Стыки балок составного поперечного сечения

214

Стыки балок делятся на:

Заводские:

— Сварончые;

— Болтовые (редко);

Укрупнительные:

— Сварончые;

— Болтовые:

- Обычные;

- Фрикционные на высокопрочных болтах.

Заводские стыки выполняются на заводе, представ­ляют собой стыки отдельных часткй какого-либо эле­мента балки (стенки, пояса). Их применяют при измене­нии сечения или недостаточной длине имеющегося про­ката. Расположение стыков также обусловлено имеющи­мися длинами проката или конструктивными соображе­ниями (стык стенки не должен совпадать с местом при­мыкания вспомогательных балок, ребрами жесткости и т.п.). Чтобы ослабление сечения балки заводским стыком было не слишком велико, стыки отдельных элементов обычно располагают в разных местах по длине балки, т.е. вразбежку.

Монтажные стыки выполняются при монтаже, ис­пользуются в тех случая, когда масса или размеры балки не позволяют перевезти и смонтировать ее целиком. Расположение их должно предусматривать членение балки на отдельные отправочные элементы, по возмож­ности одинаковые (в разрезной балке стык располагают в середине пролета или симметрично относительно сере­дины балки), удовлетворяющие требованиям монтажа, транспортировки наиболее распространенными ТС.

В монтажных стыках удобно все элементы балки соединять в одном сечении. Такой стык называется уни­версальным.

Заводские стыки составных сварных балок осу­ществляют соединением сваркой встык листов до сборки их в балку. Соединения можно считать равнопрочными основному металлу при выполнении контроля физичес­кими методами, иначе прочность стыка считается как 85 % стыка основного металла и подлежит проверке. При необходимости обеспечения равнопрочности стыка и невозможности выполнения контроля стык следует вы­полнять под углом 60 градусов. Применение накладок приводит лишь к дополнительным сварочным напря­жениям и не увеличивает несущей способности балки.

Стыки балок на высокопрочных болтах. В послед­нее время монтажные стыки балок во избежание сварки на монтаже иногда выполняют на высокопрочных бол­тах с накладками. В таких стыках увилие передается си­лами трения на накладки.

Каждый пояс балки желательно перекрыть тремя накладками с двух сторон, а стенку – двумя вертикаль­ными накладками, площади сечений которых должны быть не менее площади перекрываемого ими элемента. Ослабление сечения поясов балки учитывается сле­дующим обазом. При статических нагрузках, если пло­щадь сечения нетто A_n составляетменее 85 % площади брутто, то принимается условная площадь сечения 118 %, при динамических нагрузках всегда принимаеся плодащь нетто.

Болты в стыке следует стваить на минимальных расстояниях друг от друга – 2,5..3 диаметра болта.

Расчет стыка каждого элемента балки ведут раз­дельно, а изгибающий момент распределяют равномерну между поями и стенкой пропорционально их жесткости.

35 Предельные состояния центрально сжатых стерж­ней сплошного сечения

Нагрузка, при которой стержень переходит из пря­молинейного устойчивого состояния в криволинейное называется критической, а явление называется потерей устойчивости центрально сжатого стержня.

N <= N_cr – основное неравенство в форме усилий.

N_cr,i = pi² E I_i / l²_ef,i – Формула Эйлера.

i – ось x или y.

I, C, Г – открытые сечения, О – замкнутое.

Для изгибно-крутильной формы потери устойчивости (ДВУТАВР-СОЛНЫШКО):

N_cr,xy = (G I_x + π² / l²_ef,xy E I_ω) / i²_xy

где I_ω – секториальный момент инерции.

Кручение бывает свободым и стесненным. Стес­ненное описывается вне рамок гипотезы плоских сече­ний.

Открытые и сквозые стержи раньше теряют изгиб­но-крутильную устойчивость, а замкнутые изгибную. Для того, чтобы повысить изгибно-крутильную жест­кость открытых и сквозных стержей предусматриваются следующие констуруктыные

-------------------------------------------------------------------------

1. Потеря прочности материала (необратимая де­формация сжатия)

2. Потеря общей устойчивости (отн. у-у):

По принципу равноустойчивости надо добиваться:

λ_x = λ_y, т.е. l_ef,x / i_x = l_ef,y / i_y

3. Потеря местной устойчивости полок по изгибно-крутильной форме:

ДВУТАВР-СОЛНЫШКО

N_cr,xy = (G I_x + π² / l²_ef,xy E I_ω) / i²_xy

где I_ω – секториальный момент инерции.

Характеризуется волнообразным выпучиванием свободных кромок полки и гофрированием пояса со смещением центра тяжести сечения.

Что делать: необъодимо уменьшать b_ef или увеличивать t_f или все сразу. Можно запрофилировать пояс, поставить укосы от стенки к полке.

Кручение бывает свободым и стесненным. Стес­ненное описывается вне рамок гипотезы плоских сече­ний.

Открытые и сквозые стержи раньше теряют изгиб­но-крутильную устойчивость, а замкнутые изгибную. Для того, чтобы повысить изгибно-крутильную жест­кость открытых и сквозных стержей предусматриваются следующие констуруктыные

4. Потеря местной устойчивости стенки

В этом случае начинает идти волнами в плоскости сечения (появляются хлопуны).

Что делать: h_w / t_w <= нормат вел., иначе если не допускаем потерю местной устойчивости, то ставим продольные ребра жесткости, если допускаем, то используем редуцированное сечение (данное сечение принцпиальноно не меняет расчетную схему при проверке устойчивости относительно у-у). Если мы считам потерю устойчивости стенки предельным состояниемем 1-й группы, то оно не допустимо. Увеличиваьб толщину стенок не эффективно. Устанавливаем наклонные ребра – ламели.

36 Предельные состояния центрально сжатых стерж­ней сквозного сечения

1.Потеря общей устойчи­вости относительно материальной оси (х-х)

l_х ® j_х

2. Потеря общей устойчи­вости относительно свободной оси (у-у):

Используется понятие приведенной гибкости

λ_ef = sqrt(λ_y² + λ_в²)

где l_в – гибкость ветви относительно собственной оси ветви (у₁-у₁).

l_в = l_ef,y1 / i_y1; l_y = l_ef,y / i_y

где l_ef,y1 = l_b – расстояние в свету между планками.

3. Потеря устойчивости по изгибно-крутильной форме:

Что происходит: перемещение центра тяжести сечения и поворот главных осей – характерно для стержней открытого типа.

Чтобы этого избежать, необходимо установить диафрагмы жесткости по высоте колонны с шагом не менее 3 м.

4. Потеря устойчивостити ветви колонны:

n – число ветвей. Обычно λ_в принимают до 40 i_y.

Рационально запроектированной считается колонна у которой обеспечена равноустойчивость, т.е. все ПС наступают одновременно.

Расчётная поперечная сила в колонне принимается условно:

Поперечная сила, приходящаяся на планку одной грани, равна:

Q_пл = Q_усл / 2

Изгибающий момент и поперечная сила в месте прикрепления планки:

M_пл = Q_пл l / 2; F_пл = Q_пл l / b₀

Проверка планок:

6. Потеря устйчивости раскоса и распорок (рассмат­ривается как для центрально сжатого стержня)

Элементы раскоа решеток колонн работают на осевые силы, от продольной деформации стержня колон­ны и от поперечной силы при изгибе колонны

7. Разрушение соединений в узлах ствола колонны (надо рассчитать сварные швы):

Принимаем приварку планок к полкам швеллеров угловыми швами с катетом шва

k_f = 7 мм (k_f,max = 1,2 t_пл = 12 мм).

Момент сопротивления шва:

W_f = β_f k_f d²_пл / 6

Напряжение в шве от момента и поперечной силы:

37 Конструкция центрально сжатых колонн сплош­ного поперечного сечения

Обычно сечение сплошной колонны проектируют в виде широкополочного двутавра, прокатного или свар­ного, наиболее удобного в изготовлении с помощью ав­томатической сварки и позволяющего просто осуществ­лять примыкание поддерживаемых конструкций. Различ­ные типы сечений показаны на (8.2 СТР 233)

Чтобы колонна была равноустойчивой, гибкость ее в плоскости оси х должна быть равна гибкости в плос­кости оси у, т.е. λ_x = λ_y

Однако в двутавровых сечениях при одинаковых расчетных длинах l_x = l_y это условие не соблюдается, поскольку у них радиусы инерции получаются разными по величине. В двутавровом сечении радиус инерции относительно оси x:

i_x = 0,43 h

а радиус инерции относительно оси у

i_y = 0,24 h

Следовательно, для получения равноустойчивого сечения нужно, чтобы b ~ 2 h, что приводит к весьма неудобным в конструктивном отношении сечениям, практически неприменяемым.

У прокатного широкополочного двутавраколон­ного типа может быть b = h  что не удовлетворяет ус­ловию равноустойчивости, но все же дает сечение, _вполне пригодное для колонн.

Сварные колонны, состоящие из трех листов (рис. 8.2 б), достаточно экономичны по затрате мате­риала, так как могут иметь развитое сечение, обеспе­чивающее колонне необходимую жесткость. Сварной двутавр является основным типом сечения сжатых ко­лонн. Автоматическая сварка обеспечивает дешевый индустриальный способ изготовления таких колонн.

Равноустойчивыми в двух направлениях и также простыми в изготовлении являются колонны крестового сечения. Из условия местной устойчивости свободный выступ листа крестовой колонны не должен превышать 15..22 толщин листа в зависимости от обшей гибкости колонны. Крестовое сечение можно усилить дополнительными листами.

Весьма рациональны колонны трубчатого сечения срадиусом инерции i = 0,35 d_cр, где d_сp – диаметр ок­ружности по оси листа, образующего колонну.

Сварка дает возможность получить колонны замк­нутого сечения и других типов, например из двух швел­леров

Преимуществами колонн замкнутого сечения яв­ляются равноустойчивость, компактность и хороший внешний вид; к недостаткам относится недоступность внутренней полости для окраски. При заполнении сталь­ной трубы бетоном получается эффективная комп­лексная конструкция, в которой труба является обо­лочкой, стесняющей поперечные деформации заклю­ченного внутри бетонного цилиндра. В этиъ условиях работы прочность бетона при сжатии значительно уве­личивается, исключаются потери местной устойчивости трубы и коррозия ее внутренней поверхности.

38 Конструкция центрально сжатых колонн сквозно­го поперечного сечения

Стержень сквозной центрально-сжатой колонны обычно состоит из двух ветвей (швеллеров или дву­тавров), связанных между собой решетками. Ось, пере­секающая ветви, называется материальной; ось, парал­лельная ветвям, называется свободной. Расстояние меж­ду ветвями устанавливается из условия равноустойчи­вости стержня.

Швеллеры в таких колоннах рационально ставить полками внутрь. Более мощны колонны из спаренных двутавров.

В сквозных колоннах из двух ветвей необходимо обеспечивать зазор между полками ветвей в 10..15 см для обслуживания и окраски внутренних поверхностей.

Стержни большой длины, несущие небольшие наг­рузки, должны иметь для обеспечения необходимой жесткости развитое сечение, поэтому их рационально проектировать из четырех уголков, соединенных решет­ками в четырех плоскостях. Такие стержни при неболь­шой площади сечения обладают значительной жест­костью, однако трудоемкость их изготовления больше таковой для двухветвевых стержней.

При трубчатом сечении ветвей возможны трехг­ранные стержни, достаточно жесткие и экономичные по затрате металла.

Решетки обеспечивают совместную работу ветвей стержня колонны и существенно влияют на устойчи­вость колонны в целом и ее ветвей, Применяются решетки разнообразных систем: из раскосов, из раскосов и распорок и безраскосного типа в виде планок.

В колоннах, нагруженных центральной силой, воз­можен изгиб от случайных эксцентриситетов. От изгиба возникают поперечные силы, воспринимаемые решет­ками, которые препятствуют сдвигам ветвей колонны относительно ее продольной осн.

Треугольные решетки, состоящие из одних раско­сов, или треугольные с дополнительными распорки яв­ляются более жесткими, чем безраскосные, так как обра­зуют н плоскости грани колонны ферму,

Планки создают в плоскости грани колонны без­раскосную систему с жесткими узлами и элементами, работающими на изгиб, вследствие чего безраскоснья решетка оказывается менее жесткой. Если расстояние между ветвями значительно (0,8—1 м и более), то эле­менты безраскоснон решетки получаются тяжелыми; в этом случае следует отдавать предпочтение раскосной решетке.

Безраскосная решетка хорошо выглядит и является более простой, ее часто применяют в колоннах и стойках сравнительно небольшой мощности (с расчетной нагрузкой до 2000..2500 кН). Чтобы сохранить неизменяемость поперечного сечения сквозной колонны, ветви соединяют поперечными диафрагмами через 3..4 м.