5.Эффективные виды балок.

В отдельных случаях для экономии металла рекомендуется использовать другие более эффективные виды балок: с перфорированными стенками, бистальные, тонкостенные и предварительно напряженные. В балках, при малых нагрузках и большом пролете, часто определяющим является их жесткость. В таких условиях лучшим способом повышения жесткости прокатных балок является переход на перфорированные балки. При этом несущая способность возрастает на 40-50%, а жесткость более 2-х раз по сравнению с исходным двутавром. Использование сталей повышенной прочности в балках не дает должного эффекта, т.к. вблизи к опорам напряжения значительно ниже расчетных сопротивлений, а с точки зрения местной устойчивости они даже менее благоприятны. Поэтому более эффективно балки проектировать из двух марок стали:

полки из сталей повышенной прочности, а стенку из обычной малоуглеродистой, т.е. бистальными. При потере местной устойчивости, в стенке балки, между вертикальными ребрами жесткости образует, складки, направленные вдоль главных растягивающих напряжений. При этом балка работает как раскосная ферма, в которой роль раскосов выполняют растянутые участки стенки (складки), а роль стоек - ребра жесткости с прилегающими участками стенки. Поэтому иногда балки преднамеренно проектируют тонкостенными с условной гибкостью стенки . Нижняя граница (6) определяет

границу между обычной балкой и тонкостенной. Верхняя граница (13) указывает, что превышение этой цифры нецелесообразно, т.к. при этом возможен изгиб полки в плоскости стенки. Работа и расчет таких балок существенно отмечаются от обычных балок. К ним предъявляются дополнительные конструктивные требования (перечислить).

В предварительно напряженных балках во время монтажа создаются напряжения обратные по знаку напряжениям от нагрузки. Это увеличивает протяженность упругой работы металла балки, на величину предварительных напряжений; Поэтому несущая способность балки возрастает (на 10-20%). Предварительные напряжений можно создать: предварительным изгибом при изготовлении, затяжкой из высокопрочной стали, осадкой опор.

Балки с гибкой стенкой. Тонкая стенка в таких балках теряет устойчивость в начальной стадии нагружения, приобретая вторую устойчивую форму – в виде наклонно гофрированной (у опор, где преобладает сдвиг) либо вспорушенной (в зонах с преобладающими напряжениями сжатия) поверхности. После снятия нагрузки эти деформации стенок исчезают. Уменьшение относительной толщины стенки в 2-3 раза приводит к снижению расхода металла на стенку на 25…35% и к концентрации металла в поясах, что выгодно по условиям работы на изгиб.

Балки с гофрированной стенкой. Одним из путей снижения металлоемкости является гофрирование стенок. Толщину гофрированных стенок принимают в пределах 2…8 мм, что обеспечивает им все преимущества, определяемые тонкостенностью. В изготовлении стенок появляется дополнительная технологическая операция – гофрирование – и несколько осложняется сварка поясных швов, но уменьшение толщины стенки и исключение значительного числа ребер жесткости приводит в конечном счете к снижению трудозатрат на изготовление балок на 15…25%. По трудоемкости изготовления и расходу металла балки с гофрированной стенкой выигрывают и у балок с гибкой стенкой благодаря резкому снижению числа ребер жесткости, повышенной крутильной жесткости балок и высокой местной устойчивости стенки. Наиболее просты и технологичны в изготовлении стенки с треугольными гофрами, но стенки с волнистыми гофрами более устойчивы.

Балки с перфорированной стенкой . Стенка прокатного двутавра (швеллера) разрезается по зигзагообразной ломанной линии с регулярным шагом с помощью газовой резки или на мощный прессах, и затем обе половины соединяются на сварке. В результате увеличивается высота балки и происходит перераспределение материала сечения, концентрируя его ближе к переферийным волокнам (полкам) и существенно повышая момент инерции и момент сопротивления. Расход металла в таких балках на 20…30% меньше, чем в обычных прокатных балках, при одновременном снижении стоимости на 10…18%.