6.9. Профили из алюминиевых сплавов

Профили из алюминиевых сплавов общего назначения (уголки, двутавры, швеллеры, тавры и др.) и специальные изготавливают двумя способами: прессованием и гибкой.

Прессованные профили подразделяют на профили общего назначения и специальные. Профили общего назначения поставляют по ГОСТ 22233-93 «Профили прессованные из алюминиевых сплавов для ограждающих строительных конструкций. Общие технические условия» и ГОСТ 8617-81* «Профили прессованные из алюминиевых сплавов. Технические условия».

Примеры обозначения профилей:

– уголки стальные горячекатаные равнополочные L50505 / ГОСТ 8509-93;

– уголки стальные горячекатаные неравнополочные L63405 / ГОСТ 8510-86;

– сталь горячекатаная, швеллеры:

с уклоном внутренних граней полок [10 / ГОСТ 8240-93;

с параллельными гранями полок [20П / ГОСТ 8240-93;

– сталь горячекатаная, балки двутавровые I20 / ГОСТ 8239-89;

– двутавры стальные горячекатаные с параллельными гранями полок:

нормальные I20 Б1 / ГОСТ 26020-83;

широкополочные I30 Ш2/ ГОСТ26020-83;

колонные I40 К3 / ГОСТ 26020-83;

– двутавры стальные горячекатаные с параллельными гранями полок

I50 Б1 / СТО АСЧМ 20-93;

– швеллеры стальные гнутые равнополочные

гн. [160805 / ГОСТ 8278-83*;

– профили стальные гнутые замкнутые прямоугольные

пр.гн. 180755 / ГОСТ 25577-83:

– то же 140 605 / ТУ 36-2287-80;

– тавры с параллельными гранями полок 15 БТ1 / ТУ 14-2-24-72.

Цифры 1,2,3 обозначают разную толщину в одном и том же номере профиля.

Расчет и конструирование балок

Металлические балки в зависимости от формы поперечного сечения бывают:

- двутавровые – в качестве несущих конструкций;

- швеллер – под настил.

В зависимости от конструкции:

- прокатные – применяются наиболее часто;

- составного сечения – применяются при больших пролетах конструкций, при больших изгибающих моментах, в если они экономнее:

- сварные – экономичнее клепаных;

- болтовые или клепанные – применяются под большой нагрузкой (подкрановые балки), часто при динамических и вибрационных нагрузках.

В зависимости от расчетной схемы балки бывают:

- однопролетные или разрезные – удобны в изготовлении и монтаже;

- многопролетные или неразрезные – более экономичны по материалу, но более чувствительны к перепаду температур и осадкам опор. Применяются очень редко.

Прокатные балки.

Алгоритм расчета прокатных балок:

- производится сбор нагрузок;

- проводится статический расчет балок;

- определятся требуемый момент сопротивления и подбирается по сортаменту необходимый прокат;

- производится проверка прочности и жесткости балки.

Проверка прочности (первая группа предельных состояний) при изгибе балки в одной из главных плоскостей производится по формуле:

Для балок с пределом текучести матариала необходимо учитывать упругопластическую работу материала:

при изгибе в одной из главных плоскостей:

при изгибе в двух главных плоскостях:

– коэффициенты учитывающие упругопластическую работу стали, зависят от поперечного сечения конструкции.

Проверка прочности балки по касательным напряжениям производится по формуле:

При сплошном жестком настиле устойчивость балок не проверяется.

Местная устойчивость поясов и стенок прокатных балок так же не проводится.

Жесткость балок (проверка по второй группе предельных состояний) проводится по формуле:

Составные балки

Алгоритм расчета составных балок:

- сбор нагрузок на конструкцию;

- статический расчет балки;

- определение высоты балки из условия ее жесткости, гибкости и экономии материала;

- определение толщины стенки из условия ее работы на срез и из условия местной устойчивости;

- определение ширины поясов балки из условия местной устойчивости;

- компоновка поперечного сечения сечения балки;

- изменение сечения балки из экономических соображений в местах с меньшим моментом (на опорах);

- проверка прочности, жесткости и устойчивости балки;

- проверка местной устойчивости балки.

Высота балки

Толщина стенки

Пояса балки

В сварных балках пояса изготавливают из одиночных листов универсальной стали.

Толщину листов полки принимают:

Ширину горизонтальных листов принимают:

Максимальную ширину пояса определяют из условия их местной устойчивости и равномерности работы по ширине:

в сечениях, работающих в упругой стадии:

в сечениях, работающих в упругопластической стадии:

где - расчетная высота балки

Компоновка сечения балки

На основе вышеизложенных расчетов производится компоновка поперечного сечения балки, т.е определяются размеры поперечного сечения балки.

Изменение сечения балки по длине

В целях экономии материала для разрезных балок длиной более 10-12 м целесообразно изменять размеры поперечного сечения в местах снижения моментов, т.е. у опор.

Изменять сечение можно двумя способами:

- изменение высоты сечения балки - применяется редко, так как производство таких балок более трудоемкий процесс;

- изменение сечения поясов балки.

Изменение сечения поясов балки:

- изменение толщины пояса – нецелесообразно, так как изменяется высота балки и становится трудно опирать на нее другие конструкции;

- изменение ширины пояса.

Ширину пояса меняют двумя способами:

- непрерывное изменение ширины пояса;

- изменение ширины пояса производится в одном месте.

Проверка прочтности балки и прогиба балки

В разрезных балках сенения с максимальными нормальными и касательными напряжениями не сопадают, поэтому прочность балки проверятется отдельно на действия нормальных и касательных напряжений

РИСУНОК С ЭПБРОЙ ПОПЕРЕЧНЫХ СИЛ И МОМЕНТОВ

Нормальные напряжения проверяют по формуле:

- в упругой стадии работы:

- в упруго-пластической стадии работы:

Касательные напряжения проверяют по формуле

– коэффициенты учитывающие упругопластическую работу стали, зависят от поперечного сечения конструкции.

Проверка прочности балки по касательным напряжениям производится по формуле:

По длине балки нормальные и касательные напряжения действуют одновременно, поэтому производят проверку прочности балки на совместное действие нормальных и касательных напряжений. Эту проверку производят в сечениях на опоре и в местах изменения сечения балки.

Приведеные напряжения рассчитываются по формуле

При опирании на балку конструкций, передающих на нее сосредоточенную нагрузку (например, если бы второстепенных балок было меньше 6) проверка прочности производится в сечении под нагрузкой по формуле:

- по прошлой формуле;

Прогиб балок определяется по формуле:

Прогиб составных балок можно не производить, если:

Проверка общей устойчивости балки

Общую устойчивость составных балок определяют по формуле:

Для определенения первоначально необходимо определить по формуле:

– для составных балок, находящихся в системе балочных клеток при опирании на составную балку прокатных равно расстоянию между прокатными балками.

Проверка местной устойчивости

Потеря местной устойчивости – это выпучивание или деформирование одного элемента конструкции. В составных балках потеря местной устойчивости происходит:

- полки от действия нормальных напряжений;

- стенки от действия нормальных или касательных напржений, или от их совместного действия.

Устойчивость сжатого пояса.

Прикрепление стенки балки к полке считается шарниным. Напяжения в полке напрвлены вдоль ее длины. Потеря устойчивости происходит волнообразным выпучиванием краев полки.

Проверяется отношение свеса полки к ее толщине.

В упругой стадии работы:

При учете пластических деформаций:

Устойчивость стенки.

Устойчивости стенки добиваются не увеличением ее толщины. Так как это приводит к перерасходу материала, а установкой дополнительных ребер жесткости.

Устойчивость стенки при действии касательных напряжений

При действии касательных напряжений (на опорах – max) стенка выпучивается в виде волн под углом 45⁰ к оси балки.

Предельная условная гибкость стенки определяется во формуле:

В этом случае потеря прочности происходит раньше потери местной устойчивости стенки от действия касательных напряжений.

При шаг ребер жесткости в балке принимают равным не более .

При шаг ребер жесткости в балке принимают равным не более .

Устойчивость стенки при действии нормальных напряжений

При действии нормальных напряжений (в середине пролета – max) стенка выпучивается в виде волн, направленных параллельно ребрам жесткости.

Проверка местной устойчивости стенок на действие нормальных напряжений производится по формуле:

При несоблюдении этого условия устанавливают продольные ребра жесткости в сжато части стенки (в верхней).

Колонны