8. Конструкция клепаных балок.

Самое простое поперечное сечение клёпаной балки состоит из вертикального листа и четырёх поясных уголков, попарно прикреплённых к вертикальному листу с помощью заклёпок (Рис. 8.1). Поясной уголок должен иметь сечение не менее 100×100x10 мм, и постоянное по всей длине балки. Вертикальный лист должен быть толщиной не менее 10 мм. Такое сечение балки обладает небольшой несущей способностью и используется для второстепенных элементов продольных балок и домкратных балок пролётных строений небольшой длины.

Для увеличения несущей способности в состав пояса вводят дополнительные листы толщиной не более 20 мм (Рис. 8.2), общее число которых в поясном пакете не должно превышать четырёх (в старых мостах больших пролётов число листов в пакете достигало пяти и более). Толщину отдельного листав пакете принимают постоянной по всей его длине. Размеры поясных уголков назначают из условия, чтобы их площадь составляла 30…40% от площади поясного пакета. При этом размеры уголка могут допускать размещение заклёпок по двум рискам. Свес края пакета (листа) над поясным уголком должен быть не менее 5 мм и не более восьми толщин поясного листа. Если последнее условие не выполняется, то ставят дополнительные заклёпки для обеспечения плотности поясного пакета.

Сечение балки обычно симметрично относительно горизонтальной и вертикальной осей. Если свесы сжатых поясов превышают 8Z5 или 0,4 м, то сжатый пояс усиливают окаймляющими уголками во избежание выпучивания его свесов. Сечение балки при этом становится несимметричным по отношению к горизонтальной оси.

Если условие прочности на смятие поясной горизонтально расположенной заклёпки существенно уступает условию прочности на срез, то устраивают ламели короткие дополнительные вертикальные листы, вставленные между поясными уголками и вертикальным листом (Рис. 8.3).

При высоте балки более 2 м стенку по вертикали делают составной. Продольный стык листов выполняют, как правило, с двусторонними накладками (Рис. 8.4). Иногда заводские блоки (тавровые полубалки) изготавливают значительных размеров, что делает вертикальные стенки неустойчивыми, особенно при перевозке их по плохим подъездным дорогам. Поэтому свободные концы стенки усиливают дополнительными горизонтальными уголками, которые затем используют для фланцевых соединений тавровых полубалок (Рис. 8.5).

Изменение сечения балки по длине пролёта осуществляют за счёт регулирования числа листов в поясном пакете. Для этих целей строят эпюру материалов (Рис. 8.6). Поясной лист, обрываемый в пролёте, продолжают за точкуего теоретического обрыва на длину, обеспечивающую прикрепление всей рабочей площади листа (с учётом ослаблений). При этом устанавливают не менее трёх рядов заклёпок. Наибольшее число листов в поясном пакете должно обеспечивать выполнение условия прочности для наиболее напряжённого сечения:.

Напомним, что наибольшая толщина поясного листа 20 мм и не рекомендуется принимать в поясном пакете более четырёх листов.

Толщину вертикального листа определяют из условия прочности на восприятие максимальной перерезывающей силы. Если предварительно назначенная минимальная толщина стенки не удовлетворяет указанному условию, то толщину стенки увеличивают и, как правило, делают её постоянной по всей длине балки.

Шаг заклёпок, прикрепляющих пакет горизонтальных листов к поясным уголкам (тип 1) и поясных уголков к вертикальному листу (тип 2), определяют из условия восприятия соответствующих сдвигающих усилий, вызванных перерезывающей силой. В целях упрощения размещения заклёпок балку разбивают на отдельные участки. Шаг заклёпок постоянный на отдельном участке, определяют по максимальной перерезывающей силе на этом участке:

При определении несущей способности заклёпок типа 2 по условию среза необходимо учитывать, что эти заклёпки имеет по две площадки среза.

Определённая из условия прочности толщина вертикальной стенки оказывается, как правило, недостаточной для обеспечения устойчивости балки от выпучивания стенки в целом (Рис. 8.9). Во избежание возникновения такой ситуации стенку балки усиливают постановкой вертикальных элементов уголков жёсткости (Рис. 8.7).

Уголки жёсткости ставят с двух сторон стенки при обязательном закреплении их концов к поясным уголкам (Рис. 8.8). Это может быть выполнено с применением дополнительных прокладок между уголками жёсткости и стенкой или применением уголков с высаженными концами. На опорных сечениях балки, где передаются большие сосредоточенные усилия, ставят более мощные уголки жёсткости (в балках больших пролётов иногда приходится устанавливать сдвоенные уголки жёсткости).

В опорных рёбрах жёсткости высаживать уголки не рекомендуется. Тип уголковых рёбер жёсткости и их размеры зависят от величины ближайшего расстояния между рисками поясных уголков и толщины вертикальной стенки. В зависимости от указанных параметров нормы проектирования мостов устанавливают минимальное значение момента инерции относительно оси, проходящей через центр тяжести рёбер жёсткости.

Расстояние между вертикальными уголками жёсткости определяют расчётом из условия обеспечения местной устойчивости сжатого участка стенки между вертикальными уголками жёсткости (Рис. 8.10). Однако в наиболее напряжённых сечениях балки для выполнения указанного условия пришлось бы вертикальные уголки ставить слишком часто.

В этом случае стенку для исключения потери местной устойчивости рационально усиливать постановкой дополнительных горизонтальных уголков жёсткости, что обеспечивает постоянство шага поперечных рёбер. (Рис. 8.11). Эти уголки жёсткости в зависимости от напряжённости стенки устанавливают в один, два или три ряда. В последнем случае третий уголок жёсткости устанавливают в растянутой зоне стенки. На приопорных участках балки напряжённое состояниестенки определяется касательными напряжениями, которые по высоте стенки изменяются незначительно. Поэтому один или два уголка жёсткости по высоте стенки ставят симметрично относительно оси балки. В горизонтальных уголках жёсткости вертикальная полка пером должна быть повёрнута вниз (см. рис. 8.11).

Заводской блок балки стремятся сделать по возможности большей длины (порядка 10 м). Выпускаемый промышленностью угловой прокат позволяет сделать поясные уголки цельными по длине блока. Однако листовой прокат требуемой для мостовых балок толщины имеет длину не более 5 м. Поэтому вертикальный лист приходится стыковать по длине с помощью парных накладок, располагаемых между перьями поясных уголков верхнего и нижнего поясов (Рис. 8.12).

Следует иметь в виду, что часть вертикального листа, расположенная между крайним рядом заклёпок и наружным краем листа, не включается в работу. Усилия, которые не могут быть восприняты неработающей частью стенки, воспринимаются полосовыми накладками, прикрепляемыми к поясным уголкам. Иногда для этих целей используют уголковые накладки (Рис. 8.12), но для этого надо предварительно удалить часть обушка. Образовавшиеся при этом пазухи шпатлюют, что особенно важно для нижних поясов.

Клёпаные балки ввиду повышенного расхода металла и большой трудоёмкости изготовления в настоящее время применяют редко. Однако значительная часть построенных мостов в своём составе имеет клёпаные конструкции.