Контрольные вопросы.

1. Виды настилов.

2. Особенности работы плоских настилов в увязке с их гибкостью.

3. Порядок уточнения толщины плоского настила средней гибкости.

4. Виды компоновки балочных клеток.

5. Виды сопряжений балок.

6. Примеры уточнения расчетных схем балок (выделены жирно) в фрагментах балочных клеток при сопряжении в уровне (нагрузка – постоянная и временная равномерно распределенная).

7. Порядок подбора сечений прокатных балок.

8. Как, используя результаты испытаний пробной нагрузкой, уточнить несущую способность перекрытия с балочной клеткой вида

(сопряжение: а – этажное, в – в уровне).

Дано: а, l, h – высота балки настила, q_no, γ_fg, γ_fp, n, γ_c, c, R_y. Найти – [p_no].

9. Общий порядок подбора сечения составной балки.

10. Основные пропорции элементов сечения составной балки.

11. Условие обеспечения местной устойчивости сжатого пояса составной балки.

12. Особенности сбора нагрузки на главную балку при:

а) нормальной компоновке и этажном сопряжении;

б) нормальной компоновке и сопряжении в уровне;

в) усложненной компоновке и сопряжении в уровне;

г) усложненной компоновке и комбинированном сопряжении.

13. Виды сечений одностенчатых составных балок.

14. Физический смысл понятий: оптимальная высота и минимальная высота балки; их зависимость от R_y.

15. Геометрические характеристики составного балочного сечения, их определение.

4.6. Конструктивное оформление балок.

Перечень вопросов, входящих в понятие конструктивного оформления балок, достаточно обширен. Выборочно они относятся как к прокатным, так и к составным балкам, но мы их будем рассматривать применительно к последним, в соответствии с необходимостью их проработки в курсовом проектировании. Сюда относятся: изменение сечения, назначение поясных швов, решение проблемы общей устойчивости балки, размещение ребер жесткости, проверка местной устойчивости стенки балки, проектирование опорных частей, проектирование стыков и сопряжений балок.

4.6.1. Изменение сечения.

Необходимость изменения подобранного сечения (основного, исходного) балки обусловлена обычно двумя причинами.

Первая, конструктивная, связана с превышением высотой балки некоторого ограничителя – например, при этажном сопряжении. В этом случае широко используются различные «подрезы» опорных частей, рис.27, при условии обеспечения их прочности, особенно при действии касательных напряжений.

Вторая – связана с желанием экономии материала и пониманием того, что балка постоянного сечения имеет нормальный запас только в середине пролета, а к опорам он существенно возрастает, свидетельствуя о перерасходе дорогостоящего материала (металла). Сопутствующие изменению сечения затраты труда и вспомогательных материалов также стоят немало, поэтому вопрос об экономической целесообразности изменения сечения должен решаться на основе соответствующего анализа и обоснования. На практике он решается положительно обычно для составных балок достаточно больших пролетов, более 6 м.

Выполнить изменение сечения формально можно различными способами, меняя размеры всех элементов сечения, однако на практике наиболее удобно и логично изменять только ширину поясов. Здесь возможны два пути:

1. можно назначить длину участков, чаще около 1/6 пролета, с уменьшенной (против ранее подобранной b_f) шириной поясов b′_f, а затем найти ее, попутно решив проблемы сопряжения, стыковки и местной прочности;

2. можно назначить уменьшенную ширину поясов, а затем найти длину приопорных участков, также попутно решив сопутствующие проблемы.

Оба способа почти равноценны, хотя и как бы обратны, но представляется, что второй – более четок в реализации, однозначен по результату и поэтому более удобен. Его рассмотрим более подробно.

Исходными, для проектирования изменения сечения составной балки, являются ее расчетная схема, отвечающая конкретному случаю компоновки балочной клетки (как следует из раздела 4.5 их может быть несколько), и собственно подобранное сечение с известными b_f и W_ф. На рис.28 показана расчетная схема балки (в общем виде) и приведены сопутствующие построения, выполняемые, как правило, в масштабе по высоте (вертикали рисунка), кроме фасада балки.

Предварительно определим несущую способность подобранного сечения балки по моменту (изгибающий момент, который может быть воспринят балкой в предельном состоянии, когда σ_max = R_yγ_c), см. табл. 1, раздела 2.2,

[M] = R_yW_фγ_с.

Во избежание ошибки полезно сопоставить [M] c M_max – превышение [М] должно процентно совпасть с полученным при подборе сечения балки превышением W_ф над W_тр. Назначим b′_f = мм и определим

I′_ф = I_wф + 2b′_ft_{f ;}

W′_ф = ;

[M′] = R_y W′_фγ_c

т.е. несущую способность уменьшенного сечения.

Найденные уровни М и [M′] нанесем на эпюру М, рис.28,в. Точки пересечения [M] и [M′] с привязками х₁ и х₂ можно найти графически, для достаточно сложного загружения, для случая q(x) = q = const, когда справедлива запись

[M′] = .

При этом под х₁ следует иметь ввиду сечение, начиная с которого возможно уменьшение ширины пояса в сторону ближайшей опоры.

Сам переход сечения b_f к b′_f («спуск» - С) должен быть плавным во избежание местной концентрации напряжений. В обычных балках, да и еще при статической нагрузке С ≥ 5(b_f - b′_f)/2, а в подкрановых или мостовых, когда нагрузка тяжелая по режиму работы (многократно меняющаяся) и динамическая по характеру, одновременно со спуском С используются и плавные, проточенные переходы – скругления в местах изменений сечения, в том числе и за счет примыкающих связевых фасонок. В конечном счете эпюра несущих способностей балки, пунктир на рис.28,в, как бы огибает эпюру действующих изгибающих моментов М.

Должно быть понятно – чем плотнее первая подходит ко второй, тем экономичней решение по расходу металла.

Так как наиболее напряженными являются сечения поясов с привязкой х = х₁ –С, то именно их прочность проверяется с особой тщательностью. Конкретно, это стыковой шов растянутого пояса (уровень А) и крайние волокна стенки в сжатой зоне (уровень Б). Прочность стыкового шва проверяется только от нормальных напряжений.

σ_w = , (28)

где R_wy – зависит от использования (или нет) физического контроля качества швов (прозвучивание, просвечивание) [1, табл. 3], о чем должна быть сделана соответствующая запись в примечаниях к рабочему чертежу балки. Прочность стенки в общем случае проверяется по [1, п. 5.14], по приведенным напряжениям с учетом допущения местной пластичности.

σ_w = ≤ 1,15 R_yγ_c (29)

где σ_х = , W_w = = ;

σ_y = σ_loc = = (30, см. рис.29)

l_ef = b + 2t_f; Р = 2R_б.н.; τ = .

При сопряжении в уровне или пониженном σ_y = σ_loc = 0. Если хоть одна из проверок (28, 29) не выполняется, то необходимо уменьшить х, сдвинув само изменение сечения к опоре и понимая возможность повторных попыток.