книги / Сварные конструкции.-1

Обозначим через F площадь сечения сварной двутавровой балки (фиг. VIII. 2 ), тогда площадь сечения одного пояса будет равна

г> F— hcmbcm

где hcm— высота стенки; Ьст— ее толщина.

Пренебрегая из-за малости моментами инерции поясов относи­ тельно их собственных осей, а также принимая высоту стенки hcm равной полной высоте балки h, можно

с достаточной точностью написать

§cmh3

Наименьшая возможная высота балки, определяемая из условия жесткости, не является, как правило, оптимальной с точки зрения расхода материала.

Определение прогибов соответствует расчету по второму пре­ дельному состоянию и производится без учета коэффициентов

где Мн— номинальный изгибающий момент (без учета коэффи­ циента перегрузки nq);

Наименьшая высота разрезной балки

Учитывая необходимость рполного использования материала балки, т. е. принимая oq = — или oq = [а], найдем:

при расчете по предельному состоянию

(VIII.5)

при расчете по допускаемым напряжениям

(VIII. 6 )

Высоту стенки составных балок рекомендуется принимать кратной 50 мм. Толщина стенки может быть предварительно задана по эмпирической формуле

Ьст> (7 + 3 /0 мм, (VIII. 7)

где 6етберется в мм, hcm— в м.

Толщина стенки сварных балок обычно принимается четная, но не менее 8 мм, реже — б мм,

П2

Наилучшим типом сварной двутавровой балки является балка из трех листов — вертикальной стенки и двух поясов. Обычно ширина пояса двутавровой балки составляет от 1/2,5 до 1/5 ее вы­ соты, но не менее 170—180 мм и принимается кратной 10 мм. Толщина поясных листов принимается кратной 2 мм, за исключе­ нием листов толщиной 25 мм.

В мощных сварных балках желательно назначать толщину поясных листов не более 50 мм для малоуглеродистых сталей и не более 40 мм для низколегированных сталей, так как механические характеристики толстых листов значительно хуже, а также по­ тому, что толстые листы перенапрягают поясные швы вследствие повышенного сопротивления их сокращению при остывании.

Приварку поясных листов толщиной более 30 мм следует про­ изводить автоматической сваркой под флюсом или при коротких швах электродами типа Э42А, дающими более пластичный, чем электроды — Э42, наплавленный металл.

Подбор сечения балки. Требуемый момент сопротивления сече­

ния балки WxP (фиг. VIII. 2) находится по формулам (VIII. 1). Определив высоту и толщину стенки по формулам (VIII. 4) — (VIII. 7), можно найти требуемый момент сопротивления поясов:

^ст^ст

Wx — Wxp— WT = Wxp-

где Wlm— момент сопротивления сечения стенки брутто относи­ тельно оси х — х.

Так как момент инерции поясов приближенно равен

После подбора сечения балки определяется фактический момент сопротивления W и производится проверка прочности балки по формулам (VIII. 2).

деформаций (см. гл. IV, § 1 ) при условии, что отношение ширины

по подкрановым балкам) в стенке балки под сосредоточенными грузами возникают местные напряжения смятия ом, определяемые по формуле

Изменение сечения балки по ее длине. Балки постоянного се­ чения являются наиболее выгодными с точки зрения простоты из­ готовления и снижения трудоемкости; однако при больших про­ летах такие балки становятся невыгодными по расходу металла.

В сварных балках сечение изменяют либо за счет уменьшения сечения поясов (ширины или реже толщины) (фиг. VIII. 4, а),

В первом случае обычно задаются местом изменения сечения (часто исходя из длины имеющегося в наличии проката) и опре­ деляют графически (по эпюре моментов) или аналитически вели­ чину изгибающего момента в этом сечении; затем по найденному

опоре и проверяют напряжения в одном-двух сечениях между опорой и точкой перегиба нижнего пояса; толщины и ширины поясных листов при этом обычно не меняют.

В местах изменения сечения балки, а также в местах наиболее неблагоприятного сочетания изгибающих моментов и перерезы­ вающих сил следует проверять приведенные напряжения по формуле (VIII. 1 1 ) или (VIII. 1 2 ).

Соединение поясов со стенкой. Соединение поясов со стенкой в сварных балках осуществляется с помощью сварных швов, кото­ рые работают на сдвигающие усилия, возникающие при изгибе

а также в целях борьбы с коррозией поясные швы следует делать

Сплошными. При динамической нагрузке прерывистые швы недо­ пустимы, так как начало и конец каждого участка шва являются концентраторами напряжений.

Прочность поясных швов, прикрепляющих пояса к стенке,

е— коэффициент, учитывающий вид сварки и число проходов;

RCy и [т™] — принимается по табл. V. 1.

При отсутствии на балке сосредоточенной подвижной нагрузки поясные швы рассчитываются также по формуле (VIII. 16), но при Р = 0.

Поясные швы сварных подкрановых балок следует выпол­ нять, как правило, автоматической сваркой, а верхние поясные швы должны выполняться с проваром на всю толщину стенки (фиг. VIII. 5, б); нижние поясные швы могут при этом выпол­ няться без снятия фасок с кромки стенки (фиг. VIII. 5, в).

Стыки балок. Стыки бывают заводские и монтажные. Заводские стыки выполняются на заводе-изготовителе кон­

струкций и служат для сопряжения отдельных элементов балки

При условии применения повышенных методов контроля свар­ ных швов стыки поясных листов и стенок сварных балок следует делать прямыми (без накладок и прокладок); при этом не допу­ скается совмещение стыков поясов со стыками стенок в одном сечении.

В случае применения обычных методов контроля стыки растя­ нутых поясов надлежит выполнять косыми (см. гл. V, § 1).

При разной толщине стыкуемых поясных листов необходимо делать плавный переход от толстого листа к более тонкому путем строжки (фиг. VIII. 6 ).

Стыки каждого элемента балки рассчитываются на усилие (момент), воспринимаемое этим элементом.

Изгибающий момент, приходящийся на стенку,

где М — изгибающий момент в данном сечении балки;

Jcm— момент инерции сечения стенки;

J — момент инерции всего сечения балки.

Фиг. VIII. 7. Стыки сварных балок: о — сварной завод­ ской стык; б — сварной и в — клепаный монтажные стыки.

Цифрами обозначена последовательность наложения свар­ ных швов.

Усилие, воспринимаемое поясом

где Ло — расстояние между центрами тяжести поясов.

Элементы стыков рассчитываются в соответствии с указаниями гл. V.

Конструкции заводского стыка (сварного) и монтажных стыков- (сварного и клепаного) показаны на фиг. VIII. 7.

§ 4. Общая и местная устойчивость балок

Общая устойчивость балок. Возможно такое соотношение раз­ меров балки, при котором при данной нагрузке ее сжатый пояс сможет выпучиться в сторону, что влечет за собой повороты сечений и скручивание балки (фиг. VIII. 8 ). Вместо работы на

изгиб в плоскости наибольшей жесткости балка в ряде сечений начнет работать на косой изгиб, что вызовет резкий рост дефор­ маций, а в дальнейшем полное разрушение балки. Это явление называется потерей балкой общей устойчивости.

Устойчивость балки зависит от соотношений размеров ее поперечного сечения, вида приложенной к ней нагрузки (равно­ мерно распределенная или сосредоточенная, по верхнему или по нижнему поясу), а также от свободной длины балки. Поэтому

где М и W — изгибающий момент и момент сопротивления се­ чения в плоскости наибольшей жесткости (W опре­ деляется для крайнего волокна сжатого пояса);

<рб — коэффициент уменьшения расчетной характери­ стики стали при проверке общей устойчивости балок, определяемый для двоякосимметричного двутаврового сечения по формуле

= 103- (VIII. 20)

Значения ф берутся из табл. 1 приложения II в зависимости

Здесь Jх и Jу — наибольший и наименьший моменты инерции сечения балки;

JK— момент инерции балки при свободном кручении; h — полная высота сечения балки;

1р — расчетная длина балки; она принимается равной расстоянию между точками закрепления сжатого пояса от поперечных смещений (узлы продоль­ ных связей, точки опирания жесткого настила) или расстоянию между поперечными связями, препятствующими повороту сечения балки; при отсутствии закрепления 1р— пролет балки.

В вышеприведенных формулах предполагалось, что материал балки работает упруго; это справедливо до тех пор, пока напря­ жения в балке не достигнут предела пропорциональности апц, что отвечает значению <рб як 0,85, так как для стали Ст. 3 опц як

где h и ô — соответственно высота (ширина) и толщина прямо­ угольников, из которых составлен профиль (фиг. VIII. 9, а);

Р— поправочный коэффициент, равный 1,3 для дву­ тавровых и 1 , 2 для тавровых сечений.

Проверка устойчивости балок швеллерного сечения произво­ дится так же, как для балок двутаврового сечения, но при этом найденные значения фб умножаются на 0,5 при приложении на­ грузки в главной плоскости, параллельной стенке, и на 0,7 при приложении нагрузки в плоскости стенки.

Проверки устойчивости балок не требуется:

а) при передаче распределенной статической нагрузки через сплошной жесткий настил, непрерывно опирающийся на сжатый пояс балки (волнистая сталь, железобетонные плиты и т. п.); б) для балок двутаврового сечения при отношениях расчетной длины балки 1р к ширине сжатого пояса Ь, не превышающих

величин, приведенных в табл. VHI. 1.