ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 11.04.2024
Просмотров: 268
Скачиваний: 6
Это свидетельствует о том, что при работе на косой изгиб дву тавровое сечение не является удачным.
Подобным образом можно показать, что и при кручении дву тавровое сечение значительно уступает прямоугольному трубча тому.
В связи с этим для балок, которые, кроме поперечного изгиба, должны воспринимать еще и некоторые иные виды деформации (кручение или косой изгиб), принимают двустенчатые сечения.
Для балок, работающих на поперечный изгиб, наиболее ра циональной формой поперечного сечения является двутавр. При этом удается наиболее полноценно использовать материал, рас-
Рис. 6.1. Различные формы поперечных сечений
полагая значительную его часть в наиболее удаленных от ней тральной оси участках сечения и наряду с этим обеспечить вы полнение требований, установленных в отношении жесткости и устойчивости балок.
Двутавровые балки относятся к числу наиболее широко при меняющихся элементов металлических конструкций и поэтому
впромышленности организовано их массовое изготовление в виде профильного проката, размеры которого установлены сортаментом. Однако производство прокатных двутавров ограничено определен ным диапазоном их размеров и не может во всех случаях обеспе чить потребности строительства.
Прокатные двутавры обычно применяются для перекрытия сравнительно небольших пролетов, обычно не превышающих 8 м. При увеличении пролетов применение прокатных профилей ста новится менее рациональным. Это объясняется тем, что для балок
спостоянным поперечным сечением материал не по всей их длине используется полноценно. Поэтому для перекрытия больших про летов применяют сварные балки, профиль которых составлен из отдельных частей и размеры его по длине пролета могут меняться
всоответствии с изменением величины изгибающего момента, что позволяет приближаться к балке равного сопротивления. При замене прокатных балок сварными появляется, кроме того, воз можность для более рационального подбора формы их попереч ного сечения.
Впрокатных двутаврах толщина стенки по технологическим условиям принимается значительно больше той величины, которая
могла бы быть допущена по условиям устойчивости. Это понижает степень использования материала в сечении, так как при изгибе вертикальная стенка нагружена сравнительно слабо. В случае применения сварных составных балок толщина вертикального листа может быть значительно уменьшена.
§ 25. ПРИМЕНЕНИЕ ПРОКАТНЫХ БАЛОК И ИХ РАСЧЕТ
Прокатные балки обычно входят в состав различных конструк ций. Наиболее характерным случаем применения прокатных балок являются балочные клетки различных рабочих площадок или междуэтажных перекрытий (рис. 6.2), в которых балки прокат ного профиля используются как вспомогательные (продольные),
üj--- Т&ННІГ Ï |
! |
пі |
|
Рис. 6.2. Схема сварной балочной клетки
несущие меньшую нагрузку и имеющие меньший пролет по сравне нию с главными (поперечными) балками, в качестве которых при меняются более мощные и более высокие составные сварные балки.
Расчет всякой конструкции необходимо начинать с составле ния расчетной схемы. Всю балочную клетку следует рассматри вать как состоящую из отдельных балок, различающихся между собой по условиям опирания и нагружения. При этом можно со ставить две основные расчетные схемы: одну — для вспомогатель ных балок и другую — для главных. В пределах каждой расчет ной схемы можно дополнительно выделить крайние балки, на грузка на которые собирается с меньших участков перекрываемой площади и которые поэтому находятся в условиях менее интен сивного загружения.
В сварных конструкциях продольные балки могут быть при соединены к поперечным балкам так, что их поперечное сечение в месте крепления будет иметь возможность воспринимать не
только перерезывающие силы, но и изгибающие моменты. Поэтому расчетная схема для них может быть принята как для неразрез ной балки с числом опор, определяемым числом поперечных балок. Это обстоятельство является характерной особенностью сварных конструкций и должно использоваться как дополнительная воз можность для снижения веса прокатных балок за счет снижения значений изгибающих моментов в середине пролета. При большом числе пролетов неразрезных балок их средние пролеты (начиная с третьего) находятся в примерно равных условиях загружения, поэтому расчетную схему для многопролетной неразрезной балки можно принять как для пятипролетной неразрезной балки, считая при этом опорные реакции и изгибающие моменты для всех сред них пролетов реальных балок по третьему пролету пятипролет ной балки.
При расчете неразрезных балок с равными пролетами поль зуются готовыми таблицами, в которых приведены заранее вы численные коэффициенты для определения изгибающих моментов и опорных реакций.
Для определения изгибающих моментов необходимо приведен ные в табл. 6.1 значения коэффициентов умножить на произве дение ql2 или рі2.
Так, например, наибольший изгибающий момент во втором пролете от действия равномерно распределенной постоянной
Та б л и ц а 6.1. Коэффициенты для определения моментов неразрезной пятипролетной балки с равными пролетами
|
|
|
|
|
|
|
Д ля |
пролетных |
Д ля |
опорных моментов |
|||
|
|
|
|
|
|
|
моментов |
|
|
|
|
|
|
|
Схема |
нагрузки |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
т 2 |
т 3 |
т \ |
т 2 |
т Ъ |
т А |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
1 |
|
|
Р |
|
|
|
—0,046 |
0,086 |
—0,053 |
-0,040 |
-0,040 |
—0,053 |
jpnrnjj1 |
*~^гтттштГ^___ £ШИП^ |
0,100 |
|||||||||||
J |
! |
; |
|
J |
4 |
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
о |
f |
-0,026 |
0,079 |
—0,040 |
—0,053 |
-0,040 |
—0,040 |
— 0,053 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
il ...........................- а |
|
|
0,065 |
0,055 |
-0,047 |
-0,119 |
-0,022 |
-0,044 |
-0,051 |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
—0,017 |
0,052 |
0,060 |
—0,035 |
-0,111 |
-0,020 |
—0,057 |
Л |
À |
|
А |
А |
, 4 |
А |
0,078 |
0,033 |
0,046 |
-0,105 |
-0,079 |
-0,079 |
-0,105 |
|
А |
|
|
|
|
|
|
|
нагрузки интенсивностью q и от переменной нагрузки интенсив ностью р найдется следующим образом:
М2 = m2q f + m2pl2 = 0,033<?/2 + 0,079pi2. |
(6.1) |
Подобным же образом наибольший изгибающий момент на опоре 2 будет
М а = m 2ql2 + m 2pl2 - —0,079<?/2 — 0,111р/а. |
(6.2) |
По данным, приведенным в табл. 6.1, видно, что при действии переменной нагрузки наиболее опасные комбинации ее располо жения для различных сечений и пролетов различны. Так, для сечений в пролете наиболее опасная комбинация создается, когда загружается рассматриваемый пролет, а остальные пролеты на ходятся в состоянии чередующейся разгрузки и загрузки. Для опорных сечений наиболее опасная комбинация создается при загружении двух смежных пролетов и при условии чередующейся разгрузки и загрузки для всех остальных пролетов. Последняя комбинация создает также наибольшие опорные реакции. Значе ния коэффициентов для определения опорных реакций приведены
втабл. 6.2.
Та б л и ц а 6.2. Коэффициенты для определения опорных реакций неразрезной пятипролетной балки с равными пролетами
Характеристика загружения |
|
а0 |
Лі |
а2 |
|
При равномерно распределенной нагрузке по |
0,395 |
1,132 |
0,974 |
||
всем пролетам |
|
|
|
|
|
При наиболее опасной комбинации загруже- |
0,447 |
1,218 |
1,167 |
||
ния отдельных пролетов |
|
|
|
|
|
Для определения опорных реакций |
необходимо приведенные |
||||
в таблице коэффициенты умножить на произведение ql |
и рі. Так, |
||||
например, наибольшая |
опорная |
реакция |
на опоре 1 будет |
||
R x — a xql + |
axpl — |
1,132(7/ + 1,218р/. |
|
(6.3) |
Используя для продольных балок прокатные двутавры, сле дует иметь в виду, что при изгибе более целесообразно применять профили с тонкой стенкой, так как они при равных значениях мо мента сопротивления обладают меньшим весом.
Подбор сечений продольных балок сварной балочной клетки целесообразно производить по значениям изгибающего момента в пролете, так как на опорах сварное сечение узла может быть усилено постановкой фасонок. В этом случае надежность мест ного подкрепления должна быть проверена расчетом на действие опорного момента и перерезывающей силы.
Определение прогиба в пролетах неразрезной балки можно, используя метод наложения, производить по формулам для сво бодно опертой балки на двух опорах. В этом случае можно опре делить прогиб в середине пролета для балки, нагруженной равно
мерно распределенной нагрузкой, по формуле |
|
|||
f __ |
5 |
(д + р) I* |
(6.4) |
|
/1 — |
384 |
EJ |
||
|
и прогиб в середине пролета от действия опорных моментов по формуле
М, + М2 |
(6.5) |
|
16EJ |
||
|
||
Прогиб в середине пролета неразрезной балки |
равен |
|
f = h + h- |
(6.6) |
При определении опорных моментов необходимо брать по табл. 6.1 коэффициенты, соответствующие рассматриваемому слу чаю загружения. Так, например, при определении прогиба f 2 для наиболее опасного случая загружения пролета 2 будем иметь:
М ! = |
—0,105<7/2 — 0,053р/2; |
(6.7) |
М 2 = |
—0,079ql* — 0,04pi2. |
(6.8) |
После того как изгибающие моменты расчетом уже определены, производится подбор сечения прокатных балок исходя из условия
прочности. |
сече |
При этом определяется требуемый момент сопротивления |
|
ния по формулам: |
|
при расчете по допускаемым напряжениям |
|
|
(6.9) |
при расчете по расчетным сопротивлениям |
|
W = Мп_ |
(6.9') |
R ' |
|
В этих формулах значения изгибающих моментов М и Мп по величине различны, так же как различны значения допускаемых напряжений [о] и расчетных сопротивлений R. При расчете по допускаемым напряжениям по формуле (6.9) коэффициент пере грузки не учитывается, и поэтому изгибающий момент М имеет меньшее значение, чем изгибающий момент Мп, принимаемый по формуле (6.9'), в которой коэффициент перегрузки должен быть учтен.
После этого по сортаменту прокатных двутавров подбирается ближайший профиль, имеющий соответствующий момент сопро тивления, равный или несколько больший требуемого значения, определенного расчетом.
В случае необходимости проверка прочности балки может быть произведена по формуле для нормальных напряжений
° = ~W~ ' |
(6-10) |
В связи с тем, что в прокатных двутаврах толщина стенки имеет достаточно большую величину, проверка касательных, а также главных напряжений в них не требуется, так как эти напряжения
впрокатных профилях всегда оказываются ниже допускаемых. Проверка жесткости балок производится путем определения
ее прогиба, величина которого ограничивается определенными пределами, устанавливаемыми специальными техническими нор мами в зависимости от условий работы балок.
Так, например, по строительным нормам и правилам (СНиП) относительные прогибы балок в долях от пролета не должны пре вышать величин, указанных в табл. 6.3.
Т а б л и ц а 6.3. Предельные прогибы балок
|
|
Наименование |
|
Б а л к и |
р аб о чих |
п лощ ад о к п р о м ы ш л е н н ы х зданий: |
|
при |
о тсутств и и р е льсо вы х |
п уте й : |
|
гла вн ы е |
|
|
|
прочие |
|
|
|
при |
н а л и чи и |
у зк о к о л е й н ы х |
путе й |
» |
» |
ш и р о к о к о л е й н ы х путе й |
|
Б а л к и |
м е ж д уэта ж н ы х пе р е кр ы тий: |
гла вн ы е прочие
О тноситель ный
прогиб
1/400 1/25 0 1/400 1/600
1/400
1/250
Проверка устойчивости стенок в прокатных балках не тре буется, так как отношение высоты стенки h к ее толщине s меньше установленного нормами предела:
— <110.
S
§ 26. СВАРНЫЕ БАЛКИ. ПОДБОР ИХ СЕЧЕНИЙ
ПО УСЛОВИЯМ ЖЕСТКОСТИ, УСТОЙЧИВОСТИ,
ПРОЧНОСТИ и экономичности
При проектировании сварных балок необходимо обеспечить не только их надлежащую работоспособность, но и наибольшую экономичность. Повышение экономичности достигается более пол ным использованием материала (обеспечивающим возможность