6.7.2. Зміна перерізу по довжині балки

Покажемо розрахункову схему балки і проаналізуємо епюри зусиль.

Згинаючий момент М зменшується від середини до опор. Переріз балки підбирається за М_max і має значний запас міцності в інших перерізах. З метою економії сталі переріз балки можна зменшувати у напрямку зменшення моменту, тобто від середини до опор.

Зміну перерізу можна здійснювати двома способами:

1. зменшенням висоти стінки;

2. зменшенням перерізу поясів.

Перший спосіб використовується рідко, оскільки така балка незручна у виготовленні.

Як правило, використовують другий спосіб, змінюючи ширину поясів b_f, а товщину t_f залишають постійною.

Зміну перерізу в балках виконують при l >10…12 м. При l < 30м переріз поясу змінюють тільки один раз (по одну сторону від середини балки), оскільки друга зміна перерізу дає тільки 3…4% економії сталі. Найбільш раціонально змінювати переріз поясів на відстані від опор.

Поясні листи з'єднуються прямим стиковим швом. Для стиснутого поясу такий шов рівноміцний з основним металом (див. розрахунок стикових швів): R_wy= R_y . Для розтягнутого поясу можливі два випадки:

1) якщо якість швів контролюється фізичними засобами контролю, то R_wy= R_y;

2) якщо контроль візуальний, то R_wy= 0,85 R_y .

Таким чином, найбільш слабке місце в балці – шов в розтягнутому поясі.

Порядок розрахунку зміни перерізу наступний.

В перерізі 1-1 на відстані від опор визначаються M₁ i Q₁ (за правилами будівельної механіки). Визначається необхідний момент опору в перерізі 1-1:

,

R_wy=R_y (як правило, зварювання виконується на заводі з застосуванням фізичних засобів контролю якості шва).

Необхідний момент інерції перерізу 1-1:

.

Необхідний момент інерції поясних листів відносно нейтральної осі:

I_f1 = I₁ – I_w (значення I_w не змінилося) .

Необхідна площа перерізу одного поясного листа:

.

Оскільки товщина поясу t_f не змінилася, то

.

Остаточне значення b_f1 погоджується з сортаментом універсальної сталі і повинно задовольняти наступним вимогам:

.

Обчислюються геометричні характеристики зміненого перерізу балки: I_x1 ; W_x1 ; S_x1 ; S_f1.

Далі виконуються необхідні перевірки міцності перерізу балки:

за нормальними напруженнями 

;

за дотичними напруженнями  (в опорному перерізі)

;

за зведеними напруженнями _red

(при _loc = 0),

де

(при _loc ≠ 0),

де (див. розрахунок згинальних елементів).

6.7.3. Перевірка та забезпечення місцевої стійкості елементів складеної зварної балки

Місцеве випучування окремих елементів в конструкції під дією стискаючих напружень  і  називається втратою місцевої стійкості. Місцеву стійкість може втратити стиснутий пояс і стінка в стиснутій зоні.

Втрата місцевої стійкості є небезпечним фактором. Втративший місцеву стійкість елемент виключається з робочого перерізу. Переріз стає несиметричним. Центр згину зміщується, в результаті чого балка передчасно втрачає несучу здатність.

Для забезпечення місцевої стійкості повинні виконуватися певні конструктивні заходи.