7.2.2. Особенности работы стальных балок под нагрузкой и предпосылки для расчета

Сталь, как уже отмечалось, является почти идеальным матери­алом, если иметь в виду ее упругость и однородность в сравнении с другими строительными материалами. При этом она обладает высокими прочностными свойствами.

Наиболее экономичной и потому широко распространенной формой поперечного сечения стальной балки является двутавро­вое сечение (прокатное, сварное), которое также имеет распространение и в других материалах (деревянные клееные балки, же­лезобетонные балки двутаврового сечения).

Свойства стали и применяемые формы поперечного сечения балок приводят к следующим особенностям их работы и расчета:

1. как и во всех балках, в стальных возникают нормальные и касательные х_х напряжения, из рис. 7.9 видно, что они в целом распределяются по высоте аналогично напряжениям в балке пря­моугольного сечения (см. рис. 7.4). Расчет прочности по нормаль­ным и касательным напряжениям остается одним из основных;

2) в балках возможна потеря общей устойчивости, т.е. балки под действием силы могут терять первоначальную форму, выпу­чиваться и закручиваться в вертикальной плоскости (рис. 7.10);

3) при выполнении элементов сечения балки тонкими и высо­кими (или с длинными свисающими свесами полок) возможна потеря местной устойчивости, т.е. их искривление на относитель­но небольшом участке (рис. 7.11);

4) как и все балки, стальная балка, деформируясь, прогибает­ся в плоскости действия нагрузки; прогибы неизбежны, но их величины, как уже отмечалось, ограничиваются нормами.

7.2.3. Расчет стальных балок сплошного сечения

Расчет балок производят по двум предельным состояниям. По первому предельному состоянию ведут расчет на прочность, об­щую и местную устойчивость, а по второму предельному состоя­нию производят расчет по деформациям.

1. Расчет прочности

Расчет прочности заключается в ограничении напряжений, возникающих в балке при ее работе.

• Нормальные напряжения проверяются по формуле

(7.3, а)

где М— изгибающий момент, действующий в расчетном сечении;

W„_imi„— минимальный момент сопротивления нетто. При от­сутствии ослаблений в рассчитываемом сечении момент сопротив­ления нетто равен моменту сопротивления брутто, W„_min= W_x ;

R_y — расчетное сопротивление стали, взятое по пределу теку­чести;

у_с — коэффициент условия работы.

• Касательные напряжения проверяются по формуле

(7.4, а)

где Q— поперечная сила, действующая в расчетном сечении;

S_x — статический момент инерции относительно оси х—х;

1_Х— момент инерции сечения относительно оси х—х;

t— толщина стенки;

R_s— расчетное сопротивление сдвигу, /?_s = 0,58/?_r

При наличии ослабления стенки отверстиями для болтов зна­чения т в формуле следует умножать на коэффициент а, опреде­ляемый по формуле а = а/(а - d), где а — шаг отверстий; d — диа­метр отверстия.

При расчете прокатных двутавров без ослаблений отверстия­ми и при действии на них только равномерно распределенной нагрузки проверку касательных напряжений можно не произво­дить, так как высота таких двутавров относительно небольшая и толщина стенки обеспечивает их прочность на действие касатель­ных напряжений.