книги из ГПНТБ / Майзель В.С. Сварные конструкции учебник

лито-сварных ахтерштевней и форштевней с толщиной до 850—>

замыкающего стыка такой сложной комбинированной конструк­ ции. На заводе применяется технология, при которой перед свар­ кой последнего стыка производится подогрев другой ветки ахтер-

разным, но и неизбежным. Особое значение приобретают сварные комбинированные Кон­

струкции для современного направления в развитии машино­ строения, которое характеризуется непрерывным повышением мощностей машин, аппаратов и установок, и связанным с этим значительным увеличением габаритов и веса отдельных деталей и узлов. При этом создаются условия, при которых техника литья, ковки и штамповки, существующая даже на самых крупных за­ водах, не может в полной мере обеспечить получение крупнога­ баритных изделий без существенного снижения их качества.

В таких условиях применение сварных комбинированных кон­ струкций оказывается единственным путем решения поставлен­ ных задач, так как производственные возможности изготовления сварных конструкций не ограничиваются ни весом, ни размером отдельных частей.

Это свидетельствует о том, что при работе на косой изгиб дву­ тавровое сечение не является удачным.

Подобным образом можно показать, что и при кручении дву­ тавровое сечение значительно уступает прямоугольному трубча­ тому.

В связи с этим для балок, которые, кроме поперечного изгиба, должны воспринимать еще и некоторые иные виды деформации (кручение или косой изгиб), принимают двустенчатые сечения.

Для балок, работающих на поперечный изгиб, наиболее ра­ циональной формой поперечного сечения является двутавр. При этом удается наиболее полноценно использовать материал, рас-

Рис. 6.1. Различные формы поперечных сечений

полагая значительную его часть в наиболее удаленных от ней­ тральной оси участках сечения и наряду с этим обеспечить вы­ полнение требований, установленных в отношении жесткости и устойчивости балок.

Двутавровые балки относятся к числу наиболее широко при­ меняющихся элементов металлических конструкций и поэтому

впромышленности организовано их массовое изготовление в виде профильного проката, размеры которого установлены сортаментом. Однако производство прокатных двутавров ограничено определен­ ным диапазоном их размеров и не может во всех случаях обеспе­ чить потребности строительства.

Прокатные двутавры обычно применяются для перекрытия сравнительно небольших пролетов, обычно не превышающих 8 м. При увеличении пролетов применение прокатных профилей ста­ новится менее рациональным. Это объясняется тем, что для балок

спостоянным поперечным сечением материал не по всей их длине используется полноценно. Поэтому для перекрытия больших про­ летов применяют сварные балки, профиль которых составлен из отдельных частей и размеры его по длине пролета могут меняться

всоответствии с изменением величины изгибающего момента, что позволяет приближаться к балке равного сопротивления. При замене прокатных балок сварными появляется, кроме того, воз­ можность для более рационального подбора формы их попереч­ ного сечения.

Впрокатных двутаврах толщина стенки по технологическим условиям принимается значительно больше той величины, которая

могла бы быть допущена по условиям устойчивости. Это понижает степень использования материала в сечении, так как при изгибе вертикальная стенка нагружена сравнительно слабо. В случае применения сварных составных балок толщина вертикального листа может быть значительно уменьшена.

§ 25. ПРИМЕНЕНИЕ ПРОКАТНЫХ БАЛОК И ИХ РАСЧЕТ

Прокатные балки обычно входят в состав различных конструк­ ций. Наиболее характерным случаем применения прокатных балок являются балочные клетки различных рабочих площадок или междуэтажных перекрытий (рис. 6.2), в которых балки прокат­ ного профиля используются как вспомогательные (продольные),

Рис. 6.2. Схема сварной балочной клетки

несущие меньшую нагрузку и имеющие меньший пролет по сравне­ нию с главными (поперечными) балками, в качестве которых при­ меняются более мощные и более высокие составные сварные балки.

Расчет всякой конструкции необходимо начинать с составле­ ния расчетной схемы. Всю балочную клетку следует рассматри­ вать как состоящую из отдельных балок, различающихся между собой по условиям опирания и нагружения. При этом можно со­ ставить две основные расчетные схемы: одну — для вспомогатель­ ных балок и другую — для главных. В пределах каждой расчет­ ной схемы можно дополнительно выделить крайние балки, на­ грузка на которые собирается с меньших участков перекрываемой площади и которые поэтому находятся в условиях менее интен­ сивного загружения.

В сварных конструкциях продольные балки могут быть при­ соединены к поперечным балкам так, что их поперечное сечение в месте крепления будет иметь возможность воспринимать не

только перерезывающие силы, но и изгибающие моменты. Поэтому расчетная схема для них может быть принята как для неразрез­ ной балки с числом опор, определяемым числом поперечных балок. Это обстоятельство является характерной особенностью сварных конструкций и должно использоваться как дополнительная воз­ можность для снижения веса прокатных балок за счет снижения значений изгибающих моментов в середине пролета. При большом числе пролетов неразрезных балок их средние пролеты (начиная с третьего) находятся в примерно равных условиях загружения, поэтому расчетную схему для многопролетной неразрезной балки можно принять как для пятипролетной неразрезной балки, считая при этом опорные реакции и изгибающие моменты для всех сред­ них пролетов реальных балок по третьему пролету пятипролет­ ной балки.

При расчете неразрезных балок с равными пролетами поль­ зуются готовыми таблицами, в которых приведены заранее вы­ численные коэффициенты для определения изгибающих моментов и опорных реакций.

Для определения изгибающих моментов необходимо приведен­ ные в табл. 6.1 значения коэффициентов умножить на произве­ дение ql2 или рі2.

Так, например, наибольший изгибающий момент во втором пролете от действия равномерно распределенной постоянной

Та б л и ц а 6.1. Коэффициенты для определения моментов неразрезной пятипролетной балки с равными пролетами

нагрузки интенсивностью q и от переменной нагрузки интенсив­ ностью р найдется следующим образом:

Подобным же образом наибольший изгибающий момент на опоре 2 будет

По данным, приведенным в табл. 6.1, видно, что при действии переменной нагрузки наиболее опасные комбинации ее располо­ жения для различных сечений и пролетов различны. Так, для сечений в пролете наиболее опасная комбинация создается, когда загружается рассматриваемый пролет, а остальные пролеты на­ ходятся в состоянии чередующейся разгрузки и загрузки. Для опорных сечений наиболее опасная комбинация создается при загружении двух смежных пролетов и при условии чередующейся разгрузки и загрузки для всех остальных пролетов. Последняя комбинация создает также наибольшие опорные реакции. Значе­ ния коэффициентов для определения опорных реакций приведены

втабл. 6.2.

Та б л и ц а 6.2. Коэффициенты для определения опорных реакций неразрезной пятипролетной балки с равными пролетами

Используя для продольных балок прокатные двутавры, сле­ дует иметь в виду, что при изгибе более целесообразно применять профили с тонкой стенкой, так как они при равных значениях мо­ мента сопротивления обладают меньшим весом.

Подбор сечений продольных балок сварной балочной клетки целесообразно производить по значениям изгибающего момента в пролете, так как на опорах сварное сечение узла может быть усилено постановкой фасонок. В этом случае надежность мест­ ного подкрепления должна быть проверена расчетом на действие опорного момента и перерезывающей силы.

Определение прогиба в пролетах неразрезной балки можно, используя метод наложения, производить по формулам для сво­ бодно опертой балки на двух опорах. В этом случае можно опре­ делить прогиб в середине пролета для балки, нагруженной равно­

и прогиб в середине пролета от действия опорных моментов по формуле

При определении опорных моментов необходимо брать по табл. 6.1 коэффициенты, соответствующие рассматриваемому слу­ чаю загружения. Так, например, при определении прогиба f 2 для наиболее опасного случая загружения пролета 2 будем иметь:

После того как изгибающие моменты расчетом уже определены, производится подбор сечения прокатных балок исходя из условия

В этих формулах значения изгибающих моментов М и Мп по величине различны, так же как различны значения допускаемых напряжений [о] и расчетных сопротивлений R. При расчете по допускаемым напряжениям по формуле (6.9) коэффициент пере­ грузки не учитывается, и поэтому изгибающий момент М имеет меньшее значение, чем изгибающий момент Мп, принимаемый по формуле (6.9'), в которой коэффициент перегрузки должен быть учтен.

После этого по сортаменту прокатных двутавров подбирается ближайший профиль, имеющий соответствующий момент сопро­ тивления, равный или несколько больший требуемого значения, определенного расчетом.

получения наименьшего веса конструкции) и более высокой тех­ нологичностью конструкции (которая обеспечивается выбором форм, допускающих применение высокопроизводительных методов сварки).

Высокая работоспособность сварных балок обеспечивается вы­ полнением требований, установленных условиями прочности,

методика расчета по допускаемым напряжениям с условным определением значения допускаемого напряжения [а] в зависи­ мости от расчетного сопротивления R и некоторого осредненного значения коэффициента перегрузки п 0.

Выбор высоты балки. Определение размеров сечения балки следует начинать с выбора ее высоты.

Высота балки является одним из самых главных размеров ее поперечного сечения. Это следует из того, что такие основные характеристики поперечного сечения при изгибе, как момент сопротивления и момент инерции, выражаются зависимостями, в которые высота входит во вторбй и даже в третьей степени.

От выбора высоты вертикального листа балки зависит ее жест­ кость и вес. Поэтому высота вертикального листа и выбирается исходя из условий обеспечения требуемой жесткости и условий получения меньшего веса. При этом следует иметь в виду, что из этих двух условий первое является обязательным, так как