren 48 først at danne en endedel 481 med en stukket eller foldet krave 49, der skal tjene som den inderste flange.

Derefter indføres den tilbageværende frie ende i en åbning (16 i fig. 1) i kroppens centerdel 52 (13 i fig. l), så at den kommer til at strække sig gennem den. Der dannes nu en anden stukket el= ler foldet krave 51 for endedelen 481, f.eks. ved sammentrykning og i overensstemmelse med det anvendte materiales deformations= egenskaber. Ved at understøtte den foldede krave 49 mod det tryk, der i sideværts retning udøves på endedelen 481 for dannelse af kraven 51 og for yderligere at presse begge kraver 49 og 51 mod kroppens centerdel 52, kan der frembringes en yderst stærk samm.en= låsende forbindelse mellem tværstiveren og bjælkens krop. Det foretrækkes normalt at sammenpresse og deformere kraverne 49 og 51 i en sådan grad, at de derved dannede flanger kommer til at stræk= ke sig ud til kroppens sidedele 46, så at der som følge af den til= tagende bredde af disse sidedele 46 vil blive dannet en kilefor= 9

HUIS

bindelse. Når der anvendes extruderbare letmetaller af den ovenfor nævnte type, vil den på denne måde dannede sammenlåsende forbindelse mellem tværstiveren og bjælken udpræget forøge gitterkonstruktionens bøjnings- og torsionsstabilitet.

Det er klart, at den i fig. 5 og 6 viste indbyrdes sammenlåsning af tværstiveren og bjælken ved den ene side af konstruktionen gentages eller dannes samtidigt ved den anden forbindelse eller de andre forbindelser. Ved fremstilling af stiger foretrækkes det at frembringe sammenlåsningen ved begge ender af hver tværstiver samtidigt.

Sammenlignende undersøgelser af gitterkonstruktioner ifølge opfin= delsen, f.eks. den i fig. 6 viste, med gitterkonstruktioner, der har samme grundstruktur, men en konventionel bjælke, dvs. ingen forøgelse af bredden af kroppens sidedele, som det her er vist, viser en bemærkelsesværdig forøgelse af (a) bøjningsstyrken (måling af deformationen af en konstruktion bestående af to i hoved= sagen parallelle bjælker og et antal tværstivere, der indbyrdes forbinder bjælkerne med ensartede afstande, idet begge bjælkerne udsættes for en prøvebelastning), (b) sidebøjningsstyrken (kon= struktionen som ovenfor, men med belastningen virkende kun på den ene bjælke), og (c) generelle forbedringer af torsionsstabiliteten. Eksempelvis var sidebøjningsstyrken for konstruktionen ifølge op= findelsen ca. 8 gange større end for den sammenlignende konstruktion.

De anvendte prøvemetoder var de, der er beskrevet i dansk standard (DS 2069.0), og som må anses for at være de hårdeste af de officielle standarder for prøvning af gitterkonstruktioner.

Selv om beskrivelsen ovenfor hovedsagelig angår gitterkonstruktio= ner til stiger fremstillet af extruderbare letmetallegeringer, er det klart, at fagfolk vil kunne foretage mange ændringer, hvad angår de til fremstillingen anvendte materialer, de specifikke former, dimensioner og udformninger. F.eks. kan konstruktionen ifølge opfindelsen have mere end to bjælker, f.eks. ved at tvær= stiverne mellem to bjælker er forsat i forhold til tværstiverne for den ene af disse bjælker og den næste bjælke. Der kan endvide= re anvendes andre konstruktionsmaterialer såvel for bjælkerne som for tværstiverne indbefattende syntetiske polymere, f.eks. duro= plaster, der eventuelt kan være armeret med sådanne stoffer som glasfibre.