Узел соединения полых стержней пространственного каркаса

(12) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УЗЕЛ СОЕДИНЕНИЯ ПОЛЫХ СТЕРЖНЕЙ ПРОСТРАНСТВЕННОГО КАРКАСА(71) Заявитель Учреждение образования Брестский государственный технический университет(72) Авторы Драган Вячеслав Игнатьевич Пчелин Вячеслав Николаевич Шалобыта Николай Николаевич(73) Патентообладатель Учреждение образования Брестский государственный технический университет(57) 1. Узел соединения полых стержней пространственного каркаса, содержащий крепежные болты со стопорными гайками и узловой элемент в виде шара, отличающийся тем,что шар выполнен полым с отверстиями в стенках, оголовки стержней снабжены жестко установленными в их полостях дополнительными гайками, а болты пропущены со стороны полости шара через его отверстия с возможностью поворота относительно оси отверстий и вкручивания в дополнительные гайки, причем каждый из болтов снабжен размещенными между шаром и соответствующей дополнительной гайкой стержня не менее чем двумя стопорными гайками, а между головками болтов и внутренней поверхностью шара и наружной поверхностью шара и стопорными гайками установлены внутренняя и наружная шайбы со сферическими, обращенными к шару поверхностями,причем длина каждого из болтов принимается по выражению б-с-ш-сг-шнстшвдгв,где б - длина болта- расстояние между узлами стержневого пространственного каркаса с - длина стержня 26822006.04.30 ш - диаметр шара- количество размещенных между шаром и соответствующей дополнительной гайкой стержня стопорных гаек сг - толщина стопорной гайки шн - толщина наружной шайбы по ее оси ст - толщина стенки полого шара шв - толщина внутренней шайбы по ее оси дг - толщина дополнительной гайки в - величина выхода болта из дополнительной гайки. 2. Узел по п. 1, отличающийся тем, что длина каждого из полых стержней принимается по выражению с-ш-2 шн-2 сг-2,где с - длина полого стержня- расстояние между узлами стержневого пространственного каркаса ш - диаметр шара шн - толщина наружной шайбы по ее оси- количество размещенных между шаром и соответствующей дополнительной гайкой стержня стопорных гаек сг - толщина стопорной гайки- расстояние от стопорных гаек до дополнительных гаек перед вкручиванием болтов в дополнительные гайки стержня. 3. Узел по п. 1 или 2, отличающийся тем, что расстояние от стопорных гаек до дополнительных гаек перед вкручиванием болтов в дополнительные гайки стержня принимается по выражению 0,5 ,где- минимально возможное расстояние от стопорных гаек до дополнительных гаек перед вкручиванием болтов в дополнительные гайки стержня, обеспечивающее возможность вкручивания болтов в дополнительные гайки стержня- расстояние от стопорных гаек до дополнительных гаек перед вкручиванием болтов в дополнительные гайки стержня- максимально возможная длина свободного участка болта, обеспечивающая его устойчивость.(56) 1. Трушев А.Г. Пространственные металлические конструкции. - М. Стройиздат,1983. - С. 120, рис. Х.18 б. 2. Трушев А.Г. Пространственные металлические конструкции. - М. Стройиздат,1983. - С. 117, рис. Х.14 а, б. Полезная модель относится к строительству и может быть использована при возведении пространственных стержневых конструкций. Известен узел соединения полых стержней пространственного каркаса, содержащий узловой элемент в виде полого шара с отверстиями в стенках, через которые пропущены стержни, жестко соединенные с шаром посредством сварки 1. Недостатком данного узла является необходимость высокой точности изготовления узлового элемента и сборки пространственных конструкций и большая трудоемкость сварки при монтажных работах. Известен также узел соединения полых стержней пространственного каркаса, содержащий крепежные болты со стопорными гайками и узловой элемент в виде шара с отвер 2 26822006.04.30 стиями, выполненными с внутренней резьбой под болты, монтированные в оголовках стержней с возможностью вращения и осевого перемещения 2. Недостатком данного узла является необходимость высокой точности изготовления узлового элемента и сборки пространственных конструкций. Кроме того, узел обладает большой материалоемкостью вследствие изготовления узлового элемента сплошным. Задача, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, состоит в том,чтобы обеспечить возможность снижения необходимой точности изготовления узлового элемента и сборки пространственных конструкций и уменьшения материалоемкости узла. Решение поставленной задачи достигается тем, что в известном узле, содержащем крепежные болты со стопорными гайками и узловой элемент в виде шара, последний выполнен полым с отверстиями в стенках, оголовки стержней снабжены жестко установленными в их полостях дополнительными гайками, а болты пропущены со стороны полости шара через его отверстия с возможностью поворота относительно оси отверстий и вкручивания в дополнительные гайки, причем каждый из болтов снабжен размещенными между шаром и соответствующей дополнительной гайкой стержня не менее чем двумя стопорными гайками, а между головками болтов и внутренней поверхностью шара и наружной поверхностью шара и стопорными гайками установлены внутренняя и наружная шайбы со сферическими, обращенными к шару поверхностями,причем длина каждого из болтов принимается по выражению б-с-ш-сг-шнстшвдгв,где б длина болта- расстояние между узлами стержневого пространственного каркаса с - длина стержня ш - диаметр шара- количество размещенных между шаром и соответствующей дополнительной гайкой стержня стопорных гаек сг - толщина стопорной гайки шн - толщина наружной шайбы по ее оси ст - толщина стенки полого шара шв - толщина внутренней шайбы по ее оси дг - толщина дополнительной гайки в - величина выхода болта из дополнительной гайки. При этом длина каждого из полых стержней принимается по выражению с-ш-2 шн-2 сг-2,где с - длина полого стержня- расстояние между узлами стержневого пространственного каркаса ш - диаметр шара шн - толщина наружной шайбы по ее оси- количество размещенных между шаром и соответствующей дополнительной гайкой стержня стопорных гаек сг - толщина стопорной гайки- расстояние от стопорных гаек до дополнительных гаек перед вкручиванием болтов в дополнительные гайки стержня. Расстояние от стопорных гаек до дополнительных гаек перед вкручиванием болтов в дополнительные гайки стержня принимается по выражению 0,5 ,где- минимально возможное расстояние от стопорных гаек до дополнительных гаек перед вкручиванием болтов в дополнительные гайки стержня, обеспечивающее возможность вкручивания болтов в дополнительные гайки стержня- расстояние от стопорных гаек до дополнительных гаек перед вкручиванием болтов в дополнительные гайки стержня 3 26822006.04.30- максимально возможная длина свободного участка болта, обеспечивающая его устойчивость. Выполнение шара полым с отверстиями в стенках, через которые пропущены со стороны полости шара болты с возможностью их вкручивания в дополнительные гайки, жестко установленные в полостях оголовков стержней, позволяет, за счет обеспечения возможности поворота на небольшой угол болтов в отверстиях шара, снизить необходимую точность изготовления узлового элемента и сборки пространственных конструкций. Снабжение каждого из болтов стопорными гайками позволяет обеспечить возможность вращения располагаемым снаружи шара гаечным ключом застопоренных относительно друг друга и болта гаек при вкручивании болта в дополнительную гайку стержня, т.е. работоспособность узла, чему способствует также назначение длины стержня и расстояния от стопорных гаек до дополнительных гаек перед вкручиванием болтов в дополнительные гайки стержня по выражениям с-ш-2 шн-2 сг-2 и 0,5 соответственно. Благодаря назначению длины болтов по выражению б-с-ш-сгшнстшвдгв отпадает необходимость в стопорении стержня относительно болтов, что повышает надежность конструкции. Полезная модель поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен собранный узловой элемент перед установкой стержня в разрезе на фиг. 2 - то же, после установки стержня при опирании одного из его оголовков в стопорные гайки. Обозначения 1 - полые стержни 2 - крепежные болты 3 - стопорные гайки 4 - шар 5 - отверстия под болты 6 - стенки шара 7 - оголовки стержней 8 - полости стержней 9 - дополнительные гайки 10 - полость шара 11 - головки болтов 12 - внутренние шайбы 13 - наружные шайбы. Узел соединения полых стержней 1 пространственного каркаса содержит крепежные болты 2 со стопорными гайками 3 и узловой элемент в виде шара 4 (фиг. 12). Шар 4 выполнен полым с отверстиями 5 в стенках 6. Оголовки 7 стержней 1 снабжены жестко установленными в их полостях 8 дополнительными гайками 9. Болты 2 пропущены со стороны полости 10 шара 4 через его отверстия 5 с возможностью вкручивания в дополнительные гайки 9, причем каждый из болтов 2 снабжен не менее чем двумя стопорными гайками 3. Стопорные гайки 3 размещены между шаром 4 и дополнительными гайками 9, а между головками 11 болтов 2 и внутренней поверхностью шара 4 и наружной поверхностью шара 4 и стопорными гайками 3 установлены внутренние 12 и наружные 13 шайбы со сферическими, обращенными к шару 4 поверхностями. Длина каждого из болтов 2 принимается по выражению (фиг. 2)(1) б-с-ш-сг-шнстшвдгв,где б - длина болта 2- расстояние между узлами стержневого пространственного каркаса с - длина стержня 1 ш - диаметр шара 4- количество размещенных между шаром 4 и соответствующей дополнительной гайкой 9 стержня 1 стопорных гаек 3 сг - толщина стопорной гайки 3 шн - толщина наружной шайбы 13 по ее оси ст - толщина стенки полого шара 4 шв - толщина внутренней шайбы 12 по ее оси дг - толщина дополнительной гайки 9 в - величина выхода болта 2 из дополнительной гайки 9, принимаемая равной 3 мм. Длина каждого из полых стержней 1 принимается по выражению(2) с-ш-2 шн-2 сг-2,где с - длина полого стержня 1 4 26822006.04.30- расстояние между узлами стержневого пространственного каркаса ш - диаметр шара 4 шн - толщина наружной шайбы 13 по ее оси- количество размещенных между шаром 4 и соответствующей дополнительной гайкой 9 стержня 1 стопорных гаек 3 сг - толщина стопорной гайки 3- расстояние от стопорных гаек 3 до дополнительных гаек 9 перед вкручиванием болтов 2 в дополнительные гайки 9 стержня 1. При этом расстояние от стопорных гаек 3 до дополнительных гаек 9 перед вкручиванием болтов 2 в дополнительные гайки 9 стержня 1 принимается по выражению(3)0,5,где- минимально возможное расстояние от стопорных гаек 3 до дополнительных гаек 9 перед вкручиванием болтов 2 в дополнительные гайки 9 стержня 1, обеспечивающее возможность вкручивания болтов 2 в дополнительные гайки 9 стержня 1- расстояние от стопорных гаек 3 до дополнительных гаек 9 перед вкручиванием болтов 2 в дополнительные гайки 9 стержня 1- максимально возможная длина свободного участка болта 2, обеспечивающая его устойчивость. В целях уменьшения затрат труда на сборку пространственных конструкций (уменьшения количества циклов вкручивания болтов 2 в дополнительные гайки 9) целесообразно принимать 1015 мм. Значениезависит от диаметра болта 2, характеристик материала, из которого болт 2 изготовлен, и воспринимаемых болтом 2 нагрузок. Сборка узла соединения полых стержней 1 пространственного каркаса производится в следующем порядке. Стопорные гайки 3 устанавливаются рядом друг с другом и стопорятся относительно друг друга и болтов 2 (фиг. 1), при этом расстояние от стопорных гаек 3 до свободных концов каждого из болтов 2 принимается равным принятой по (3) величинеза вычетом зазора, равного 23 мм, который обеспечивает возможность поворота болтов 2 относительно оси отверстий 5 при сборке пространственных стержневых конструкций, благодаря чему облегчается процесс сборки. Стопорение гаек 3 осуществляется посредством их поворота с затягиванием навстречу друг другу. Затем болты 2, путем вращения застопоренных гаек 3 с болтами 2, ввинчиваются в дополнительные гайки 9 стержня 1 до упора гаек 3 в гайки 9. После чего устраняется стопорение гаек 3 относительно друг друга и болтов 2 и стопорные гайки 3 вращаются в обратную сторону до момента их опирания в наружные шайбы 13. Производится повторное стопорение гаек 3 и повторяется новый цикл вкручивания болтов 2 в дополнительные гайки 9. Количество циклов вкручивания зависит от принятой величиныи длины стержня 1. Вкручивание болтов 2 в гайки 9 стержня 1 производится до тех пор, пока головки 11 болтов 2 не упрутся вместе с шайбами 12 в шар 4. На заключительном этапе гайками 3 стопорятся болты 2 относительно шара 4 (фиг. 2). При возможном вращении стержня 1 он, рано или поздно, упрется одним из оголовков 7 в стопорные гайки 3 (фиг. 2), однако даже в таком положении обеспечивается полное взаимодействие резьбы болта 2 и резьбы дополнительной гайки 9 другого оголовка 7 стержня 1. Таким образом, в случае назначения длины болтов 2 по выражению (1), отпадает необходимость в стопорении стержня 1 относительно болтов 2, что снижает трудозатраты на сборку узла и повышает надежность пространственной конструкции. Аналогично соединяются в узле остальные стержни 1. Выполнение шара 4 полым с отверстиями 5 в стенках 6, через которые пропущены со стороны полости 10 шара 4 болты 2 с возможностью их вкручивания в дополнительные гайки 9, жестко установленные в полостях 8 оголовков 7 стержней 1, позволяет, за счет обеспечения возможности поворота на небольшой угол болтов 2 в отверстиях 5 шара 4,5 26822006.04.30 снизить необходимую точность изготовления узлового элемента и сборки пространственных конструкций. Снабжение каждого из болтов 2 не менее чем двумя стопорными гайками 3 позволяет обеспечить возможность вращения располагаемым снаружи шара 4 гаечным ключом застопоренных относительно друг друга и болта 2 гаек 3 при вкручивании болта 2 в дополнительную гайку 9 стержня 1, т.е. работоспособность узла, чему способствует также назначение длины стержня 1 и расстояния от стопорных гаек 3 до дополнительных гаек 9 перед вкручиванием болтов 2 в дополнительные гайки 9 стержня 1 по выражениям (2) и (3) соответственно. Благодаря назначению длины болтов 2 по выражению (1) отпадает необходимость в стопорении стержня 1 относительно болтов 2, что повышает надежность конструкции. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.