ПРОВЕРКА ПРОЧНОСТИ ПРОГИБОВ И УСТОЙЧИВОСТИ СОСТАВНЫХ БАЛОК
1. Проверка прочности и прогиба балки.
2. Проверка и обеспечение общей устойчивости балки.
3. Проверка и обеспечение местной устойчивости элементов балок.
1. Проверка прочности и прогиба балки.
Проверка прочности сводится к проверке наибольших нормальных, касательных напряжений, их совместного действия и при упругопласти-ческой работе материала балки к устойчивой работе стенки в области пластических деформаций по формуле (7.24).
В разрезных балках места наибольших нормальных и касательных напряжений обычно не совпадают, их проверяют раздельно по формулам (7.8), (7.10) и (7.13).
Однако по всей длине балки (за исключением особых сечений, в которых М или Q равны нулю) изгибающие моменты и поперечная сила действуют совместно. Поэтому в дополнение к раздельным проверкам о и т необходима проверка совместного действия нормальных и касательных напряжений, при которой определяются приведенные напряжения. Эту проверку делают в сечениях наиболее неблагоприятного сочетания изгибающих моментов и поперечных сил: на опоре неразрезной балки, в месте изменения сечения разрезной составной балки и т. п., причем на уровне поясных швов (см. рис. 7.14, б) или внутренних рисок поясных заклепок или болтов по высоте.
Приведенные напряжения определяют по формуле:
По формуле (7.30) проверяют переход материала в данной точке в пластичное состояние от совместного действия нормальных и касательных напряжений.
При опирании на верхний пояс балки конструкции, передающей неподвижную сосредоточенную нагрузку, необходима дополнительная проверка стенки балки на местные сминающие стенку напряжения (см. рис. 7.15):
Приведенные напряжения в этом случае проверяют в сечении под нагрузкой:
Если эта проверка не выполняется, то стенку балки необходимо укрепить ребром жесткости, верхний конец которого пригоняется к нагруженному поясу балки. Это ребро через свой пригранный торец воспринимает сосредоточенное давление и прикрепленное к стенке балки сварными швами или заклепками плавно распределяет его на всю высоту стенки балки. При наличии таких ребер стенки балок на действие местных напряжений не проверяют.
Прогиб балок определяют от действия нормативной нагрузки методами строительной механики; прогиб не должен превышать значений, указанных в СНиП. Прогиб составных балок можно не проверять, если фактическая высота балки больше минимальной, определяемой по формуле (7.21) или (7.21а).
2. Проверка и обеспечение общей устойчивости балки
Общую устойчивость составных балок проверяют по формуле (7.15), а для двутавровых составных балок, имеющих две оси симметрии, так же как в прокатных балках, вычисляют по формуле:
Для балок, имеющих сечение, отличное от двутавра, имеющего две оси симметрии, проверка устойчивости имеет свои особенности и должна проводиться в соответствии с указаниями СНиП. Общую устойчивость балок можно не проверять при передаче нагрузки через сплошной жесткий настил, непрерывно опирающийся на сжатый пояс балки и надежно с ним связанный, а также при удовлетворении условий формулы (7.14) об отношении расчетной длины к ширине сжатого пояса.
Для составных главных балок, находящихся в системе балочной площадки и связанных между собой поперечными балками, на которых лежит настил, за расчетную длину сжатого пояса следует принимать расстояние между поперечными балками.
3. Проверка и обеспечение местной устойчивости элементов балок
Местное выпучивание отдельных элементов конструкций под действием сжимающих нормальных или касательных напряжений называется потерей местной устойчивости.
В балках потерять устойчивость могут сжатый пояс от действия нормальных напряжений и стенка от действия касательные или нормальных напряжений, а также и от их совместного действия.
Рассмотрим отдельно устойчивость пояса и стенки балки.
Устойчивость сжатого пояса. Сжатый пояс представляет собой длинную пластинку, шарнирно прикрепленную своей длинной стороной к стенке балки и нагруженную равномерно распределенным по сечению пластины нормальным напряжением, действующим вдоль длинной стороны пластины. Потеря устойчивости такой пластины происходит путем волнообразного выпучивания ее краев. Шарнирное закрепление пояса стенкой принимается в запас прочности потому, что гибкая стенка не способна оказать сильное противодействие повороту пояса при потере устойчивости его свободных краев (см. рис. 7.16).
Критическое напряжение потери устойчивости после подстановки в формулу (7.34) постоянных, соответствующих упругой работе материала пояса, будет иметь вид:
Приравнивая 
=R и производя преобразования, получаем:
Из приведенной, формулы видно, что для обеспечения устойчивости пояса при его упругой работе необходимо соблюдать отношение свеса пояса к его толщине, не превышающее значений, полученных по формуле (7.35).
При работе пояса с учетом развития пластических деформаций устойчивость пояса ухудшается и свес пояса должен быть:
а при толстой стенке, наибольшее значение свеса пояса следует принимать:
где h0 - расчетная высота балки; tст - толщина стенки балки.
В случае недонапряжения балки предельное значение bсв/tп может быть увеличено умножением на 
, но не более чем на 25%.
Рекомендуемые из условия устойчивости размеры пояса для малоуглеродистых сталей близки к рекомендуемым размерам из условия его равномерной работы по ширине, потому специальные конструктивные мероприятия по обеспечению увеличения ширины свеса нецелесообразны.
Устойчивость стенки. Стенка представляет собой длинную тонкую пластину, испытывающую действие касательных и нормальных напряжений, которые могут вызвать потерю ее устойчивости. Но устойчивости стенки обычно добиваются не увеличением ее толщины (из-за больших размеров стенки этот путь привел бы к большому перерасходу материала), а укреплением ее специальными ребрами жесткости, расположенными нормально к поверхности выпучивания листа и увеличивающими жесткость стенки.
Ребра жесткости делят стенку на отсеки (панели), которые могут потерять устойчивость независимо один от другого. Рассмотрим отдельно потерю устойчивости стенки от действия касательных и нормальных напряжений.
Потеря устойчивости стенки от действия касательных напряжений.
Вблизи от опоры балки стенка подвергаются воздействию значительных касательных напряжений, под влиянием которых она перекашивается (см. рис. 7.18, а) и по направлению траекторий главных сжимающих напряжений сжимается (см. рис. 7.18, б). Под влиянием сжатия стенка может выпучиваться, образуя волны, наклоненные к оси балки под углом, близким к 45°.
Для балки, стенка которой не укреплена ребрами жесткости, критическое касательное напряжение, полученное с учетом упругого защемления стенки в поясах, выражается формулой, аналогичной формуле (7.34):
при действии местной нагрузки на пояс балки
при действии больших сосредоточенных грузов ч в области учета пластических деформаций в балке, где местные напряжения не допускаются, - под каждым грузом
Длина области учета пластических деформаций в стенке балки может быть определена из равенства моментов, могущих быть воспринятыми балкой при ее работе с учетом пластических деформаций и при упругой работе стенки по всей ее высоте. При равномерной нагрузке на балку эта область может быть определена:
Односторонние ребра жесткости, расположенные в месте приложения к верхнему поясу сосредоточенной нагрузки (например, поэтажное сопряжение балок), следует рассчитывать как стойку, сжатую с эксцентриситетом, равным расстоянию от срединной плоскости стенки до центра тяжести расчетного сечения стойки. В расчетное сечение этой стойки необходимо включать сечение ребра жесткости и полосы стенки шириной с каждой стороны ребра. Расчетную длину стойки следует принимать равной высоте стенки. В отдельных случаях допускается применение парных ребер жесткости (например, при примыкании второстепенных балок к главной сбоку). В этом случае ширина каждого из парных симметричных ребер жесткости должна быть не менее bр=h0/30+40 мм. Толщина ребер должна быть не менее tp=2
Ребра жесткости следует приваривать в стенке сплошными односторонними швами минимальной толщины, не доводя их на 40-50 мм до поясных швов с целью уменьшения воздействия зон термического влияния швов.
Укрепление стенки балки поперечными ребрами жесткости, пересекающими возможные волны выпучивания стенки, увеличивает критическое касательное напряжение, определяемое по формуле
Учитывая это, нормами разрешается не проверять устойчивость стенок балок с поперечными ребрами жесткости:
для балок с двусторонними поясными швами при отсутствии местной нагрузки на пояс балки при:
для таких же балок, но с односторонними поясными швами при
для балок с двусторонними поясными швами и местной нагрузкой на пояс при
При определении гибкости стенки h0/tст в балках с поясными соединениями на заклепках или болтах за расчетную высоту стенки hа следует принимать расстояние между внутренними рисками поясных уголков.
[ К следующей главе | Вверх по странице | К оглавлению | К предыдущей главе ]
