48. Прокатные балки

Прокатные балки применяют для перекрытия небольших пространств конструктивными элементами ограниченной несущей способности, что связано с имеющейся номенклатурой выпускаемых профилей. Их используют в балочных клетках; для перекрытия индивидуальных подвалов, гаражей, складских помещений; в качестве прогонов покрытий производственных зданий; в конструкциях эстакад, виадуков, мостов и др. инженерных сооружениях.

В сравнении с составными прокатные балки более металлоемки за счет увеличенной толщины стенки, но менее трудоемки в изготовлении и более надежны в эксплуатации. За исключением опорных зон и зон приложения значительных сосредоточенных сил, стенки прокатных балок не требуется укреплять ребрами жесткости. Отсутствие сварных швов в областях контакта полок со стенкой существенно уменьшает концентрацию напряжений и снижает уровень начальной дефектности.

49. Подбор сечения и проверки прочности и жесткости принятого сечения

1 . Необходимо перейти от «квадратной» нагрузки к погонной:

Σg^н=(p+q)∙a (где a – шаг балок)

2. Необходимо перейти к расчетной нагрузке:

Σg^р=(p∙γ_p+q∙γ_q)∙a (где γ – коэффициент надежности по нагрузке)

3.  По табл. 50 СНиП и в зависимости от температуры эксплуатации выбираем сталь, табл. 51 СНиП смотрим расчетное сопротивление стали.

4. Подбор сечения балки:

σ=M/W≤R_y→W_треб≥M^р/R_y [см³]→двутавр из сортамента, который с буквой «Б» (значит «балочный»), смотрим в таблице W_факт;A;I;S;t;b.

Проверка:

Проверки на прочность (СНиП Стальные конструкции п.5.12)

Проверки выполняют в точках, где развиваются наибольшие в пределах балки нормальные или касательные напряжения, а также в точках, где одновременно присутствуют и те и другие напряжения и способны при совместном действии обеспечить переход стали в пластическую стадию. (т.е. проверяем сечения, где максимальный момент, максимальная силы, где одновременно действую значительный момент и поперечная сила и (или) приложены сосредоточенные внешние силы, в том числе опорные реакции)

• В сечениях с максимальным моментом:

σ=M^р/W_факт≤R_y

M^p/(W_факт ∙R_y) ≤1∙γ_c (например, получилось 0,35≤1, тогда 0,35 – это коэффициент использования металла в сечении, СНиП допускает недогрузку 5%; γ_c – коэффициент условия работы)

• В сечениях с максимальной поперечной силой:

τ=(Q^p∙S_x)/(I_x∙t_ст)≤R_s∙γ_c→( Q^p∙S_x)/(I_x∙t_ст ∙R_s∙γ_c) ≤1

При наличии ослабления стенки отверстиями для болтов значения τ следует умножать на коэффициент α, определяемый по формуле:

α = a / (a - d),

где а - шаг отверстий;

d - диаметр отверстия.

Если проверки на прочность не выполняются, то необходимо выбрать следующий профиль по сортаменту и повторить проверки.

• В местах приложения локальной нагрузки:

Для расчета на прочность стенки балки в местах приложения нагрузки к

верхнему поясу, а также в опорных сечениях балки, не укрепленных ребрами

жесткости, следует определять местное напряжение σ_loc по формуле:

- σ_loc=F/(t∙l_ef)≤R_y∙γ_c

где F - расчетное значение нагрузки (силы);

l_ef - условная длина распределения нагрузки, определяемая в зависимости от

условий опирания (см. рисунок)

lef = b + 2t_f

где t_f - толщина верхнего пояса балки, если нижняя балка сварная (рис. а), или

расстояние от наружной грани полки до начала внутреннего закругления

стенки, если нижняя балка прокатная (рис. б).

• Для стенок балок приведенные напряжения в стенке в уровне сопряжения с поясом должны удовлетворять условию:-

где

- - нормальные напряжения в срединной плоскости

стенки, параллельные оси балки (т.е. y=h/2, где h – высота балки);

σ_у - то же, перпендикулярные оси балки, в том числе σ_loc,

τ_ху - касательное напряжение

Напряжения σх и σу, принимаемые в формуле со своими знаками, а также

τ_xy следует определять в одной и той же точке балки.

Проверка на жесткость (СНиП Нагрузки и воздействия п.10)

Прогибы не должны превышать предельных значений, установленных нормами проектирования:

Для расчетной схемы, приведенной выше:

Предельные прогибы – табл.19 СНиП Нагрузки и воздействия.

При невыполнении проверки на жесткость необходимо увеличить сечение балки и снова определить f_max.

Ограничение прогиба обусловлено необходимостью создания условий нормальной работы технологического оборудования (мостовых и подвесных кранов, контрольно-измерительных приборов); обеспечения целостности примыкающих ограждающих конструкций; предотвращения неприятных физиологических воздействий на человека.