Одним із найпоширеніших елементів сталевих конструкцій є балка або елемент, що працює на вигин.

Область застосування балок у будівництві надзвичайно широка: від невеликих елементів робочих майданчиків, міжповерхових перекриттів виробничих чи цивільних будівель до багатопролітних балок покриттів, мостів, важконавантажених підкранових балок та так званих "хребтових" балок для підвіски котлів у теплових електростанціях. Прольоти мостових балок досягають 150...200 м, а навантаження на одну балку хребта котельного відділення ГРЕС при прольоті до 45 м становить ~ 60 -103 кН.

Класифікація балок

За статичною схемою розрізняють:

1. однопрогонові (розрізні);

2. багатопрогонові (нерозрізні);

3. консольні балки.

Розрізні балки простіше нерозрізних у виготовленні та монтажі, нечутливі до різних опадів опор, але поступаються останнім за витратою металу на 10...12%. Нерозрізні балки розумно застосовувати при надійних підставах, коли немає небезпеки навантаження балок внаслідок різкої різниці в осаді опор. Консольні балки можуть бути як розрізними, так і багатопрогоновими. Консолі розвантажують прогонові перерізи балок і цим підвищують економічні показники останніх.

За типом перерізу балки можуть бути (рис.31):

1. прокатними;

2. складовими: звареними, клепаними або болтовими.

У будівництві найчастіше застосовують балки двотаврового перерізу. Вони зручні у компонуванні, технологічні та економічні за витратою металу.

Найбільший економічний ефект (за інших рівних умов) може бути отриманий в тонкостінних балках. Хорошим критерієм відносної легкості елемента, що згинається служить безрозмірне співвідношення η = 3√ (W²/ A³) , де W - момент опору, А - площа перерізу.

Для прямокутного перерізу із шириною b і висотою h, якщо прийняти для визначеності відношення h/b рівним 2...6, цей показник становить 0,38...0,55, а для вітчизняних прокатних двотаврів - 1,25... 1,45, тобто. у прийнятих умовах двотавр у 3...4 рази вигідніший за простий прямокутний переріз. Крім двотавра застосовують інші форми перерізів. Так, при впливі на балку значних крутних моментів краще застосування замкнутих, розвинених у бічній площині перерізів.

Економічна ефективність перерізів, таким чином, тісно пов'язана з їхньою тонкостінністю. Гранично можлива тонкості прокатних балок визначається не тільки вимогами місцевої стійкості стінок, але і можливостями заводської технології прокатки профілів. Місцева стійкість стін складених перерізів може бути підвищена конструктивними заходами (постановкою ребер жорсткості, гофруванням стінок тощо).

При проектуванні конструкцій балкового перекриття, робочого майданчика цеху, проїжджої частини мосту або іншої аналогічної конструкції необхідно вибрати систему балок, що несуть, зазвичай звану балочної клітиною (рис.33).

Дуже широке поширення балкових конструкцій призвело до появи ряду конструктивних форм, які в окремих випадках ефективніші та економічніші, ніж традиційні прокатні або складові балки. До таких конструктивних форм можна віднести:

1. балки з перфорованою стінкою;

2. бістальні балки;

3. попередньо напружені балки;

4. балки з гнучкою стінкою;

5. балки з гофрованою стінкою.

Прокатні балки

Прокатні балки застосовують для перекриття невеликих просторів конструктивними елементами обмеженої несучої здатності, що пов'язано з наявною номенклатурою прокатних профілів, що випускаються. Їх використовують:

у балкових клітинах;

Для перекриття індивідуальних підвалів, гаражів, складських

приміщень;

Як прогони покриттів виробничих будівель;

У конструкціях естакад, віадуків, мостів та багатьох інших інженерних спорудах.

Рис.34 Сортамент:

а) рівнобічний куточок; б) нерівнобокий куточок; в) швелер;

г, д) двотавр; е) кругла; ж) квадратна; з) смугова;

і) шпунтова паля; к) листова; л) рифлена; м) хвиляста.

У порівнянні зі складовими прокатні балки більш металомісткі за рахунок збільшеної товщини стінки, але менш трудомісткі у виготовленні та більш надійні в експлуатації. За винятком опорних зон і зон застосування значних зосереджених сил, стінки прокатних балок не потрібно зміцнювати ребрами жорсткості. Відсутність зварних швів у областях контакту полиць зі стінкою суттєво зменшує концентрацію напружень та знижує рівень початкової дефектності.

Складові балки

У тих випадках, коли потрібні конструкції, жорсткість та несуча здатність яких перевищує можливості прокатних профілів, використовують складові балки. Вони можуть бути звареними та клепаними, але останні застосовують виключно рідко. Найбільшого застосування отримали балки двотаврового симетричного, рідше несиметричного перерізів. Такі балки складаються з трьох елементів - верхнього та нижнього поясів, об'єднаних тонкою стінкою. Перспективними є перерізи у вигляді двотаврів, як полиць якого використовують прокатні таври та холодногнуті профілі.

Бістальні балки

Зниження металомісткості може бути досягнуто за рахунок використання в одній конструкції двох марок сталей. Балки (рис.35), виготовлені з двох марок сталей, називають бістальними. У них доцільно найбільш напружені ділянки поясів виконувати із сталі підвищеної міцності (низколеговані сталі), а стінку та малонапружені ділянки поясів – із маловуглецевої сталі.

У розрахунковому перерізі такої балки при досягненні у фібрових волокнах поясів σ = Ryφ в зоні стінки напруги, що примикає до поясів, досягнуто межі плинності σω(y>|a|) = Ryφ. Центральна частина стінки та пояси знаходяться у пружній стадії, периферійні зони стінки – у пластичній (умови обмеженої пластичності).

Граничних пластичних деформацій: пластичні деформації допускаються у стінці, а й у поясах; вводиться обмеження величину інтенсивності пластичних деформацій у стінці.

Граничної напруги в поясах балки: пластичні деформації допускаються лише в стінці; робота поясів обмежена пружною стадією.

Залежно від норми граничної інтенсивності пластичних деформацій та розрахункового критерію, бістальні балки класифікують за чотирма групами.

1. Підкранові балки під крани.

2. Балки, що сприймають рухомі та вібраційні навантаження.

3. Балки, що працюють на статичні навантаження (балки перекриттів і покриттів; ригелі рам, фахверка та інші згинальні, розтягнуто-згинальні та стисло-згинальні балкові елементи).

4. Балки групи 3, але не схильні до локальних впливів, що не мають поздовжніх ребер жорсткості, мають підвищену загальну і місцеву стійкість.

У групи 2...4 об'єднані балки, котрим розрахунки на міцність виконують за критерієм обмежених пластичних деформацій.

Балки замкнутого перерізу

Балки замкнутого перерізу мають ряд переваг у порівнянні з відкритими. До них відносяться:

Більш висока здатність конструкцій або їх елементів при роботі на вигин у двох площинах і на кручення. Матеріал у замкнутих перерізах розташовується в основному в периферійних зонах по відношенню до центру тяжкості, це зумовлює збільшення моментів інерції та опору щодо осі. у(з площини елемента) та

моменту інерції на крутіння;

Зважаючи на суттєве збільшення (в десятки разів) моменту інерції на кручення в елементах із замкнутими перерізами, як правило, виключається згинально-крутильна форма втрати стійкості;

Елементи із замкнутими перерізами більш стійкі під час монтажу, менш схильні до механічних пошкоджень під час транспортування та монтажу.

Незважаючи на ці переваги, конструктивні елементи із замкнутими перерізами не знайшли в даний час широкого застосування. І це пояснюється, перш за все, низькою технологічністю і, як наслідок, більшою трудомісткістю виготовлення.

Конструктивні рішення

Замкнені, зокрема коробчаті, перерізи застосовують при необхідності збільшення жорсткості балок у поперечному напрямку, при відсутності поперечних зв'язків, згинанні у двох площинах наявності крутних моментів, при обмеженій будівельній висоті та великих поперечних силах. Подібним силовим впливам при названих конструктивних обмеженнях піддаються балочні конструкції мостів, силових елементів промислових споруд, кранів та ін. Наявність двох стін робить особливо актуальним завдання зменшення їх товщини при забезпеченні місцевої стійкості. Конструктивно це досягається або викривлення стінки, або постановкою різного типу зв'язків між стінками у формі діафрагм, стяжних болтів та ін.

Діафрагми мають форму платівки, а при сильно розвиненому перерізі – форму рамки з прямокутним або овальним вирізом. У кутах діафрагми мають скоси такі самі, як і в ребрах жорсткості балок відкритого профілю. Для більш рівномірного розподілу навантаження між елементами перерізу та підвищення просторової жорсткості можна використовувати розкосну систему розташування діафрагм з відхиленням діафрагм на 30...60° від вертикалі або горизонталі. Однак слід мати на увазі, що трудомісткість виготовлення діафрагм із нахилом значно вища, ніж вертикальних. Замість діафрагм підвищення місцевої стійкості стінки можна використовувати зв'язок між стінками як вкладишів зі стяжними болтами. В цьому випадку за рахунок додаткових зв'язків між стінками створюється просторова система, обидві стінки якої працюють спільно, тому при розрахунку з площини балки стінку слід розглядати як складову конструкцію. З метою економії сталі, так само як і в балках відкритого профілю, у балках коробчатого перерізу при великих прольотах слід передбачати зміну перерізу довжиною балки.

Балки з гнучкою стінкою

Балки з гнучкою (дуже тонкою) стінкою з'явилися вперше в конструкціях каркасів літальних апаратів, де для легкості стінки часто виконували не з металу, а з міцної тканини (перкаль, брезент). Плоска стінка в такій балці втрачає стійкість у початковій стадії навантаження, набуваючи другої стійкої форми - у вигляді похило гофрованої (у опор, де переважає зрушення) або зруйнованої (в зонах з переважаючими напругами стиснення) поверхні. Після зняття навантаження ці деформації стінок, звані часто "хлопунами", зникають. У будівництві почали застосовувати такі балки у XX столітті. Вони є подальшим втіленням ідеї про тісний зв'язок показників економічної ефективності з поняттям тонкості. Зменшення відносної товщини стінки λω = hω / tω у 2...3 рази призводить до зниження витрати металу на стінку на 25...35% та до концентрації металу в поясах, що вигідно за умовами роботи на вигин. Застосування балок з дуже тонкими стінками доречно при стабільному напрямку дії статичних тимчасових навантажень, оскільки робота таких балок при змінних рухливих і динамічних навантаженнях ще недостатньо вивчена.

Особливості роботи конструкції балок

На першій стадії роботи балки її гнучка стінка залишається плоскою, як і у звичайній балці. Але за довжиною ця стадія роботи коротка і закінчується втратою стійкості стіни, тобто. переходом у закритичну стадію роботи з появою "хлопунів".

У закритій стадії роботи вже не дотримується лінійна залежність між деформаціями стінки та навантаженням. Розвиваються зони витріщення стінки з утворенням розтягнутих складок, натяг яких викликає місцевий вигин поясів балки, а також стиснення поперечних ребер жорсткості та вигин опорних ребер у площині стінок. Ця стадія завершується досягненням напруги межі плинності σy або в окремих точках стінки, або в поясах (або одночасно).

У третій стадії розвиваються пластичні деформації у стінці та в поясах. Наростає прогин балки; інтенсивність зростання прогину до кінця цієї стадії різко підвищується і у відсіках балки утворюється пластичний механізм - балка входить у граничний стан з появою надмірних залишкових деформацій. При подальшому, навіть незначному, зростанні навантаження балка втрачає здатність, що несе, або внаслідок втрати місцевої стійкості полиці стисло-вигнутого пояса, або через втрату стійкості пояса в площині стінки, як стрижня, від дії стискаючої сили і згинального моменту. Не виключена і загальна втрата стійкості плоскої форми згинання балки, якщо остання не розкріплена належним чином від бічних деформацій. Зазначимо також, що описані форми втрати стійкості пояса балки можуть відбутися і в кінці третьої стадії, а навіть на попередніх стадіях, якщо розміри елементів пояса обрані невдало.

Врахування особливостей роботи балок з гнучкими стінками привело до необхідності розробки адекватних рекомендацій щодо їх конструктивних рішень. Можливе застосування балок: з поперечними ребрами, привареними до стінки - двосторонніми та односторонніми, або не пов'язаними з нею; без поперечних ребер. Безреберні балки вимагають строго центрованого докладання навантаження в площині стінки, бо пояси практично не закріплені від закручування. Найчастіше застосовують балки з ребрами жорсткості, мають призначення, як й у звичайних балках, сприйняття місцевих навантажень від другорядних балок й у обмеження довжини відсіку. У роботі ребер, що підкріплюють гнучкі стіни, є свої особливості, зумовлені роботою стінок в закрити стадії.

Пояси в балках з гнучкими стінками (рис. 36) працюють не тільки на стиск, але і на вигин від натягу стінки, тому доцільно застосовувати перерізи поясів з підвищеною жорсткістю на вигин та кручення. За технологічністю більш переважні перерізи з поясами зі смугової сталі та широкополочних таврів; при значних навантаженнях можливе застосування поясів із прокатних або гнутих швелерів або з широкополочних двотаврів. Переріз балок з підвищеним об'ємом зварювання поступаються іншим за трудомісткістю виготовлення.

За статичною схемою балки з гнучкою стінкою можуть бути розрізними і нерозрізними, а за контуром - постійною або змінною висоти (двосхилі або односхилі). Застосовують такі балки в якості прогонів, кроквяних і підкроквяних конструкцій прольотом 12...36 м із співвідношенням постійних і тимчасових навантажень 1/1,5...1/2, балок жорсткості, комбінованих балково-вантових систем, балок-стінок бункерів, стін великогабаритних вентиляційних коробів, газоходів тощо.

Балки з гофрованою стінкою

Одним із шляхів зниження металоємності балок є гофрування їх стінок. У звичайних балках товщина стінок, як правило, визначається не умовою міцності, а вимогами місцевої стійкості. Постановка поперечних ребер пом'якшує ситуацію, дозволяючи зменшити товщину стінок і одночасно підвищуючи крутильну жорсткість балок, оскільки ребра відіграють роль діафрагм і забезпечують незмінність контуру поперечного перерізу. Ще середині 3-го десятиліття XX в. з'явилася ідея гофрування стінок балок, що ще ефективніше забезпечить бажані результати. Гнучкість таких стінок можна підвищити до 300...600, до того ж чим тонша стінка, тим легше виконати її гофрування.

Товщину гофрованих стінок приймають у межах 2...8 мм, що забезпечує їм усі переваги, що визначаються тонкостінністю. У виготовленні стінок з'являється додаткова технологічна операція - гофрування - і дещо ускладнюється зварювання поясних швів, але зменшення товщини стінки та виключення значної кількості ребер жорсткості призводять в кінцевому рахунку до зниження витрат на виготовлення балок на 15...25%. За трудомісткістю виготовлення та витрати металу балки з гофрованою стінкою виграють і у балок з гнучкою стінкою завдяки різкому зниженню числа ребер жорсткості, підвищеної жорсткості крутильної балок і високої місцевої стійкості стінки.

При виборі конструктивного рішення балки з гофрованою стінкою доводиться враховувати як особливості напружено-деформованого стану балки під навантаженням, а й вимоги технологічності. Найбільш прості та технологічні у виготовленні стінки з трикутними гофрами, але стінки з хвилястими гофрами стійкіші. Практикується застосування смуг з готового профнастилу.

Виготовлення балок із гофрованою стінкою доцільно вести на заводах металоконструкцій, організовуючи там спеціальні ділянки з пресами або іншими установками для гофрування та стендами для зварювання поясних швів. Зварювальні автомати повинні бути пристосовані для переміщення ламаними і хвилястими лініями примикання гофрованої стінки до пояса. Плоский лист подається між двома валками, що обертаються назустріч один одному. На поверхні валків передбачені пристрої для закріплення знімних пластин, що здійснюють перегин плоского листа при повороті валків. Використання знімних пластин різних розмірів дозволяє варіювати параметри гофрів. Для створення криволінійних гофрів потрібні складніші знімні елементи. Хвилясті гофри можна отримати і пресування пластин між двома матрицями, але для варіювання параметрів гофрів в цьому випадку потрібно досить великий набір матриць.

Вже перші випробування балок із гофрованими стінками виявили особливості напруженого стану стінок і поясів:

Нормальна напруга розвивається в стінках лише у поясів і швидко падає практично до нуля, оскільки жорсткість тонкої стінки впоперек гофрів дуже мала;

Дотичні напруження розподіляються по висоті стіни майже рівномірно.

Жорстко пов'язані з поясом гофри передають на нього зусилля, викликаючи в поясі змінний за величиною та напрямом вигин у його площині.

Балки з гофрованою стінкою (рис.37) довше працюють у пружній стадії, ніж балки з гнучкою стінкою тієї ж товщини, аж до втрати стійкості стінки як ортотропної платівки. Пояси балок з гофрованою стінкою також працюють у кращих умовах, оскільки вони не відчувають вигину у площині стінки. Деформативність балок з гофрованою стінкою на 15...20 % нижче, ніж у балок з гнучкою стінкою з тими самими параметрами.

Граничний стан балки з гофрованою стінкою, як правило, настає із втратою місцевої стійкості стінки під дією місцевих зосереджених сил, якщо не встановлено ребра жорсткості під ними. У стінках з трикутними гофрами, що працюють на зсув, спочатку втрачає стійкість плоска смужка гофра, потім втрата стійкості поширюється на кілька гофрів, що вважатимуться втратою стійкості стінки як ортотропної платівки. Після цього пояс втрачає стійкість у площині стінки так само, як і у балці з гнучкою стінкою. У балках з досить жорсткими гофрованими стінками граничний стан може наступити через надмірні залишкові деформації (друга група граничних станів). Властивості гофру визначаються товщиною стінки та геометричними параметрами гофрування - довжиною хвилі ата заввишки хвилі ƒ. У розрахунковій практиці частіше використовують відносні параметри a/hω, ƒ/aі ƒ/tω. Місцева стійкість гофрованих стінок балок може бути підвищена, якщо замість вертикального гофрування застосувати похиле з гофрами. Оптимальний кут нахилу гофрів до верхнього пояса дорівнює 45 ... 50 °. Однак виготовлення таких стінок ускладнюється і, як наслідок, балки із похило гофрованими стінками широкого застосування не знайшли. Але треба пам'ятати, що гофри може бути як відкритими (коли перетин гофра виходить край листа), а й глухими, тобто. виштампованими в стінці, що не виходять на край листа. Не виключена можливість гофрування тонких стінок у готовому виробі, а отже, можливе застосування глухих похилих гофрів.

Балки з гофрованими стінками проектують зазвичай двотаврового перерізу з поясами з листів, причому тут не потрібна підвищена жорсткість поясів на вигин та кручення (на відміну від балок з гнучкою стінкою); переріз поясів може бути досить розвиненим по ширині і змінним відповідно до контуру епюри згинальних моментів, що забезпечує додаткову економію металу. Область застосування балок з гофрованою стінкою ширша, ніж балок з гнучкою стінкою: вони застосовуються в підкранових конструкціях і в усіх інших випадках, коли потрібна підвищена жорсткість балок на кручення.

Балки з перфорованою стінкою

Прагнення підвищити ефективність використання металу в роботі елементів, що згинаються, привела інженерів ще в перших десятиліттях XX ст. до оригінальної ідеї, що дає змогу розширити діапазон використання прокату. Стінка прокатного двутавра (швелера) розрізається по зигзагоподібної ламаної лінії з регулярним кроком за допомогою газового різання або на потужних пресах, і потім обидві половини балки, що розрізає, з'єднуються зварюванням в поєднаних між собою виступах стінки. Кінцевий результат призводить до збільшення висоти балки і дозволяє перерозподілити матеріал перерізу, концентруючи його ближче до периферійних волокон (полиці) і суттєво підвищуючи такі геометричні характеристики перерізу, як момент інерції та момент опору. Утворюється своєрідна конструктивна форма – балка з вікнами у стінці.

Зміна висоти вихідного перерізу в півтора рази підвищує приблизно стільки ж його момент опору і майже вдвічі - момент інерції. Маловикористовується частина перерізу стінки в центральній зоні як би вилучається (35 ... 40% матеріалу стінки), що для більшості балок не представляє будь-якої небезпеки. Витрата металу у таких балках на 20...30 % менше, ніж у звичайних прокатних балках, за одночасного зниження вартості на 10...18%. Додаткові витрати на розрізку та зварювання вихідного прокату невеликі: порівняно зі звареними складовими двотаврами з трудомісткості виготовлення перфоровані балки на 25...35 % ефективніше за рахунок скорочення обсягу зварювання та значно меншої трудомісткості операцій обробки.

Особливості роботи та конструкції балок

Отвори у стінці змінюють картину напруженого стану у перерізах балки. Якщо розподіл нормальних напруг у поясах балки посередині отвору близький до лінійного, то в кутових зонах у отворів епюри нормальних напруг криволінійні, що викликано концентрацією напруг. Деяка криволінійність епюри нормальних напруг σxспостерігається і в зоні перемички стінки (простінка). У стиковому перерізі простінка з'являються нормальні напруження σy. Все це свідчить про концентрацію напруг біля отворів. У більшості випадків резерви пластичності матеріалу достатні для того, щоб згладити вплив концентраторів напруг, і на несучу здатність балки останні не мають помітного впливу. Однак слід мати на увазі, що при циклічних або ударних впливах, особливо в умовах низьких температур, коли розвиток пластичних деформацій скуто, у кутах отворів можуть з'явитися тріщини. У роботі поясних таврів у межах отвору є свої особливості - вони перебувають під впливом поперечних сил, створюють додатковий вигин. Граничний стан пояса характеризується значним розвитком пластичних деформацій, що пронизують у кута отвору практично весь переріз поясного тавра. Простінок балки працює, головним чином, на зсув, і його здатність, що несе, як правило, визначається стійкістю. У граничному стані може втратити стійкість та стінка одного з поясних таврів, оскільки вона виявляється стиснутою або стисло-вигнутою.

Конструктивні рішення балок з перфорованою стінкою (рис.38) відрізняються великою різноманітністю, що визначається варіабельністю схем розрізання стінки. Намітивши осьову лінію розрізки похило до полиць після розрізання та розвороту однієї з половин балки щодо її центральної вертикальної осі, отримують в результаті з'єднання обох половин балку з похилим поясом. Таким шляхом можна виготовити балки одно- і двосхилі, з ухилом як у верхньому, так і в нижньому поясі. Для спрощення конструкції іноді як нижній пояс використовується тавр постійного по довжині перерізу. Прагнення підвищити переріз при помірному ослабленні поясних таврів і простінків призвело до використання пластинчастих вставок між гребенями частин, що з'єднуються.

Це рішення може виявитися високоефективним при значних прольотах і відносно невеликому навантаженні, особливо в тих випадках, коли потрібна підвищена жорсткість загину за умовою граничного прогину. Отвори, що знижують концентрацію напруги, вдається отримати при криволінійних похилих різах. Розрізання виконують у цьому випадку з невеликими відходами металу. Відомо також багато інших варіантів розрізання стінок, що мають ті чи інші окремі переваги.

Найчастіше застосовують перфоровані балки з регулярною розрізкою та однаковою висотою поясних таврів (балки симетричного перерізу). Для таких балок дуже зручно використовувати типову потокову лінію, розраховану на одночасну синхронну автоматичну розрізку по копію двох вихідних двотаврів. Двотаври закріплюють на спеціальному багатоопераційному маніпуляторі, що дозволяє після розрізання за допомогою дворізакової машини з'єднати однакові частини розчленованих балок між собою, зберігаючи фіксацію форми під час зварювання та після неї – до остигання готового виробу. Це дає можливість уникнути короблення від впливу початкових та зварювальних напруг та деформацій. При цьому кінці балок виходять різними: з одного боку на кінці балки створюється простінок, а з іншого боку стінка виявляється відкритою. Відкриту частину заповнюють вставкою із листової сталі. Цей прийом (заповнення отвору листової вставкою) застосовують іноді й у місцях опирання значних зосереджених вантажів, що вони розташовані над отворами. Для посилення стіни під великими зосередженими вантажами й у опор балки ставлять поперечні чи торцеві опорні ребра.

Попередньо напружені балки

Попередня напруга - це один із способів збільшення ефективності використання матеріалу конструкцій. З його допомогою вдається зменшити витрату металу на 5-12%, знизити будівельну висоту балки, домогтися раціональнішого розподілу матеріалу по довжині балки і т.п.

Рис.38 Балка з перфорованою стінкою: а) розпуск вихідного двотавра; б) зварювання наскрізного двотавра; в) до розрахунку наскрізного двотавра.

Рис.39 (а, б)

Рис.39 а) попередня напруга згинанням елементів з їх подальшим зварюванням у вигнутому стані; б) приклад балки, напруженої високоміцною затяжкою; в) робота балки при її попередньому напрузі (I) при навантаженні зовнішнім навантаженням (II), 1 – стрижень, що напружує.

Ефективність попередньої напруги пояснюється тим, що в конструкції під час її зведення створюються попередні напруги, зворотні за знаком напруг від навантаження.

1.5.2 Колони та елементи стрижневих конструкцій

Колона є найдавнішою будівельною конструкцією. Понад 3000 років тому єгиптяни витісували з каменю колони для надгробних пам'яток, а V ст. до н.е. колона зайняла центральне місце в колонадах громадських будівель у стародавніх греків та римлян. Такі колони споруджувалися виключно за емпіричними правилами, запозиченими з навколишнього світу.

Науковий підхід до вивчення проблеми роботи стислих конструкцій було розпочато у XVIII ст., коли Петрус Ван-Мусшенбрук побудував установку для випробувань на стиск, а Леонард Ейлер отримав свою знамениту формулу, до якої ми неодноразово звертатимемося. Було встановлено, що здатність центрально-стисненого стрижня обернено пропорційна квадрату його довжини, тобто. вдвічі довший стрижень несе вчетверо меншу навантаження. На жаль, формула Ейлера, що містить довільне ціле число, якому на той час не могли знайти пояснення, а також слабка відповідність цієї формули експериментальним даним (як ми сьогодні знаємо, погано обґрунтованим) призвели до її забуття майже на 200 років.

Колони, стійки, стріли кранів та інші поздовжньо стислі конструкції з погляду їх розрахунку мають спільні риси з окремими елементами, що входять до складу інших конструкцій або стрижневих систем, наприклад, зі стрижнями ферм, елементами зв'язків тощо. Конструкція складається з власне стрижня та опорних пристроїв, технічні рішення яких залежать від призначення конструкції та особливостей, вузлових сполучень. За формою силуету конструкції можуть бути постійного перерізу, змінного перерізу та ступінчастими. Зміна перерізу по довжині дозволяє знизити металоємність, але незначно, тому такі стрижні проектують з архітектурних міркувань або коли зниження маси призводить до додаткових ефектів, наприклад, в рухомих конструкціях типу кранових стріл.

Колони та стійки складаються зі стрижня, оголовка, бази, іноді консолі. Оголовок служить для спирання і кріплення конструкцій, що лежать вище. База виконує дві функції - розподіляє зусилля, що передається колоною на фундамент, знижуючи напругу до розрахункового опору фундаменту, забезпечує прикріплення до нього колони за допомогою анкерних болтів. На консолі можуть спиратися підкранові балки, стінові панелі, технологічні комунікації тощо.

Потужні стрижні типу колон, стійок, елементів важких ферм виконують з одиночних двокаврів широкополочних або складають їх з декількох прокатних профілів. Складові стрижні можуть бути суцільно-стінчастими, суцільними і наскрізними.

Наскрізні у свою чергу ділять на стрижні з безрозкосними гратами, гратчасті та перфоровані. Гілки (пояси) безрозкосних стрижнів поєднують планками з листової сталі, жорсткими вставками або перфорованими листами. Перфоровані стрижні можуть бути виконані також гнутосварними із зигзагоподібно розрізаних листів або з прокатних профілів, які після попереднього фігурного різання об'єднують у хрестоподібний переріз. При всій своїй привабливості перфоровані стрижні знаходять обмежене застосування, що пов'язано з додатковими операціями та необхідністю мати обладнання для фігурного різання та згинання заготовок у формі гнутих швелерів або куточків. При виготовленні стійок з перфорованих прокатних профілів необхідні операції редагування, так як після різання вихідного профілю, отримані заготовки згинаються в різні сторони внаслідок наявності у вихідному металопрокаті залишкових напруг.

Елементи стрижневих конструкцій невеликих поперечних розмірів проектують із круглих або прямокутних труб, одиночних або спарених куточків. По виду напруженого стану стрижні ділять на центрально-стислі, позацентрово стислі та стисло-згинальні. Аналогічну класифікацію використовують із найменування розтягнутих елементів.

Колони передають навантаження від вищележачої конструкції на фундаменти і складаються з трьох частин:

Оголовка, на який спирається лежача конструкція, що навантажує колону;

Стрижня - основного конструктивного елемента, що передає навантаження від оголовка до бази;

Основи, що передає навантаження від стрижня на фундамент.

Рис.40 Схеми стрижнів, що працюють на центральний стиск:

а) колона,

б) стиснутий стрижень важкої ферми,

1- фундамент, 2- база, 3- стрижень, 4-головок.

За статичною схемою та характером навантаження колони можуть бути:

2. багатоярусними.

Колони та стислі стрижні бувають:

1. суцільними;

2. наскрізними.

Суцільні колони

Звичайний переріз суцільної колони проектують у вигляді широкополочного двотавра, прокатного або зварного, найбільш зручного у виготовленні за допомогою автоматичного зварювання і дозволяє просто здійснювати примикання конструкцій, що підтримуються. Нижче представлені різні типи перерізу суцільних колон.

Рис.41 (а, б, в, г)

Рис.41 Відкриті перерізи суцільних стрижнів:

а) прокатний двотавр;

б) зварний складовий двотавр;

в) хрестове із прокатних куточків;

г) те саме, зварене зі смуг;

д) те саме, з підсилюючими елементами;

е) зі швелерів та двотаврів.

а- у прокатного широкополочного двотавра колонного типу b=h, що не задовольняє умові рівностійкості, але все ж дає перетин цілком придатний для колон.

б- зварні колони, що складаються з 3-х аркушів, досить економічні за витратою матеріалу, оскільки можуть мати розвинений перетин, що забезпечує колоні необхідну жорсткість.

в- рівностійкі у двох напрямках та також прості у виготовленні. При невеликих навантаженнях можуть складатися з 2-х куточків великого калібру.

г- використовується для зварювання важких колон (з 3-х аркушів).

д- з умови місцевої стійкості вільний виступ листа хрестової колони повинен перевищувати 15-22 товщин листа (залежно від загальної гнучкості колони).

е- прості, але обмежені за площею та менш економічні за витратою сталі (з 3-х прокатних профілів).

Зварювання дає можливість отримати колони замкнутого перерізу, які при великих навантаженнях можуть бути посилені листами або з куточків, економічний переріз легкої колони може бути отриманий з гнутих простірів тонкостінних.

Наскрізні колони

Стрижень наскрізної центрально-стиснутої колони зазвичай складається з двох гілок (швеллерів або двотаврів), пов'язаних між собою ґратами (див. рис.42 а в). Вісь, що перетинає гілки, називається матеріальною; вісь, паралельна гілкам – вільної. Відстань між гілками встановлюється за умови рівностійкості стрижня.

Швелери в зварних колонах вигідніше ставити полицями всередину (див. рис.42 а), тому що в цьому випадку краще використовується габарит колони. Менш потужні колони можуть мати гілки із прокатних або зварних двотаврів (див. рис. 42 в).

У наскрізних колонах із 2-х гілок необхідно забезпечувати вільний зазор між гілками (100-150 мм) для можливості фарбування внутрішньої поверхні.

Стрижні великої довжини, що несуть небо

Жоден будівельний об'єкт, хоч би яким було його призначення, не обходиться без застосування балок перекриття. Її функція як інженерної конструкції – в успішному перерозподілі вертикальних та горизонтальних навантажень у процесі роботи на вигин.

Двотаврові балки перекриття є типом фасонного прокату, виготовленого з високоякісної сталі. Сталь може бути або низьколегованої, або вуглецевої. Цей тип сортового прокату має форму бруса, орієнтованого горизонтально чи похило. Або, кажучи простою мовою, сталева двотаврова конструкція – це прокат певної форми, виготовлений із профільної сталі спеціального виконання. Форма визначається його конструктивними особливостями. Найчастіше вона зовні схожа на літеру «Н». Така форма посилює міцність елементів конструкції та надає додаткової жорсткості. Де ж використовуються двотаврові балки перекриття?

Балка двотаврова: застосування

Балка металева двотаврова із сталі більше відома як елемент перекриттів каркасів промислових будівель, що мають великі прольоти.Їх використовують також при зведенні мостів та інших підвісних шляхів, колон та іншого у всіх тих місцях, де є підвищені навантаження і їм необхідно протистояти. Вони сприймають навантаження від вертикального поперечного впливу, яке одночасно відбивається на стінах, колонах та інших опорах.

Дерев'яний аналог сталевого двотавра використовується у каркасному будівництві. Слід зазначити, що останнім часом його часто почали використовувати в оформленні будівель як елемент дизайну.

Їх правильний розрахунок забезпечує більшу ефективність металоємності, ніж цей показник у звичайної гарячекатаної конструкції. При встановленні двотавра зменшується маса несучих конструкцій, що дозволяє скоротити витрати на будівництво. Двутаври використовуються також у важкому машинобудуванні під час створення важкого устаткування.

Незначна вага при надзвичайно високій жорсткості робить їх ідеальним варіантом для використання як основа під високонавантажені будівлі.

Цікаво

Зазначимо, що двотаври значно жорсткіші, ніж квадратні профілі та куточки.

Види двотаврових балок

У конструкціях двутаврів внутрішні межі полиць можуть розташовуватися похило чи паралельно. , Який має балка двотавр, характеристики, габарити в основному визначаються відстанню між паралельними (П) або похилими (У) зовнішніми гранями.

Типорозміри та ГОСТи:

• Балка двотаврова ГОСТ 26020 83 характеризується паралельними гранями полиць. Під цей стандарт входять двотаври, що мають висоту 10-100 см і ширину полиць - 5,5-40 см. За останнім параметром класифікують на: вузькополочні (У), нормальні (Б), середньополичні (Д), широкополочні (Ш) і колонні (К). Колонні двотаври відрізняються майже однаковою висотою профілю та шириною полиці.

Двотаври, що характеризуються похилими гранями, класифікуються на:

• звичайні (ГОСТ 8239 89) - обмеження на величину ухилу внутрішніх граней становлять близько 6-12%;

• спеціальні (ГОСТ 19425 74) - М: підвісні шляхи, що мають кут нахилу не більше 12% і С: для армованих шахтних стволів, що мають кут нахилу до 16%.

Виріб виконаний за ГОСТом повністю відповідає параметрам креслення, тобто має заданий поперечний переріз, розміри полиць (висота, ширина і товщина) та інше.

Маркування: як розшифрувати

Почнемо із двох цифр на початку маркування. Вони відзначають висоту у сантиметрах конкретної групи профілів. Наступні індекси - літерні, вони вказують на вигляд профілю відповідно до ширини полиць, наприклад, У, К і т. д. Якщо профілі в групі відрізняються розмірами стінок і полиць, то далі в маркуванні вказаний розмір профілю в серії. Наприклад, маркування двотавра з паралельними гранями може мати вигляд: 25Б, 100Ш, 35К, 24ДБ1.

Монтаж

Двотавр металевий виготовляють поетапно.. Насамперед метал розкривається на смуги необхідних розмірів. Для поліпшення провару кромки обробляють на спеціальному верстаті. Підготовлені смуги монтують на складальному стані. Їх укладають на вхідний конвеєр, затискають, позиціонують та фіксують. Завершують збирання зварювальними роботами на спеціальному верстаті. Зварюють його двома комплектами зварювальних головок під флюсом. Двотавр переважно складається з трьох елементів. Поясні шви приварюють зварювальними автоматами, а ребра жорсткості приварюють упоперек частіше вручну, у крайньому випадку напівавтоматом. Зварні конструкції збирають різними способами: використовуючи хомути та прихватки або в особливому кондукторі.

балка металева двотаврова: процес виробництва

Готовий двутавр очищають від нальоту іржі, жиру, бруду та іншого, використовуючи дробоструминну установку. Після цього якість його покриття з фарби та лаку помітно покращується.

При влаштуванні конструкції шви поясів іноді зварюють за ручною технологією. Тоді послідовність збирання повністю змінюється. Спочатку на пояс у нижній частині конструкції монтують вертикальну стінку, а слідом ребра жорсткості. Їх захоплюють та монтують пояс у верхній частині. Зібрана конструкція затискається хомутами та переходять до зварювальних робіт.

на фото металева балка двотавр

Найбільш відповідальним етапом монтажу вважається стикування двотаврових балок. Шви поясів в обох напрямках від стику незаварюють на довжину в півтора рази більшу за поясну ширину. Стик двотаврових балок зварюються в такій черговості: зварюються стики вертикальної стінки, двох поясів, спочатку ту, яка працює на розтяг, потім другу, що працює на стиск. Завершують пристрій стику доварюванням швів на поясах тих ділянках, які залишилися незаваренными.

Для зварювання монтажних стиків потрібно використовувати електроди найвищої якості.

Зварна конструкція має масу переваг перед прокатною і, в першу чергу, це її більш високі характеристики міцності при масі, меншої прокатної приблизно на третину.

Двотавр металевий: збірка на відео

Матеріали до статті

Балки ТИПИ БАЛОК ТА ЇХ СТАТИЧНІ СХЕМИ Металеві балки відносяться до згинальних елементів і застосовуються головним чином для перекриття прольотів багатоповерхових промислових і цивільних будівель 6 18 м а також одноповерхових промислових будівель у вигляді підкранових балок шляхів підвісного транспорту Найбільш раціональні у використанні прокатні балки двотаврового та швелерного перерізу через простоту їх виготовлення. При недостатній потужності прокатних балок широко застосовують зварні складові...

Якщо ця робота Вам не підійшла внизу сторінки, є список схожих робіт. Також Ви можете скористатися кнопкою пошук

МЕТАЛЕВІ КОНСТРУКЦІЇ

Лекція 9м. Балки

ТИПИ БАЛОК І ЇХ СТАТИЧНІ СХЕМИ

Металеві балки відносяться до елементів, що згинаються, і застосовуються головним чином для перекриття прольотів багатоповерхових промислових і цивільних будівель 6—18 м, а також одноповерхових промислових будівель у вигляді підкранових балок, шляхів підвісного транспорту і рідше несучих балок покриттів з прольотами 18—24 м.

Найбільш раціональні у використанні прокатні балки двотаврового та швелерного перерізу через простоту їх виготовлення. При недостатній потужності прокатних балок широко застосовують зварні складові балки двотаврового перерізу, а для конструкцій, що піддаються динамічним та вібраційним навантаженням, складові балки на високоміцних болтах і клепані балки (рис. 1 – 9).д, е ). При прольотах до 6 м замість прокатних сталевих та пресованих алюмінієвих балок доцільно застосовувати сталеві балки із гнутих профілів швелерного або коробчастого типу. Зварні складові балки можуть бути суцільно-тенчастими або зі стінкою з круглими, овальними або багатокутними отворами, які використовують для прокладання інженерних комунікацій та інших цілей (рис. 2 - 9а, б). У проміжках між отворами влаштовують поперечні ребра жорсткості, що забезпечують стійкість стінки.

Останнім часом у будівництві знаходять застосування балки із перфорованою стінкою (рис. 2 – 9,в, г). Перфоровані балки одержують шляхом розрізання двотаврового гарячекатаного профілю ламаною лінією в поздовжньому напрямку. Потім обидві частини зсувають до з'єднання гребенів впритул, після чого їх зварюють. Залежно від довжини та висоти профілю, а також від форми ламаної лінії можна отримувати різні отвори та різну висоту перфорованої балки. Найбільш оптимальний профіль може бути зі збільшенням висоти до 1,5н.

Перфоровані балки мають таку ж масу, як і прокатні профілі. При цьому їхня несуча здатність і жорсткість значно вища, ніж у вихідного профілю, а отже, вона може бути застосована при більшому прольоті та більшому навантаженні. Найкраще використовувати такі балки при великих прольотах та малих навантаженнях. В цьому випадку вплив поперечних сил на напруги у вертикальній стінці незначний. Проектування перфорованих балок дозволяє отримати економію сталі до 20-30%. Однак, враховуючи більш високу вартість виготовлення, їхнє застосування має бути економічно виправдане.

При збільшенні прольоту чи збільшенні розрахункового навантаження на балку раціонально використання сталевих попередньо напружених балок (рис. 2 – 9,д), у яких попередньо напружений трос розташовується у зонах максимального розтягування.

У статичному відношенні балки можуть бути однопрогоновими розрізними, двопрогоновими та багатопрогоновими нерозрізними. Вони можуть бути консольними та безконсольними (рис. 3 - 9). Найбільше застосування в будівництві знаходять однопрогонові розрізні балки як найпростіші в монтажі та експлуатації. По трудомісткості виготовлення нерозрізні балки поступаються першим, проте за витратою матеріалу і жорсткістю вони більш ефективні, що визначає їх широке застосування в багатоповерхових каркасах, при цьому особлива увага приділяється обліку температурних впливів і осаду опор, так як нерозрізні балки дуже чутливі до таких впливів.

Генеральними розмірами балки називають її розрахунковий проліт l е f та висоту перерізу h (Рис. 4 - 9). Справжній або конструктивний розмір балки l призначають з урахуванням розмірів опорних майданчиків, розмір яких залежить від здатності їх матеріалу, що несе. Відстань у світлі l 0 між опорними вузлами залежить від умов експлуатації споруди та призначається у процесі проектування.

Оптимальне значення висоти балки залежить від розрахункового прольоту, навантаження, класу сталі, призначення балки тощо. і лежить у межах h / l е f = (1/10-1/16). Мінімальні значення висоти перерізу балки при ескізному проектуванні можна набрати за табл. 1-9 при q п/q d = ​​1,2 (де q п і q d — погоне нормативне та розрахункове навантаження) залежно від тимчасового опору сталі та відносних прогинів балок до прольоту.

У будівлях та спорудах металеві балки застосовують у виглядібалкових клітин , Т. е. перекриттів, що складаються з системи балок. Балочна клітина включає головні балки, що перекривають основний проліт із кроком L =6 -9 м, та допоміжні балки, що спираються на головні з кроком В = 1,5-3 м (рис. 5-9).

Залежно від взаємного розташування головних та допоміжних балок розрізняють чотири типи балкових клітин: з верхнім розташуванням допоміжних балок (рис. 5-9,а); з розташуванням допоміжних балок з головними на одному рівні (рис. 5-9,б); зі зниженим розташуванням допоміжних балок (рис. 5-9,в) ; ускладнена система, що має два типи допоміжних балок, - поперечних і поздовжніх (балок настилу) по відношенню до головних балок (рис. 5-9, г). Балки настилу проектують із кроком 0,5—1,2 м.

Вибір балочної клітини залежить від конструкції перекриття (металевий настил, залізобетонні плити тощо), від наявності технологічного обладнання, підвісної стелі та інших факторів, тому тип балкової клітини визначається для кожного конкретного випадку варіантним проектуванням.

Найбільш прості у зведенні та економічні за витратою матеріалу балкові клітини з верхнім розташуванням допоміжних балок, але мають недолік – велику будівельну висоту перекриття. При обмеженні будівельної висоти перекриття найбільш доцільним рішенням має балкова клітка з розташуванням допоміжних балок з головними в одному рівні. Балкові клітини зі зниженим розташуванням допоміжних балок та з ускладненою системою застосовують у більшості випадків при спиранні технологічного обладнання або дрібнорозмірних плитах перекриття.

РОЗРАХУНОК ПЕРЕЧЕННЯ ПРОКАТНИХ І СКЛАДНИХ ЗВАРЮВАЛЬНИХ БАЛОК

У більшості випадків на балочну клітину діє рівномірно розподілене навантаження, яке при розрахунку призводять до лінійного навантаження на балку настилу, допоміжну та головну балки з їх вантажних площ (рис. 6-9). Розрахунок балок роблять у тій послідовності, як і передається навантаження: на елемент настилу, допоміжну і головну балку. Підбору перерізів передує статичний розрахунок балок, в результаті якого визначають розрахункові моменти, що згинаютьМ та розрахункові поперечні сили Q у характерних перерізах.

Розрахунок балок виробляють за двома граничними станами: несучою здатністю і прогинами. Розрахунок прокатних балок, виконаних з прокатних або гнутих двотаврів, швелерів та інших профілів, зводиться до визначення необхідного номера профілю за сортаментом та перевірки його на міцність за нормальними і дотичними напругами, жорсткість і стійкість за формулами, які ми виписували для елементів, що згинаються на минулій. . Ці формули у найпростіших випадках можна переформатувати таким чином, щоб у лівій частині нерівності стояла геометрична характеристика, що шукається. Однак у більшості випадків тут необхідно проводити багатофакторний аналіз. А він найчастіше виконується методом підбору, використовуючи різні допоміжні таблиці. Як, наприклад, таблиця наближених значень висот балки (табл.1 - 9). А надалі, коли у Вас накопичиться досвід, Ви просто задаватимете виходячи з власного досвіду значення геометричних характеристик і з ними перевірятиме несучу здатність і здатність до експлуатації і в пояснювальній записці приводити результати цих перевірок. До речі, саме цього від нас вимагає Держ. Експертиза.

СТИКИ ПРОКАТНИХ І СКЛАДНИХ БАЛОК. ВУЗЛИ КРІПЛЕННЯ БАЛОК

Стики бувають заводськими, що виконуються на заводі з метою збільшення довжини елементів, що входять в окремий відправний елемент, та монтажними, що виготовляються на будівельному майданчику; вони призначені для поєднання окремих відправних елементів у робочу конструкцію (рис. 7-9).

Кількість монтажних стиків та їх розміщення проектують за умовою транспортування. Монтажні стики значно дорожчі за заводські, так як вони вимагають додаткового матеріалу на стикові накладки та монтажні болти, тому їх кількість повинна бути мінімальною.

Найбільш простим є стик, пояси та стінка якого стикуються в одному перерізі. Однак такий стик у зоні дії максимального згинального моменту не забезпечує рівноміцності стику та основного матеріалу. Внаслідок цього в найбільш напружених зонах влаштовують шов врозбіг, виконуючи в полицях косий стиковий шов, що забезпечує високу надійність з'єднання (рис. 7-9, а, б). Для зменшення впливу усадкових деформацій, що виникаютьпри зварюванні, стиковий шов виконують у послідовності, показаній цифрами на рис. 7-9, ст. Після зварювання стикового шва на відстані 500 мм по обидва боки приварюють полиці до стінки.

Збільшення надійності стику в прокатних і складових балках при дії значних моментів і поперечних сил може бути досягнуто за допомогою горизонтальних накладок, що встановлюються по верхній і нижній полицях і двосторонніх вертикальних накладок по стінці балки (рис. 7-9, г). У цьому випадку перетин накладки та флангові зварні шви, що прикріплюють накладку до полиці, розраховують зусилля S , що визначається за формулою

S = (М - М w) / z, (1-9 м)

де Мь - Повний розрахунковий згинальний момент в стику балки;М w = Мь. (/ J w / J b ) - згинальний момент, що сприймається стінкою балки; J w та J b - моменти інерції стінки та повного перерізу балки; z - відстань між центрами верхньої та нижньої полиць.

Шви, що прикріплюють накладку до стінки балки, перевіряють відповідно металу шва і металу межі сплавлення.

Балки спираються на колони зверху чи примикають збоку. В одноповерхових промислових та цивільних будинках переважне застосування має перший випадок, варіанти якого в залежності від конструктивного рішення колони показані на рис. 8-9.

J b

У першому варіанті (рис. 8-9 а) балка спирається на колону шарнірно-вертикальним опорним ребром жорсткості, випущеним за габарит нижньої полиці на 10 - 15 мм. Торці опорних ребер жорсткості для забезпечення необхідного майданчика зминання пристосовуються до центруючої пластини, що приварюється до опорної плити колони оголовка. При спиранні балок на двогілкову колону (рис. 8-9 б) опорні ребра жорсткості віддалені від торця балки і збігаються з площиною стінок гілок колони. У цьому випадку потрібні пригін та приварювання опорних ребер жорсткості не тільки до стінки балки, але і до її полиць.

У разі примикання балок до колон збоку розрізняють шарнірне та жорстке рішення вузла сполучення. При шарнірному опиранні кріплення не перешкоджає вільному повороту балки в опорному вузлі, що визначає роботу балки як однопрогонової системи розрізу (рис. 9-9).

Залежно від призначення балка може примикати або полиці колони (рис. 9-9, а, г, д), або стінки колони (рис. 9-9, б, в). Передача опорної реакції балки на колону здійснюється через болтове фланцеве з'єднання (рис. 9-9, а, б) або за допомогою опорних столиків у вигляді плоскої пластини або нерівнополочного куточка (рис. 9-9,0, г,д), приварених до полиць чи стінки колони. З погляду зручності виконання робіт передача опорної реакції через опорний столик краща.

Жорстке кріплення балок до колон передбачають у разі проектування рамного каркаса або тоді, коли балка перекриття виконує одночасно і функцію балки-розпірки у вертикальних зв'язках каркасу (рис. 10-9).

При жорсткому кріпленні верхня і нижня полиці балки за допомогою горизонтальних планок (рис. 10-9 а) або косинок вертикальних зв'язків (рис. 10-9 б) прикріплюють до колон жорстко, що перешкоджає повороту балки в опорному вузлі.

Стикові планки та косинки сприймають горизонтальні складові сили S = М/Н, що виникають від дії згинального моменту в опорному вузлі. Опорна реакція при жорсткому кріпленні балки передається на колону способом, аналогічним передачі опорної реакції при шарнірному кріпленні балки до колони. Застосування жорсткого вузла більш трудомістке порівняно з шарнірним, але на 30% дозволяє знизити витрату металу на балки.

Вузли кріплення балок до балок також можуть бути шарнірними та жорсткими (рис. 11-9).

Перевагу слід віддавати шарнірним вузлам як найпростішим у виконанні робіт. При односторонньому примиканні допоміжних балок до головних (рис. 11-9,а - в) від вигину допоміжних балок виникає крутіння головної балки, що вкрай небажано. Для запобігання цьому явищу в стику з протилежної допоміжної балки сторони влаштовують ребро жорсткості, а під допоміжну балку вводять косинку, що приварюються до стінки та полиць головної та допоміжної балок (рис. 11-9)., г, буд).

Жорстке кріплення балок до балок роблять, як правило, у разі двостороннього примикання допоміжних балок до головних (мал. 11-9,е) . Конструктивно таке сполучення виконують подібно до жорсткого стику балки з колоною.

З'єднання поясів зі стінкою в зварних балках здійснюють безперервними кутовими швами. Шви перешкоджають взаємному зсуву пояса та стінки, внаслідок чого в них виникають дотичні напруження, що є функцією впливу поперечної сили (рис. 12-9).

Отже, найбільші значення дотичних напруг виникатимуть поблизу опори. Товщину зварного шва, що прикріплює полицю до стінки, визначають з умов його роботи з металу шва і металу межі сплавлення.

Розрахунок та конструювання пресованих та зварних балок з алюмінієвих сплавів виробляють аналогічно сталевим балкам. Однак враховуючи велику деформативність балок з алюмінієвих сплавів, їхня мінімальна висота повинна бути більшою, ніж у сталевих балок, тому значенняН т гп та Н 0 р1 для балок із алюмінієвих сплавів визначають відповідно за формулами:

(2-9 m)

(3-9 m)

При конструюванні балок із алюмінієвих сплавів слід приймати h  5 b .

Коефіцієнт  b при перевірці загальної стійкості алюмінієвої балки слід приймати з урахуванням вимог гол. СНіП 2.03.06-85 «Алюмінієві конструкції».

Лекція 10м. Колони

Двотавр (балка двотаврова) - різновид сортового металопрокату, що відрізняється високою несучою здатністю. Має відомий Н-подібний переріз, який і визначає технічні характеристики виробу. Один із найбільш затребуваних матеріалів у різних промислових сферах.

Ви завжди можете ознайомитися на нашому сайті з актуальними цінами на нову балку і .

Призначення та сфера застосування

Двотаврові балки використовуються як несучі елементи при зведенні металоконструкцій і у великопанельному будівництві. Застосування прокату даного типу дозволяє спростити проектні рішення без втрати несучої здатності споруд. Найчастіше двотаври використовуються для вирішення наступних технічних завдань:

Допускається застосування балок цього типу при спорудженні будь-яких конструкцій, до яких пред'являються підвищені вимоги щодо здатності, що несе. Рекомендовано розміщення двотавра в тілі бетонної конструкції, при відкритому монтажі потрібна обов'язкова антикорозійна обробка.

Переваги виробу

Специфічна форма перерізу забезпечила відмінну здатність цього конструктивного елемента. Порівняно зі стандартними прямокутними профілями двотавр має підвищену в 7 разів міцність і більш ніж у 30 разів жорсткість. За своїми конструктивними особливостями двотавр близький швелеру, але останній в основному використовується при зведенні легших конструкцій, він не зможе ефективно працювати при значному навантаженні.

Масовість застосування двотаврових балок визначена такими перевагами.

• Висока стійкість до деформацій на вигин та кручення.
• Підвищена здатність, що несе.
• Зменшена вага в порівнянні з іншими типами металопрокату з аналогічними технічними характеристиками.

Особливості виробництва

На практиці застосовують дві основні методики виготовлення двотаврових балок.

1. Технологія гарячого прокату, що дозволяє забезпечити випуск виробів у промислових масштабах.
2. Виготовлення двотаврів із застосуванням зварювальних технологічних ліній. Зварні балки відрізняються більш точною геометрією, але поступаються гарячекатаним за деякими технічними параметрами.

Виробництво даного виду несучих конструктивних елементів здійснюється із застосуванням високовуглецевих низьколегованих сталей, що визначає обов'язкову антикорозійну обробку при відкритому монтажі.

Відповідно до ГОСТ 27772-88, що регламентує виробництво гарячекатаного фасонного прокату, для виготовлення двотаврів повинна застосовуватися сталь наступних марок: 235, 245, 255, 275, 285, 345, 345К, 375.

Існуючі класи та відповідні ГОСТи

Усі різновиди двотаврів, що випускаються методом прокату, можна розділити на три основні класи, вимоги до яких визначаються діючими стандартами.

Зварні вироби випускаються виходячи з технічних умов виробника ТУ У 01412851.001-95. Окремі виробники використовують власні ТУ для виробництва того чи іншого типу двотаврів.

За особливостями перерізу виділяють такі категорії продукції:

• Балки із нормальною шириною полиць (Б).
• Двотаври із збільшеною шириною полиць (Ш).
• Колони двотаврові балки (К).
• Монорейкові двотаври (М).
• Балки спеціальної серії для особливо складних умов (С).

Виробники здійснюють відвантаження партій із кратною, кратною мірною, немірною довжиною двотаврів. Стандартні розміри припускають виготовлення виробів довжиною від 4 до 13 метрів, виробництво балок, що виходять за межі зазначених параметрів, може бути організовано за згодою безпосередньо з виробником.

Особливості розрахунку потреби

При визначенні кількості необхідного для різних конструкцій матеріалу вибору способу транспортування необхідно знати співвідношення розмірів і маси двотаврових балок. Необхідність переведення однієї величини в іншу виникає так само під час розробки проектної документації.

Вирішити цю проблему можна за допомогою онлайн калькуляторів, а у разі їх відсутності рекомендується скористатися спеціальними таблицями, наведеними в нормативних документах.

Так для гарячекатаних сталевих двотаврів співвідношення наведено у таблиці.

А для визначення загальної площі поверхні двотаврів того ж таки ГОСТу, рекомендуємо скористатися наступною таблицею.

Такі довідкові дані суттєво спростять розрахунок та розробку проектної документації.