2.11. Другие конструктивные решения балок.
2.11.1.Балки с гибкой стенкой ( тонкостенные балки).
К балкам с гибкой стенкой (гибкость стенки 250 ≤ λСТ ≤ 500) относятся конструкции, которые могут нормально эксплуатироваться после потери местной устойчивости стенки, если последняя остается упругой. Толщина стенок таких балок значительно ( на порядок) меньше габаритных размеров поперечного сечения. Сечение тонкостенной балки определяется контуром (линией, проходящей посредине элементов) и толщиной стенки.
Балки с гибкой (очень тонкой) стенкой появились впервые в конструкциях каркасов летательных аппаратов, где для легкости стенки выполняли зачастую не из металла, а из прочной ткани (перкаль, брезент). Плоская стенка в такой балке 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, часто называемые «хлопунами», исчезают.
Долгое время считалось, что эксплуатировать балки с тонкими стенками нельзя, так как потеря местной устойчивости стенки приводит всю балку в предельное состояние. Между тем в самолето- и судостроении давно обратили внимание на то, что балки с «хлопунами» в тонкой стенке работают достаточно надежно, причем после снятия нагрузки «хлопуны» исчезают. В строительстве стали применять такие балки в 70-е годы текущего века. Они являются дальнейшим воплощением идеи о тесной связи показателей экономической эффективности с понятием тонкостенности.
В настоящее время допускается применение тонкостенных балок пролетом до 36 м, выполненных из одной марки низкоуглеродистой стали обычной прочности (стали ВСт2пс, ВСт3сп, М16С) или низколегированной стали повышенной прочности ( стали марок 09Г2С, 14Г2, 15ХСНД), под статические нагрузки. Перед применением балки рекомендуется испытывать.
Тонкостенные балки проектируют со стенкой постоянного сечения по длине, пояса могут иметь уменьшенное сечение в опорных частях. Стык поясов располагается не ближе 300 мм от ребра жесткости. Стенка балки обязательно укрепляется поперечными парными ребрами жесткости.
Возможно применение балок с поперечными ребрами, приваренными к стенке – односторонними и двусторонними, или не связанными с нею, без поперечных ребер. Безреберные балки требуют строго центрированного приложения нагрузки в плоскости стенки, ибо пояса их практически не закреплены от закручивания.
В крайних отсеках для увеличения жесткости опорной части ставятся дополнительные ребра на расстоянии 60…80 δСТ от опорного ребра (рис.2.37). Сечение сжатого пояса назначается с учетом обычных требований местной и общей устойчивости. Свободная длина верхнего пояса не должна превышать высоты балки. Гибкость растянутого пояса должна быть не менее 300, а свободная длина не должна превышать половины пролета.
Заводские сварные стыки поясов и стенки располагаются на расстоянии 400…500 мм от ребра жесткости, причем в опорном отсеке стыки не допускаются. Монтажные стыки выполняются на высокопрочных болтах или путем сварки. Соединение поясов со стенкой производится автоматической односторонней сваркой с полным проплавлением.
≤3
00
400…500 bП