Тема_5_3отв мнацак

76

5.6. Спряження балок

З’єднання балок настилу з головною може бути двох типів:

1. Спирання зверху (поверхове розміщення балок рос. “этажное”)

Другорядні балки встановлюють на верхній пояс нижче розміщених конструкцій. Такий тип з’єднань зручний під час монтажу, але потребує великої конструктивної висоти перекриття.

Рис. 5.23. Поверхове розміщення балок

Можливий діаметр отворів та відстані між ними вміщені у сортамент (наприклад, у “Справочник конструктора металлических конструкций” під ред. Васильченко В.Т.)

2. Приєднання збоку

Розрахунок пов’язано з визначенням розмірів зварних швів або кількості болтів. Розрахункова сила—це опорна реакція допоміжної балки, підвищена на 20%. Це враховує позацентрову передачу зусилля на стінку головної балки.

Рис. 5.24. Приєднання балок збоку

5.7. Шляхи підвищення ефективності балочних конструкцій

Для підвищення ефективності конструкцій балок треба зменшувати їх матеріаломісткість, трудомісткість, вартість.

1. Зменшення трудомісткості найбільш радикально сприяє розширенню прокатування великорозмірних профілів. Такі балки є найдешевшими, не дивлячись на більші витрати металу порівняно з зварними балками.

2. Зварні двотаврові профілі треба виготовляти на потокових лініях, які широко механізовані і автоматизовані.

3. Трудомісткість і вартість балок зменшується при виконанні односторонніх зварних швів та односторонніх ребер жорсткості.

4. Зменшення металомісткості досягається використанням ефективних конструкцій:

Бісталеві балки

Використання сталі підвищеної міцності допомагає зменшити витрати матеріалу. Але ефективність буде досягнута при використанні міцної сталі лише у найбільш напружених елементах перерізу: тобто у поличках у середній частині прольоту. Менш напружені приопорні ділянки поличок і стінок виконуються зі звичайної маловуглецевої сталі.

Рис. 5.25. Граничний стан бісталевих балок за критерієм обмежених пластичних деформацій в стінці

Особливістю роботи таких балок є те, що у зоні дії найбільших моментів біля поличок матеріал стінки працює за межею текучості. Ці ділянки стінки працюють в умовах обмежених деформацій, оскільки знаходяться між пружно працюючими поличками та більшою частиною стінки.

Несуча здатність перерізу складається з суми згинальних моментів, які сприймаються поличками та стінкою :

, ,

де —пружно-пластичний момент опору перерізу.

.

,

де —коефіцієнт, який враховує наявність пластичних деформацій у стінці.

Довжина ділянки поличок із високоміцної сталі знаходиться з епюри моментів із умов несучої здатності бісталевого і моносталевого перерізу.

Рис. 5.26. До розрахунку бісталевих балок

Підбір перерізу, перевірки міцності та стійкості аналогічні балкам складеного перерізу.

Попередньо напружені балки

Ефективний спосіб зниження матеріаломісткості (на 10-20%).

У перерізі балки треба створити напружений стан протилежний напруженням від навантаження. При завантаженні у балці спочатку компенсуються зусилля від попереднього напруження. Це подовжує ділянку пружної роботи.

Методи попереднього напруження балок.

1. Вигин частини перерізу балки у межах пружних деформацій у напрямку протилежному її прогину від зовнішнього навантаження. Після попереднього вигину і зварювання замикального шва у перерізі діють зрівноважені залишкові напруження. Складаючись з напруженням від зовнішніх навантажень, з’являється розподіл напружень, який відповідає шарніру пластичності. Міцність матеріалу перерізу використовується повністю без пластичного деформування. Балка працює у пружній стадії.

Рис. 5.27. Поперечне напруження балок методом попереднього вигину і зварювання замикальним швом

2. Найбільш часто для поперечного напруження використовують високоміцні затяжки які передбачають у зонах де діють найбільші напруження. Нижній пояс виконують меншим від верхнього, оскільки його частково замінює затяжка.

Рис. 5.28. Поперечне напруження балок методом використання високоміцних затяжок

При натягу затяжки зусиллям на балку діє згинальний момент .

Він викликає у перерізі балки нормальні напруження, протилежні напруженням від зовнішнього навантаження.

Балка має зайвий зв'язок затяжку і тому є статично невизначеною. При обчисленні прогинів враховують вигин балки від попереднього натягу затяжки.

Балки з гнучкою стінкою

Перешкодою підвищенню гнучкості стінки (тобто зменшенню її товщини) є можливість втрати місцевої стійкості. Але дослідження показали, що стінка, втративши стійкість, утворює складки між поперечними ребрами жорсткості. Балка продовжує витримувати навантаження і ніби перетворюється у розкисну ферму, в якій розтягнуті частини стінки відіграють роль розтягнутих розкосів, роль стиснутих елементів відіграють ребра жорсткості.

Рис. 5.29. Загальний вигляд балки з гнучкою стінкою

Така робота стінки має назву “закритичної” роботи. Гнучкість стінки може знаходитись у межах . Балка повинна працювати на статичні навантаження і виготовлятися зі сталі з Ry430 МПа. Кожний відсік треба перевіряти на дію та .

Вичерпання несучої здатності відсіку може відбутися завдяки пластичним деформаціям у діагональній смузі стінки з утворенням шарнірів пластичності або втрати стійкості у стиснуто-зігнутому поясі.

Ребра жорсткості перевіряються на дію зовнішнього навантаження та стискаючих або розтягуючих зусиль, що виникають внаслідок появи діагональних частин стінки.

Вимоги до розрахунку балок вміщені у СНиП ІІ-23-81* п.18.

Міцність балок перевіряється за формулою

,

- граничні значення.

Балки з перфорованою стінкою

Вимоги до проектування таких балок вміщені у СНиП ІІ-23-81* п.19 стор.56.

Балки виробляють шляхом різання стінки двотавра по зигзагоподібній лінії з наступним переміщенням і зварюванням частин двотавра.

Рис. 5.30. Схема компоновки перфорованих моносталевих двотаврів

Несуча здатність таких двотаврів на 30-50% вища за несучу здатність двотавра, що розрізався. Можливе використання частин двотавра із різних марок сталей. Для нижньої частини більш міцна сталь і тонка стінка. Дійсна робота досить складна, оскільки система багато разів статично невизначена, а жорсткість елементів по довжині змінна.

Розрахунок міцності виконується у точках 1,2,3,4 за формулами, вміщеними у СНиП.