9. Проверка прочности и прогибов составных сварных балок

В тех случаях, когда требуются конструкции, жесткость и несу­щая способность которых превышает возможности прокатных про­филей, используют составные балки. Они могут быть сварными и клепаными, но последние применяют исключительно редко. Наи­большее применение получили балки двутаврового симметричного (рис.5.20, а), реже несимметричного (рис. 5.20, б) сечений. Такие балки состоят из трех элементов - верхнего и нижнего поясов, объе­диненных тонкой стенкой.

Рис. 5.20 Типы сечений составных сварных балок

Проверки прочности балки

Балка в целом должна быть проверена по жесткости и общей ус­тойчивости; характерные сечения балки - по прочности; элементы балки - по местной устойчивости. Исходными данными для прове­рок кроме общих данных задачи, ранее уже использованных при подборе сечения, являются фактические геометрические характери­стики сечения (I, W, S, h, h_w, t_w, b_f, t_f).

Проверки по прочности сводятся к проверкам нормальных, каса­тельных, местных и приведенных напряжений.

Проверка нормальных напряжений. Для балок с упругой стадией работы при изгибе в одной из главных плоскостей:

при изгибе в двух главных плоскостях

где х и у - координаты рассматриваемой точки сечения относительно главных осей.

Для балок, в которых допускаются ограниченные пластические деформации, при изгибе этих балок в одной из главных плоскостей:

α - коэффициент, равный 0,7 для двутаврового сечения изгибаемого в плоскости стенки, в других случаях α= 0.

Если имеет место изгиб в двух главных плоскостях при касатель­ных напряжениях τ< Q,5R_S (кроме опорных сечений), то

Значения с_х, с_у приведены в таблицах.

Раскрывать пластический шарнир или развивать ограниченные пластические деформации можно лишь в отдельном сечении, но не на протяженном участке балки, поэтому для зоны чис­того изгиба вместо коэффициентов c₁, c_x и с_у следует принимать со­ответственно

Проверку касательных напряжений производят по нейтральной оси для сечений с Q = Q_max, как правило, это наблюдается в сечениях около опор балки

При упругой работе материала:

При наличии ослабления стенки отверстиями для болтов левую часть неравенства следует умножить на коэффициент а = a/(a-d), где а - шаг отверстий; d - диаметр отверстий.

При расчёте с учётом развития пластических деформаций:

Проверку местных напряжений проводят для стенки балки в мес­тах приложения нагрузки к верхнему поясу, а также в опорных сече­ниях балки, не укрепленных ребрами жесткости (рис.5.25):

Проверку приведенных напряжений необходимо выполнять в харак­терных сечениях, где возникают неблагоприятные сочетания нор­мальных, касательных и местных напряжений. К характерным сече­ниям относятся сечения у опор в консольных и неразрезных балках, в местах изменения сечений, в местах приложения локальных нагру­зок и др. Проверки выполняются для зоны стенки у пояса.

При отсутствии местных напряжений:

При наличии местной нагрузки или опорной реакции и отсут­ствии ребер жесткости в рассматриваемом сечении:

где σ_х=(Мh_w)/2I – нормальные напряжения в стенке на уровне поясных швов; τ_xy определяют по формуле Журавского для точке на уровне поясных швов:

Прогибы составных балок определяют по принципам строительной механики и сопоставляют их с нормативными.

Проверка деформативности (жесткости). Прогибы не должны превышать предельных значений, установленных нормами проектирования:

При невыполнении проверки на жесткость необходимо увели­чить сечения балки и снова определить f_max.