ПУТИ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ БАЛОЧНЫХ КОНСТРУКЦИИ
3. Балки с перфорированной стенкой
Весьма широкое распространение балочных конструкций привело к появлению ряда конструктивных форм, которые в отдельных случаях более эффективны, чем традиционные прокатные или составные балки, и их применение дает экономический эффект. К таким конструктивным формам можно отнести: бистальные балки, балки из алюминиевых сплавов, предварительно напряженные балки, балки с гибкой стенкой, балки с перфорированной стенкой и сталебетонные балки. Рассмотрим некоторые особенности их работы и конструирования.
1. Бистальные балки
Одним из источников экономии металла в строительных конструкциях является применение вместо обычной малоуглеродистой сталей повышенной прочности. Однако в балках, изготовленных целиком из стали повышенной прочности, нельзя полностью использовать все преимущества этой стали, так как в стенке балки и в сечениях вблизи опор напряжения значительно меньше расчетных сопротивлений. Кроме того, местная устойчивость элементов балки из высокопрочной стали относительно менее благоприятна по сравнению с устойчивостью этих же элементов, выполненных из обычной малоуглеродистой стали. Поэтому часто целесообразно использовать балки из двух марок стали различной прочности - бистальные, в которых сталь повышенной прочности применяется только в наиболее напряженных участках поясов балок, а вся стенка и пояса - вблизи опор балки, т.е. участки балки, испытывающие меньшие нормальные напряжения, выполняются из стали малоуглеродистой (рис. 7.32).
Работа такой балки отличается от работы обычных балок тем, что при действии расчетной нагрузки в крайних участках стенки, примыкающих к поясам из высокопрочной стали, может возникнуть текучесть материала стенки. Однако эти участки стенки работают в условиях ограниченной деформации, так как находятся между упругоработающими поясами и остальной частью стенки и текучесть в них не может быть опасной для всей балки.
2. Балки с гибкой стенкой
Известно, что если в балке двутаврового сечения, работающей на изгиб, уменьшать толщину стенки (увеличивать ее гибкость), то суммарная площадь сечения поясов и стенки, найденная из условия прочности, также будет уменьшаться. Препятствием значительному увеличению гибкости стенки служат потеря местной устойчивости стенкой и нежелание усложнять конструкцию балки устройством продольных ребер жесткости. Однако наблюдения за работой тонкой стенки в балке, имеющей вертикальные ребра жесткости, показывают, что стенка, потеряв устойчивость, образует складки между ребрами, направленные вдоль главных растягивающих напряжений ("закритическая" работа стенки), и балка продолжает нести действующую на нее нагрузку. При этом балка как бы превращается в раскосную ферму, в которой роль растянутых раскосов выполняют растянутые участки стенки, а роль сжатых стоек - ребра жесткости (см. рис. 7.36).
Таким образом, используя закритическую работу стенки, можно делать балки более тонкостенными, в результате получить экономию металла.
Работа и расчет таких балок существенно отличаются от традиционных балок с устойчивой стенкой. В тонкостенной балке ребра жесткости рекомендуется ставить на расстояниях (1-1,5)hCT и каждый отсек проверять на воздействие М и Q. При действии на отсек сдвига и изгиба внешний изгибающий момент, вызывающий силу NП (см. рис. 7.37), воспринимается поясами и работающей совместно с ними припоясной частью стенки. Поперечная сила воспринимается, как и при чистом сдвиге стенкой и поясами, вызывая в стенке растяжение, а в поясах местный изгиб MП. Поэтому проверка несущей способности пояса ведется по внецентренному сжатию от действия сил NП и МП, а стенки - по приведенным напряжениям от действия растягивающих, сжимающих и касательных напряжений.
Полное исчерпание несущей способности отсека может произойти в результате развития пластической деформации в диагональной полосе стенки с образованием пластических шарниров в пролетном и надопор-ном сечениях пояса, потери устойчивости сжато-изогнутым поясом в плоскости или перпендикулярно плоскости стенки балки, местной устойчивости свеса сжато-изогнутого пояса.
Пром ежуточные ребра жесткости работают и проверяются на действие внешней местной нагрузки и сжимающих или растягивающих сил, вызванных диагональными растягивающими и сжимающими напряжениями в примыкающих к ребру участках стенки.
Опорные ребра работают и проверяются как внецентренно сжатые элементы, в которых изгибающий момент вызван диагональными растягивающими напряжениями в прилегающей к ребру стенке.
Вследствие большой специфики работы балки с гибкой стенкой рекомендуется применять при статической работе, из стали с пределом текучести не более 430 МПа и не рекомендуется применять при приложении сосредоточенных нагрузок к поясам в местах, где нет ребер жесткости, и если значение временной нагрузки на балку более чем в 2 раза превышает значение постоянной нагрузки.
3. Балки с перфорированной стенкой
Одним из прогрессивных направлений повышения эффективности двутавровых профилей проката является создание балок с перфорированной стенкой (рис. 7.38). Такие балки образуются путем разрезки стенки двутавра по зигзагообразной линии с последующей раздвижкой и сваркой встык частей Двутавров по выступам стенки (рис. 7.38, а). Несущая способность сквозных двутавров в 1,3-1,5 раза выше несущей способности исходного, что определяется их большей высотой, чем высота исходного двутавра. Эти качества в сочетании с их компактностью, хорошей транспортабельностью и приспособленностью к автоматизированному изготовлению делают их в ряде случаев конкурентоспособными с решетчатыми конструкциями и обеспечили им достаточно широкое применение в качестве балок перекрытий и стропильных балок. Компоновка сквозных двутавров имеет свои особенности. С целью полного использования исходного двутавра при его роспуске (см. рис. 7.38, а) желательно соблюдать следующие зависимости:
В случае действия на балку сосредоточенных, регулярно расположенных грузов необходимо, чтобы положение сплошных участков стенки сквозного двутавра совпадало с положением этих грузов. Исследования показывают, что для однопролетных балок более экономично применять сквозные двутавры из двух марок сталей: верхнюю часть из двутавра обычной малоуглеродистой стали с более толстой стенкой, а нижнюю часть из двутавра более прочной стали с более тонкой стенкой. Действительная работа сквозного Двутавра на поперечный изгиб достаточно сложна, так как система многократно статически неопределима, а жесткость элементов по длине переменна. В качестве первого приближения ее рассматривают как безраскосную систему Виренделя, принимая, что в середине сплошных участков стенки и в середине участков поясов в местах вырезов стенки расположены шарниры - точки нулевых моментов, в которых действуют только поперечные и продольные силы (см. рис. 7.38, в). Более точный расчет и необходимые проверки сечении балки приведены в СНиП П-23-81.
[ К следующей главе | Вверх по странице | К оглавлению | К предыдущей главе ]
