Конструкции балок с гибкой стенкой

Балки с гибкой стенкой могут иметь следующие конструктивные решения: с поперечными ребрами, двусторонними и односторонними, приваренными к стенке; с поперечными ребрами, не связанными со стенкой; без поперечных ребер (безреберная балка), рисунок 9.2.

а – общий вид балки; б – двусторонние поперечные ребра; в – одностороннее ребро; г – бесконтактные ребра; сечения балки: д – с прокатными таврами; е – с прокатными и гнутыми швеллерами; ж – с уголками; з – с коробчатыми поясами из швеллера; и – с двутаврами; к – замкнутое с уголками; л – замкнутое с половинками из круглых труб

Рисунок 9.2 – Балка с гибкой стенкой и поперечными ребрами

Балки с гофрированной стенкой

К рассматриваемым балкам относятся балки, у которых в стенке для повышения ее местной устойчивости созданы гофры различного очертания.

В обычных балках толщина стенки, требуемая по условиям прочности на срез, примерно в 2 ... 4 раза меньше, чем необходимая по условиям местной устойчивости. Поперечные ребра жесткости, обеспечивающие местную устойчивость стенки, являются одновременно диафрагмами, существенно повышающими крутильную жесткость балок. Стремление удовлетворить этим требованиям при одновременном снижении расхода металла и привело к идее гофрирования стенок. Гибкость таких стенок повышается до 300 ... 600, при этом чем тоньше стенка, тем легче ее гофрировать. Одновременно отпадает необходимость в поперечных ребрах жесткости, за исключением опорных и в местах приложения значительных сосредоточенных сил. Местная устойчивость гофрированной стенки, работающей теперь как оболочка со значительно большей жесткостью, обеспечивается лучше. Повышается крутильная жесткость балки, что особенно важно для подкрановых балок с эксцентричным приложением нагрузки Гофрированная стенка, как и гибкая, имеет толщину 2 ... 8 мм и, следовательно, обладает всеми преимуществами, связанными с тонкостенностью. Изготовление гофрированной стенки требует больших трудозатрат, чем плоских той же толщины, в связи с осуществлением операции гофрирования. Несколько осложняется сварка поясных швов автоматическим способом. Вместе с тем уменьшение толщины стенки и особенно числа поперечных ребер жесткости ведет к снижению общих трудозатрат на изготовление такой балки по сравнению с обычной сварной на 15 ... 25 %.

Сравнение балок с гофрированной стенкой и балок с гибкой стенкой при одинаковой их гибкости по расходу металла и трудоемкости изготовления также будет в пользу первых благодаря значительно меньшему числу ребер жесткости, повышенной крутильной жесткости, большему запасу на местную устойчивость стенки.

Особенности работы

Для изучения особенностей работы балок с гофрированными стенками в СССР, начиная с середины 1930-х годов, а также в зарубежных странах были проведены эксперименты с различными моделями балок. Установлено, что нормальные напряжения (которые возникают от изгиба, наблюдаются в стенке только у поясов и очень быстро падают практически до нуля, ибо стенка поперек гофров сопротивляться не может. Касательные напряжения распределяются по высоте стенки почти равномерно. Гофры передают усилия на пояс, заставляя его испытывать определенный и меняющийся по направлению изгиб в своей плоскости.

Если сравнивать работу балок с гибкой и с гофрированной стенкой при одинаковой гибкости стенки, то отмечается, что последняя работает значительно дольше в упругой стадии до потери местной устойчивости. Несущая способность гофрированных балок также повышается, так как пояс не испытывает изгиба в плоскости балки, как в балках с гибкой стенкой.

Деформативность балок с гофрированной стенкой на 15 ... 20 % меньше, чем у балок такого же сечения, но с гибкой стенкой той же толщины. Предельное состояние наступает вследствие потери местной устойчивости стенок под действием местных воздействий сосредоточенных сил, если в этом месте не установлены ребра жесткости.

В гофрированных треугольных стенках при работе их на сдвиг наблюдается сначала потеря местной устойчивости плоской части гофра, а затем она распространяется на несколько гофров, условно соответствуя «общей» потере устойчивости стенки, как это имеет место и в плоских гибких стенках. После этого пояс, следуя за стенкой, сам теряет устойчивость в плоскости балки, как в балках с гибкой стенкой. Если запас по местной устойчивости стенки оказался достаточным, то предельное состояние может наступить из-за развития чрезмерных остаточных деформаций балки (непригодность к дальнейшей эксплуатации). Характер предельного состояния зависит от гибкости стенки, параметров гофров, наличия ребер жесткости в зонах сосредоточенных сил.