Глава XIV

БАЛКИ

§ 1. Общие сведения о балках

Балками называют элементы конструкций, работающие в ос­новном на поперечный изгиб. Они входят в состав рам различ­ного назначения (вагонов, кранов, станин, каркасов зданий),

Рис. 14-1. Типы поперечных сечений

сварных балок: а) открытый тзвд сечвяня; 6), в) г) закры­тые профили

!Н!!1!ИШТГ|!!!1ШЛ!1Ш!Ш1Д1!

Рис. 14-2. Балки с переменны­ми поперечными сечениями:

а) изменяется толщина листов;

б) изменяется высота балки; в) из­меняется число листов в поясах

перекрытий, мостов и других металлических конструкций и машин.

Наиболее часто применяют сварные балки двутаврового

(рис. 14-1,а) и коробчатого (рис. 14-1,6, в) профилей, более

301

редко — с профилями, указанными на рис. 14-1,г. Двутавровые балки хорошо сопротивляются изгибу в плоскости своей наи­большей жесткости, коробчатые —изгибу в разных плоскостях и кручению. Балки с профилями, указанными на рис. 14-1, удоб­ны в изготовлении, рациональны с позиции использования мате­риала.

Поперечные сечения балок иногда изменяются по длине, если последняя значительна. В некоторых случаях изменяют толщи­ну или ширину горизонтальных листов (рчс. 14-2, а) (что более целесообразно). Иногда применяют несколько нар горизонталь­ных листов, если толщина каждого из них s>30-+ 35 мм, при этом в менее нагруженных участках число листов уменьшают (рис. 14-2,0). В некоторых случаях изменяют высоту вертикаль­ных листов (рис. 14-2,6).

Балки переменного сечения по сравнению с постоянным по­зволяют лучше использовать несущую способность металла по всей их длине. Они экономичнее по весу в сравнении с балками постоянного профиля, у которых значительная их часть работает при напряжениях, значительно меньше допускаемых. В техноло­гическом отношении балки переменного профиля несколько сложнее. Вопрос выбора конструкций решается с экономических позиций, а иногда и с учетам общей компоновки и эстетики. Значительное большинство типовых балок имеют профиль, по­стоянный по длине.

§ 2. Схема расчета балон

При расчете балок встречаются с тремя видами задач.

1. Заданы размеры балки, известны расчетные усилия —изги­бающие моменты и поперечные силы. Требуется проверить прочность балки.

В этом случае по правилам курса «Сопротивление материа­лов» определяют нормальные и касательные напряжения.

2. Задана балка и заданы допускаемые напряжения. Требует­ся определить допускаемую нагрузку на балку. Эта задача так­же легко решается с использованием общеизвестных формул из курса «Сопротивление материалов».

3. Требуется спроектировать балку, обеспечивающую требуе­мую грузоподъемность. Эта задача является наиболее трудной по сравнению с первыми двумя. Решать се надо следующим образом: от заданной нагрузки определяют опорные реакции, строят эпюры поперечных сил Q, изгибающих моментов М по длине и крутящих моментов, если последние имеют место.

При наличии подвижных нагрузок чертят линии влияния опорных реакций, затем Q и М для сечений л; —0; x = 0₁U; x = 0,2t и т. д. до х = 0,5/.

302

В указанных сечениях вычисляют максимальные значения усилий при самом опасном для них положении подвижных на­грузок. После этого подбирают размеры поперечных сечений балки, обеспечивающие прочность.