Файл: Жербин М.М. Высокопрочные строительные стали (характеристики, область применения, расчет и проектирование).pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 23.06.2024
Просмотров: 121
Скачиваний: 0
ность применения сталей высокой прочности может быть увели чена. В США (Питтсбург) были разработаны сварные балки для мостов с двумя выгнутыми вдоль оси балки стенками из стали толщиной 1,78 мм. В указанных балках гибкость одной стенки составила 600. Стенки изогнуты по окружности и поставлены выпуклостью друг к другу. При такой форме стенок лучше обе спечивается их местная устойчивость и общий вес балок получа ется меньше обычных [19, 20].
Возможно также применение составных балок с гофрирован ными стенками. Гофрирование стенок может быть как вертикаль ным, так и наклонным, с непрерывными и разреженными гофра ми. По данным [21], непрерывное гофрирование стенки не вклю чает стенку в работу балки на изгиб, значительно повышает устойчивость стенки и жесткость всей балки. При этом наклон ное гофрирование более чем вдвое повышает критические на пряжения устойчивости стенки.
Весьма перспективны балки из двух марок стали (бистальные). В таких балках рационально попользовать в поясах высокопроч ную сталь, в стенках — менее прочную, например углеродистую 'или низколегированную.
В настоящее время проведенные исследования позволяют дать некоторые практические рекомендации по оценке эффективности ■применения высокопрочных сталей в сплошностенчатых изгиба емых элементах и по выбору общих параметров сечений балок. Одним из основных генеральных размеров балок является их высота h, определение оптимального размера которой произво дится исходя из трех положений; прочности, прочности и жест кости и только жесткости, т. е. величины допускаемого относи
тельного прогиба h~ (отношение прогиба [ к пролету балки I).
Короткие сильно нагруженные балки должны рассчитываться по прочности, так как прогиб будет всегда .меньше допустимого. При увеличении пролета и уменьшении нагрузки могут оказать ся решающими два фактора: прочность и жесткость. И, наконец, в длинных балках на величину высоты в основном будет оказы
вать влияние жесткость, т. е. заданный допускаемый п
Таким образом, в первом случае применение сталей высокой прочности будет наиболее эффективным, во втором — менее эф фективным, а в третьем может оказаться бессмысленным, ибо необходимость увеличения высоты для обеспечения заданного от носительного прогиба (а значит, и увеличения веса балки) созда ет иедонапряжеиие в принятом сечении и ликвидирует преиму щества высокопрочных сталей. С другой стороны, при применении высокопрочных сталей с соответственным уменьшением высоты балок их деформативность будет резко возрастать. Так, по срав нению с балками из стали класса С38/23 применение стали клас са С52/40 увеличит прогиб в 2,01 раза, при сталях С70/60 и
77
100/90 — соответственно в 3,34 и 6,1 раза (прогибы прямо про порциональны рабочему напряжению а или расчетному сопро тивлению стали R и обратно пропорциональны высоте балки Н).
Следовательно, представляет практический интерес еще до выполнения проектных работ иметь представление об эффектив ности применения той или иной высокопрочной стали в рассмат риваемой конструкции, а также о том, какой из факторов — прочность или жесткость — будет оказывать влияние на выбор высоты балки.
Исследованием эффективности применения сталей высокой прочности в изгибаемых элементах занимаются ряд организаций и ученых *. Ниже приводится методика расчета сплошных изги баемых элементов, изложенная в работе [22]. Пользуясь этой методикой, вес' 1 м балки, сечение которой одновременно удов летворяет требованиям прочности и жесткости, определ-яется по формуле
g = g £ e, |
(ІИ13) |
где g„ — единичный вес балки, сечение которой подобрано по условию прочности;
—коэффициент увеличения веса при учете фактора жест кости, определяемый в функции параметра нагрузки
z “ Тут ' <ш м>
Здесь q — расчетная нагрузка, т[м; I — пролет балки, м;
k — коэффициент, зависящий от класса стали, статической схемы, предельного прогиба j и других факторов,
определяется по работе [22].
В соответствии с этим составные балки имеют наименьший вес
и рассчитываются только на прочность при q ^kV ^l, имеют не сколько повышенный вес и рассчитываются одновременно на прочность и жесткость при
\Ѵ Т < ч < к Ѵ Т
изначительно больший вес и тогда рассчитываются только на жесткость при
■ч < \ ѵ т ,
Зная схему балки, пролет и нагрузки по принятому классу ста ли, по формуле (II1.14) находится параметр нагрузки %, по вели
* ЦНИИПроектстальконструкцня, ЦНИИСК, кафедра строительных кон струкции Макеевского инженерно-строительного института, кафедра металличе ских и деревянных конструкций Киевского инженерно-строительного института и др.
78
чине которого определяется значение коэффициента 5«г и по фор
муле (III. 13) вычисляется вес балки.
Оптимальную компоновку поперечного сечения балок из высо копрочных сталей можно вести пользуясь обычной, известной
в литературе, методикой.
Полагая, например, толщину стенки б независящей от высоты стенки, оптимальную высоту балки с учетом-влияния ограничения деформаций можно определить по формуле
а вес 1 м балки — по формуле
|
ga= 2 , 2 V m - i g, |
где |
и — коэффициенты увеличения высоты и веса балки, |
|
найденные из условия прочности с учетом требо |
|
вания жесткости. |
В балках из обычных углеродистых сталей (класс С38/23) пло-
2 F n
щадь поясов примерно равна площади стенки ( т;— =0,982, где Ггт
Fп и Fcr— площади пояса и стенки соответственно).
В балках из высокопрочных сталей при оптимальной компонов ке распределение металла между поясами и стенкой в попереч ном сечении изменяется. Отношение площадей обоих поясов 2Fn к площади стенки Fст при применении вместо стали С38/23 стали
2F n
класса С85/75 увеличивается с — =0,982 до 1,21 (при расчете
по жесткости).
Таким образом, при использовании в балках сталей высокой прочности площади поясов увеличиваются в зависимости от клас са стали на 20—25% (при некотором уменьшении высоты стен ки).
При применении вместо стали С38/23 высокопрочных сталей класса С60/45—С85/75 наибольшее снижение высоты (при ре шающем для подбора сечений условий прочности) соответственно составляет 22 и 38% при одновременном снижении веса балки на 25 и 42% [23,24].
Вышесказанное дает возможность проектировщикам перед вы полнением расчетных и проектных работ определять по обыч ным принципам проектирования балок параметры сварных со ставных изгибаемых элементов и оценить целесообразность при менения в них сталей высокой прочности.
Расчет на прочность изгибаемых элементов (балок) из сталей высокой прочности осуществляется по общеизвестным формулам
а = Ѵг нт |
(ІИ- |
15) |
Т = - у г - < 7?ср. |
(III. |
16) |
/ о ст |
|
|
79
где М — наибольший расчетный изгибающий момент; Q — наибольшая поперечная сила;
5 — статический момент (брутто) сдвигающейся части;
/— момент инерции сечения балки относительно ней тральной оси;
бст — толщина стенки балки;
R и R cp — расчетные сопротивления принятой стали изгибу и срезу.
Сечения балок могут быть ослаблены отверстиями для болтов. В этом случае касательные напряжения т, определяемые по фор муле (III. 16), должны быть уточнены путем умножения на отно-
шенне |
а |
> (а — шаг отверстий под болты, d — диаметр отвер |
стий) .
Стенки балок могут находиться в сложном (плоском) напря женном состоянии под действием трех компонентов напряжен ного состояния: основного нормального напряжения оЛ.; местно го напряжения а,, и касательного напряжения т ѵу. Поэтому не обходима проверка приведенных напряжений апр по формуле
апР = V °1 + °у — |
+ Зтдѵ < nRm, |
(III. 17) |
где ах и ау — нормальные напряжения параллельно и перпенди кулярно оси балки;
тгу— касательные напряжения;
т— коэффициентусловия работы, принимаемый для подкрановых балок т = 0,9, для прочих т = 1 .
п— коэффициент, принимаемый на опорах неразрез ных подкрановых балок п=1,30, для всех прочих
,балок п= 1,15.
Проверку приведенных напряжений следует проводить для се чений балки под сосредоточенными грузами, в местах изменения сечения балки (обрыв горизонтальных листов, изменение высо ты) , а также на опорах неразрезных балок.
В последнем случае и в местах изменения сечения балки при отсутствии сосредоточенного груза определение приведенных на пряжений может быть осуществлено но формуле (принимая
<гу= 0 )
апр = V ад -f ЗтдУ-< nRm. (III. 18)
Следует учесть, что во всех случаях при определении приве денных напряжений величины* компонентов напряженного со стояния Од, ау и Тду определяются для одного и того же сечения и загружен™ балки.
Проверка общей устойчивости узких длинных балок, не раскре пленных в горизонтальной плоскости, а также балок местной устойчивости производится в соответствии со СНиП П-В. 3—72. При применении для разрезных балок постоянного сечения, во-
80
^принимающих только статическую нагрузку, сталей классов С38/23, С44/29, С46/33, С52/40 и С60/45 возможен учет работы материала и в пластической стадии. В этом случае проверка на прочность производится по пластическому моменту сопротивле ния Wп при обязательном соблюдении требований п. 4. 15 СНиП ІІ-В. 3—72.
Наибольшая расчетная ширина неокаймленного сжатого свеса листа (полки, пояса балки) принимается в зависимости от клас са стали.
К Л 2QQ
стали ..................... |
С38/23 |
С44/29 |
С46/33 |
С52/40 |
С60/45 |
С70/60 |
С85/75 |
Ь |
15 |
13 |
13 |
11 |
10,5 |
10 |
9 |
- .................... |
Здесь b — выступающая часть листа, б — толщина листа.
Ь
Если рассчитываемая балка недонапряжена, то значения ^ ,
указанные выше, могут быть увеличены у —раз, но не более
чем на 25%. При этом наибольшее значение напряжения с при нимается по формуле
М
а = ------- или о
Конструирование балок из сталей высокой прочности требует всемерного уменьшения концентраторов напряжений и особенно в растянутых зонах (нижние части стенок балок). Поэтому реко мендуется выполнять пояса балок из одного листа, все сварные швы — только непрерывными. Стыки стенок и поясов, как за водские, так и монтажные, следует выполнять в стык, как пра вило, двухсторонней сваркой без накладок и угловых швов. При применении односторонних швов подварка корня шва обя зательна.
Все поверхности стыковых швов, как поясов, так и стенок, рекомендуется защищать заподлицо с основным металлом. Кон цы швов в стык следует выводить за пределы стыка на выводные планки. Количество стыков в растянутых поясах должно быть по возможности ограничено. Выполнять такие стыки рекомендуется автоматической сваркой.
Установка вертикальных ребер жесткости в балках из высо копрочной стали может быть осуществлена двумя способами.
В балках, нагруженных, в основном постоянной статической нагрузкой, ребра рекомендуется устанавливать через подкладки, как показано на рис. III. 6. Ребра жесткости вместе с подкладка ми ставятся в проектное положение путем точной подгонки к поясам (тугой посадкой или приторцовкой). Подкладки привари ваются только к верхнему сжатому поясу продольными фланго выми швами с выводом концов швов на торцы подкладки на ве
6—1599 |
81 |