RU230717U1 - Профиль составной - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к области строительства, в частности к длинномерным строительным элементам коробчатого сечения. Профиль составной содержит два одинаковых металлических профиля: внешний и внутренний, которые соединены между собой в единую конструкцию, при этом профили состоят из стенки, полки и U-образного загиба, которые расположены по обе стороны стенки, причем загиб направлен во внутреннюю часть, а полка содержит упор, направленный во внутреннюю часть с U-образным загибом, который направлен во внешнюю сторону. Техническим результатом является увеличение прочности коробчатого профиля, а именно увеличение жесткости и допускаемого силового воздействия на коробчатый профиль.

Description

Полезная модель относится к области строительства, в частности к длинномерным строительным элементам коробчатого сечения.

Из уровня техники известно составное фасонное изделие и узел стыкового соединения панелей (патент RU2600247C1, опубл. 20.10.2016), которые относятся к области строительства, а именно к узлу стыкового соединения трехслойных сэндвич-панелей (ТСП) и используемому в этом узле доборному элементу в виде составного фасонного изделия, части которого образуют систему для скрытого крепления ТСП на стыках при монтаже ТСП к несущему каркасу здания. В узле стыкового соединения ТСП, включающем две примыкающие друг к другу торцами ТСП, закрепленные каждая через лицевую облицовку с помощью резьбовых крепежных элементов к опорному элементу несущей конструкции здания или сооружения, и предназначенное для сокрытия видимых элементов указанного крепления ТСП составное фасонное изделие, состоящее из базового и декоративного длинномерных профилей, изготовленных из листовой оцинкованной стали путем гибки или проката, при этом базовый профиль имеет постоянное на всей его длине поперечное сечение с центральным каналом открытого типа условно П-образной формы и с отходящими в противоположные стороны от продольных боковых стенок канала верхними горизонтальными полками, оканчивающимися наклонными по направлению к горизонтальной полке канала крайними продольными боковыми стенками, а длинномерный декоративный профиль имеет постоянное на всей его длине условно П-образной формы поперечное сечение и установлен враспор в центральный канал базового профиля таким образом, что наружные поверхности продольных боковых стенок декоративного профиля контактируют с внутренними поверхностями продольных боковых стенок центрального канала базового профиля, причем базовый профиль составного фасонного изделия закреплен со стороны наружной облицовки ТСП, по линии стыка торцов ТСП с помощью резьбовых крепежных элементов к опорному элементу несущей конструкции.

Недостатком данного длинномерного профиля является ограниченная область применения, обусловленная тем, что при соединении между собой внешнего и внутреннего профилей образуется недостаточно жесткий профиль с незамкнутым поперечным сечением, исключающий силовое воздействие на него при эксплуатации.

Также известна планка (патент RU197859U1, опубл. 03.06.2020), которая относится к строительным элементам и может быть использована в качестве коробчатого профиля для вентиляционных и дренажных труб, наполнения заборов и ограждений, а также как декоративные элементы при облицовке. Планка включает два профиля, соединенных силами упругости при сборке, каждый из которых имеет стенку и выполненные заодно со стенкой боковые полки, которые у первого профиля имеют загибы внутрь навстречу друг другу и заканчиваются отбортовками, направленными к стенке профиля. Ширина стенки второго профиля равна расстоянию между загибами первого профиля, боковые полки второго профиля, вложенного стенкой наружу в пространство между отбортовками первого профиля до упора со стенкой первого профиля, взаимодействуют с отбортовками первого профиля, при этом боковые полки обоих профилей равны по ширине.

Недостатками данного длинномерного коробчатого профиля являются:

существенное ограничение допускаемого силового воздействия на коробчатый профиль, обусловленное небольшой величиной сил упругого взаимодействия, удерживающих соединение внешнего и внутреннего профилей;

повышенные требования к точности изготовления профилей для обеспечения плотного прилегания взаимодействующих поверхностей при сборке.

Указанные недостатки ограничивают область применения известного длинномерного коробчатого профиля, а также производственную базу для его изготовления.

Наиболее близким к заявленному техническому решению является длинномерный коробчатый профиль (патент RU208780U1, опубл. 13.01.2022), который относится к области строительства, в частности к длинномерным строительным элементам коробчатого сечения, и может использоваться в гражданском и промышленном строительстве для монтажа вентиляционных, дренажных и других инженерных коммуникаций, наружной и внутренней декоративной облицовки зданий и помещений, изготовления заливных стоек и других элементов заборов и ограждений. Длинномерный коробчатый профиль состоит из соединенных между собой внешнего и внутреннего профилей, каждый из которых содержит стенку с полками на ее противоположных концах. Полки внешнего профиля выполнены с отгибами во встречном направлении и последующими отбортовками в направлении его стенки с образованием между отбортовками проема для размещения внутреннего профиля. Поперечное сечение внутреннего профиля соответствует поперечному сечению упомянутого проема. Внутренний профиль закреплен между полками внешнего профиля замковыми элементами, выполненными на внутреннем профиле посредством отгиба кромок на полках вдоль их наружной поверхности. Расстояние от торца упомянутого отгиба до наружной поверхности стенки на внутреннем профиле соответствует ширине отбортовок на внешнем профиле. Внешний и внутренний профили могут быть изготовлены из листового металла посредством гибки или проката с наружным защитным или декоративным покрытием или из жесткого полимерного материала посредством экструдирования.

Недостатками данного технического решения являются недостаточные прочность, жесткость и надежность, а также ограниченное допускаемое силовое воздействие на профиль.

Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является разработка профиля составного коробчатого сечения для навесных фасадов, подвесных потолков, ограждений, облицовок и декоративных панелей.

Данная задача решается благодаря тому, что профиль составной содержит два одинаковых металлических профиля: внешний и внутренний, которые соединены между собой в единую конструкцию, при этом профили состоят из стенки, полки и U-образного загиба, которые расположены по обе стороны стенки, причем загиб направлен во внутреннюю часть, а полка содержит упор, направленный во внутреннюю часть с U-образным загибом, который направлен во внешнюю сторону.

Техническим результатом является увеличение прочности профиля составного, а именно увеличение жесткости и допускаемого силового воздействия на профиль.

Полезная модель предназначена для создания панелей навесных фасадов, подвесных потолков, ограждений, облицовок, декоративных панелей и тому подобное.

Сущность полезной модели поясняется чертежами:

Фиг. 1 - профиль составной;

Фиг. 2 - узел соединения профилей;

Фиг. 3-17 - иллюстрации к исследованиям.

На фигурах обозначено: 1 - стенка; 2 - полка; 3 - загиб; 4 - упор; 5 - загиб; 6 - стенка; 7 - полка; 8 - загиб; 9 - упор; 10 - загиб.

Полезная модель представляет собой сборную конструкцию из двух одинаковых металлических профилей: внешнего и внутреннего, образуя при этом составной профиль коробчатого сечения (фиг. 1).

Внешний профиль содержит стенку 1, полку 2 и U-образный загиб 3, которые расположены по обе стороны стенки 1. Загиб 3 направлен во внутреннюю часть (в полость) профиля. При этом полка 2 содержит упор 4 с U-образным загибом 5 для прочного и надежного соединения с внутренним профилем. Упор 4 направлен во внутреннюю часть (в полость) профиля и предназначен для предотвращения перемещения профилей перпендикулярно друг другу, что приводит к увеличению прочности конструкции, а именно допускаемого силового воздействия. Угол с внутренней стороны между упором 4 и полкой 2 равен 120 градусам. Загиб 5 направлен во внешнюю сторону относительно профиля. Стенка 1 внешнего профиля имеет плоскую форму.

Внутренний профиль аналогичен внешнему профилю и содержит стенку 6, полку 7 и U-образный загиб 8, которые расположены по обе стороны стенки 6. Загиб 8 направлен во внутреннюю часть (в полость) профиля. При этом полка 7 содержит упор 9 с U-образным загибом 10 для прочного и надежного соединения с внешним профилем. Упор 9 направлен во внутреннюю часть (в полость) профиля и предназначен для предотвращения перемещения профилей перпендикулярно друг другу, что приводит к увеличению прочности конструкции, а именно допускаемого силового воздействия. Угол с внутренней стороны между упором 9 и полкой 7 равен 120 градусам. Загиб 10 направлен во внешнюю сторону относительно профиля. Стенка 6 внутреннего профиля имеет плоскую форму для крепления к поверхности потолка или стены, или системы кронштейнов.

Внешний и внутренние профили могут быть любой длины и ширины в зависимости от назначения. Полки 2, 7 и загибы 3, 8 профилей могут быть также любых размеров в зависимости от предпочтений и назначения.

Профили могут быть покрыты антикоррозийным покрытием, в частности цинком, полимерными красками или полиэстером, что приводит к увеличению коррозийной стойкости в два раза по отношению к известным из уровня техники строительных элементов.

Полезная модель собирается следующим образом.

Соединение профилей осуществляется методом задвигания загиба 3 внешнего профиля в загиб 10 внутреннего профиля и загиба 5 внешнего профиля в загиб 8 внутреннего профиля, образуя при этом составной профиль коробчатого сечения. Данное соединение предотвращает размыкание профилей при скручивающих и изгибающих воздействиях, увеличивая прочность и надежность конструкции.

Профиль составной может быть прикреплен к любой поверхности любыми известными способами, например, к столбам ограждения, стене любыми крепежными элементами (например, кронштейны любой формы, болты, гайки, заклепки, шайбы и т.п.).

Составной профиль апробирован в реальных условиях эксплуатации, которые подтвердили повышение его прочности и надежности при воздействии изгибающих и распорных усилий по сравнению с известным профилем аналогичного назначения. Это позволяет использовать заявленный составной профиль для широкой номенклатуры изделий в гражданском и промышленном строительстве.

Преимущества заявленной полезной модели:

Возможность увеличения допускаемого силового воздействия на составной профиль. Данная возможность обусловлена достаточной величиной сил упругого взаимодействия, удерживающих соединение внешнего и внутреннего профилей.

Увеличенные надежность и прочность конструкции за счет соединения U-образных загибов 3, 10 и 5, 8 между собой и наличия упоров 4, 9.

Увеличенная устойчивость составного профиля к различным деформациям.

Пример исполнения полезной модели. Длина составного профиля - 2500 мм, ширины стенок внутреннего и внешнего профилей - 100 мм, ширины полок внешнего и внутреннего профиля вместе с упорами и загибами - 26 мм. Материал - листовая сталь толщиной 0,45 мм марки 08ПС. Угол с внутренней стороны между упором 4 и полкой 2 равен 120 градусам. Угол с внутренней стороны между упором 9 и полкой 7 равен 120 градусам.

Приведенный пример представляет собой конкретное воплощение настоящей полезной модели и не является ограничивающим.

Для определения прочности и надежности конструкции было проведено исследование. Задача: исследовать устойчивость составного профиля к деформации профиля под собственным весом на прогиб и кручение при длине 2500 мм.

Для сравнения было выбрано два вида составных профилей: заявленный профиль (параметры по примеру, представленному выше) и его наиболее близкий аналог (профиль по патенту RU208780U1). Форма сечения аналога представлена на фиг. 3. Длины изделий одинаковые и составляют 2500 мм. Изделия изготовлены из листовой стали толщиной 0,45 мм марки 08ПС, физические характеристики материала представлены в таблице 1, параметры сетки в таблице 2.

Таблица 1 - Физические характеристики материала профилей

Были проведены исследования, доказывающие достижение технического результата.

Решаемые задачи в исследовании:

1. Исследовать устойчивость профиля к деформации профиля под собственным весом на прогиб и кручение при длине 2500 мм;

2. Исследовать устойчивость профиля к деформации при боковой нагрузке - удар мягким телом весом 30 кг по поверхности группы профилей, образующих ограждение при размере секции (Ш*В) 2500x1800 мм.

1. Исследование устойчивости профиля к деформации профиля под собственным весом на прогиб и кручение при длине 2500 мм.

Расчеты выполнялись методом элементного анализа в программном продукте SolidWorks Simulation. Тип применяемого анализа «Линейный статический». Для анализа изгиба каждая модель фиксировалась с двух концов ограничением «жесткая заделка» (фиг. 4). Голубым цветом выделены поверхности, к которым применяется данный тип ограничения.

Нагрузка для выявления прогиба была задана силой тяжести (9.81 м/с²) в соответствующем направлении воздействия на объект. Так как сила тяжести всегда действует сверху вниз относительно поверхности земли, в зависимости от расположения объекта воздействия, плашмя или на ребро, сила тяжести действует на соответствующую плоскость или часть модели сверху вниз относительно поверхности земли.

Для расчета на кручение к концам изделия был применен крутящий момент, направленный в противоположные стороны в Нм с шагом 10 Нм. На фигуре 5 изображена нагрузка в виде момента кручения (розовая стрелка), приложенная к граням изделия.

Результаты моделирования устойчивости профиля к деформации профиля под собственным весом представлены на фигурах 6-9.

На фигурах 6 и 7 представлены эпюры перемещения (прогиб) заявленного профиля сверху и сбоку соответственно. На фигурах 8 и 9 представлены эпюры перемещения (прогиб) аналога сверху и сбоку соответственно.

По данным расчетов на прогиб под собственным весом видно, что прогиб у заявленного профиля составил сверху 0,292 мм, сбоку 0,031 мм у аналога 0,575 мм сверху и 0,221 мм сбоку.

Результаты моделирования устойчивости профиля к деформации профиля на кручение.

На фигурах 10-13 представлены данные моделирования на «кручение» при превышении или при максимальном приближении к пределу текучести, для материала 08ПС предел текучести составляет 175 Мпа.

На фигурах 10, 11 представлены результаты моделирования «кручение» заявленного профиля. Фиг. 10 - эпюра напряжений в МПа, фиг. 11 - перемещение в мм. Для заявленной полезной модели максимальный момент составил 200 Нм. Максимальные перемещения при кручении составляют 3,34 мм.

На фигурах 12, 13 представлены результаты моделирования «кручение» аналога. Фиг. 12 - эпюра напряжений в МПа; Фиг. 13 - перемещение в мм. Для аналога максимальный момент составил 20 Нм. Максимальные перемещения при кручении составляют 19 мм.

По данным результатам расчета получены следующие данные: прогиб под собственным весом для заявленной полезной модели составил 0,292 мм сверху и 0,031 мм сбоку, для аналога 0,571 мм сверху и 0,221 мм сбоку. На кручение заявленный профиль выдержал 200 Нм, перемещения составили 3,34 мм, аналог выдержал 50 Нм, перемещения составили 49 мм.

По результатам расчета можно сделать вывод, что заявленный профиль более жесткий и прочный, чем аналог. Общие данные по первому разделу сведены в таблице 3.

2. Исследование устойчивости профиля к деформации при боковой нагрузке - удар мягким телом весом 30 кг по поверхности группы профилей, образующих ограждение при размере секции (Ш*В) 2500x1800 мм.

Исходные данные:

Мягкое тело весом 30 кг (мешок с песком). Размеры тела 300 мм в высоту 300 мм в диаметре.

Скорость движения тела составляет 1.83 м/с, что соответствует ситуации, когда объект подвешивают на веревке, оттягивают на 1 м и отпускают.

На фигурах 14-17 представлены результаты моделирования удара. Обе конструкции выдерживают удар «мягким телом», но ограждение, образованное заявленными профилями, превосходит по устойчивости к удару в отличие от изделия из аналогичных профилей. На фигуре 14 - эпюра напряжения ограждения, образованного из заявленных профилей. На фигуре 15 - эпюра напряжения ограждения из аналогичных профилей. На фигуре 16 - график отклика нагрузки на удар во времени (ограждение из заявленных профилей); на фигуре 17 - график отклика нагрузки на удар во времени (ограждение из аналогичных профилей).

Claims (1)

1. Профиль составной, состоящий из соединенных между собой в единую конструкцию двух металлических внешнего и внутреннего профилей, отличающийся тем, что профили выполнены одинаковыми, при этом каждый из профилей состоит из стенки, полки и U-образного загиба, которые расположены по обе стороны от стенки, причем U-образный загиб направлен во внутреннюю часть, а полка содержит упор, направленный во внутреннюю часть, и снабжена U-образным загибом, который направлен во внешнюю сторону, при этом U-образные загибы, направленные во внутреннюю часть профиля, размещены внутри U-образных загибов, направленных во внешнюю сторону от профиля.