21. Расчет поясных швов сварных балок.

Соединения поясов составной балки со стенкой осуществляют в сварных балках поясными швами.

П ри изгибе балки такое соединение предотвращает сдвиг поясов относительно стенки балки, который был бы при раздельной работе элементов балки на изгиб.

Сдвигающее усилие T, приходящееся на 1 см длины балки, определяют через касательные напряжения

где Q - расчетная поперечная сила; S_f - статический момент пояса относительно нейтральной оси сечения балки S_f = A_f · h₀/2; J-момент инерции сечения балки.

Сдвигающая сила стремится срезать поясные швы, а потому сопротив­ление этих швов срезу должно быть не мен ьше силы

Сдвигающая сила T воспринимается угловыми швами, распределенными на погонный сантиметр длины, тогда катет углового сварного шва должен быть

Где Q - поперечная сила в опорном сечении балки; п=1 при односторонних швах и п=2 при двусторонних швах; - меньшее из произведений глубины проплавления на расчетное сопротивление, принимаемые по условному срезу шва или по срезу металла на границе сплавления шва.

17. Проверка и обеспечение общей устойчивости балок.

Потеря общей устойчивости составной балки может наступить тогда, когда сжатый пояс балки не раскреплен в боковом направлении и напряжения достигнут критического значения s_cr.

Общую устойчивость составных балок, изгибаемых в плоскости стенки, проверяют по формуле

где W - момент сопротивления, определяемый для сжатого пояса, φ_b для двутавровых составных балок, имеющих две оси симметрии так же, как в прокатных балках, вычисляют по формуле:

При φ₁ <0,85 принимают φ_b =φ₁, при φ₁> 0,85 принимают φ_b =0,68+0,21 φ₁

Параметр ψ определяют по таблице в зависимости от параметра α Где l_ef — расчетная длина сжатого пояса балкн, закрепленного от поперечных смещений; а = 0,5h; h— расстояние (высота) между осями поясных листов; и - соответственно ширина и толщина сжатого пояса; — толщина стенки балки.

Для составных главных балок, находящихся в системе балочной площадки и связанных между собой поперечными балками, на которых лежит настил, за расчетную длину сжатого пояса следует принимать расстояние между поперечными балками.

Устойчивость балок проверять не требуется, если выполняются следующие условия:

- нагрузка передается через сплошной жесткий настил, непрерывно опирающийся на сжатый пояс балки и надежно с ним связанный в частности, стальной лист;

-при отношении расчетной длины балки l₀ (расстояние между точками закрепления сжатого пояса от поперечных смещений) к ширине сжатого пояса “B” не более:

Нагрузка на главную балку передается через балки настила, закрепляющие главную балку в горизонтальном направлении. Проверяем условие в середине пролета: , где l₀- шаг балок настила; b - ширина пояса (при отсутствии пластических деформаций δ=1.) Если условие выполняется, то устойчивость балки проверять не требуется.

15, 16. Проверка и обеспечение местной устойчивости элементов балок (поясов, стенки).

Проверка устойчивости сжатого пояса балки

Сжатый пояс представляет собой длинную пластинку, шарнирно прикрепленную своей длинной стороной к стенке балки и нагруженную равномерно распределенным по сечению пластины нормальным напряжением, действующим вдоль длинной стороны пластины. При потере устойчивости такой пластины может наблюдаться волнообразное выпучивание ее краев.

Э лементы балки могут потерять устойчивость, если действующие в ней напряжения больше критических. Критическое напряжение потери устойчивости пояса, соответствующее упругой работе материала имеет вид

Приравнивая, σ_cr = R_y, получим формулу для обеспечения устойчивости пояса при его упругой работе Где b_ef - не окаймленный свес пояса; t_f - толщина пояса

Из приведенной формулы видно, что для обеспечения устойчивости пояса при его упругой работе необходимо соблюдать отношение свеса пояса к его толщине, не превышающее значений, полученных по формуле .

При работе пояса с учетом развития пластических деформаций его устойчивость ухудшается. В этом случае нормы учитывают подкрепляющие действие стенки, при значение предельной условной гибкости неокаймленного свеса где - предельной условная гибкость стенки.

Проверка устойчивости стенки балки

С тенка представляет собой длинную тонкую пластину, испытывающую действие касательных и нормальных напряжений, которые могут вызывать потерю ее устойчивости. Устойчивости стенки добиваются не увеличением толщины, а укреплением специальными ребрами жесткости, расположенными нормально к поверхности выпучивания листа и повышающими жесткость стенки

Ребра жесткости делят стенку на отсеки (панели), которые могут потерять устойчивость независимо друг от друга. Рассмотрим отдельно потерю устойчивости стенки от действия нормальных и касательных напряжений.

Потеря устойчивости стенки от действия касательных напряжений. Вблизи от опоры балки стенка подвергается воздействию значительных касательных напряжений, под влиянием которых она перекашивается и по направлению траекторий главных сжимающих напряжений сжимается. Под влиянием сжатия стенка может выпучиваться, образуя волны, наклоненные к оси балки под углом, близким к 45°.

Предельная условная гибкость стенки , при которой потеря устойчивости стенки от действия одних касательных напряжений не может произойти раньше потери прочности. Поэтому, требуется укреплять стенку балки поперечными ребрами жесткости при следующих условиях:

-при отсутствии местной нагрузки на пояс балки для

-при действии местной нагрузки на пояс балки для ;

-при действии больших сосредоточенных грузов и в области учета пластических деформаций в балке местные напряжения не допускаются, и ребра жесткости необходимо ставить под каждым грузом.

Расстояние между поперечными ребрами жесткости не должно превышать а≤ 2 · h_ст. Применяют односторонние ребра жесткости, шириной b_r = h_ef /30 + 40 мм. Толщина ^{ребер должна быть не менее}

Потеря устойчивости стенки от совместного действия нормальных и касательных напряжений. Очевидно, критические напряжения при совместном действии нормальных и касательных напряжений будут меньше, чем от действия одного из них. Рассмотрим несколько случаев проверки устойчивости стенок балок.

Устойчивость стенок упруго работающих балок симметричного двутаврового сечения, укрепленных только поперечными ребрами жестко­сти, при отсутствии местного сминающего стенку напряжения (σ_loc=0).Такая проверка проводится при в балках с односторонними поясными швами. Формула проверки устойчивости стенки

Устойчивость стенок упруго работающих балок симметричного сечения, укрепленных только поперечными ребрами жесткости, при наличии местного напряжения . Формула проверки устойчивости стенки

22. Конструирование и расчет узлов опирания и сопряжения балок. Сопряжение балок со стальными колоннами бывает в виде опирания балок сверху или примыкания балок сбоку к колонне. Такое примыкание может быть или шарнирным, передающим только опорную реакцию балки, или жестким, передающим на колонну кроме опорной реакции еще и момент защемления балки в колонне. Шарнирное опирание широко применяется в большинстве балочных конструкций, жесткое присоединение находит применение в каркасах многоэтажных зданий. В месте передачи касательных напряжений со стенками балки на опорное ребро закон распределения напряжений Журавского по высоте нарушается, они концентрируются в нижней части стенки, причем степень концентрации зависит от соотношения толщин стенки и площади поперечного сечения ребра. При относительно мощных ребрах и допущении местных пластических деформаций передачу касательных напряжений на опорное ребро можно принять равномерным по всей высоте стенки. Ребро жесткости для передачи опорной реакции надежно прикрепляют к стенке сварными швами, а торец ребер жесткости либо плотно пригоняют к нижнему поясу балки. Размеры опорных ребер жесткости определяют обычно из расчета на смятие торца ребра: , где F – опорная реакция балки; - площадь смятия опорного ребра, в сварных балках принимается равной всей пристроганной части площади ребра; - расчетное сопротивление стали смятию торцевой поверхности. Ширина выступающей части ребра не должна превышать и обычно принимается равной 15-20 мм. Помимо проверки на смятие торца опорного ребра производится также проверка опорного участка балки на устойчивость из плоскости балки как условного опорного стержня, включающего в площадь своего сечения опорные ребра и часть стенки балки шириной по 0,65 в каждую сторону и длиной, равной высоте стенки балки: N/( где – коэффициент продольного изгиба стойки с гибкостью . Прикрепление опорных ребер к стенке балки сварными швами должно быть рассчитано на полную опорную реакцию балки с учетом максимальной рабочей длины сварного шва. При жестком сопряжении балки с колонной опорная реакция балки передается на колонну в болтовом варианте через столик или в сварном варианте – через ребро, приваренное к колонне и стенке балки, а опорный момент балки передается аналогично фланцевым стыкам через болты.