Металлическая балка

сварочный кромка шов

Балки являются основным и простейшим конструктивным элементом, работающим на изгиб. Их широко применяют в конструкциях гражданских, общественных и промышленных зданий, в балочных площадках, междуэтажных перекрытиях, мостах, эстакадах, в виде подкрановых балок производственных зданий, в конструкциях гидротехнических шлюзов и затворов и в других сооружениях.

Широкое распространение балок определяется простотой конструкции изготовления и надежностью в работе.

В конструкциях небольших пролетов длиной до 15ч20 м наиболее рационально применять сплошные балки. При увеличении нагрузки длина пролетов увеличивается, известны примеры применения сплошных подкрановых балок пролетом 36 м и более. Такие балки часто бы вают двустенчатыми, т. е. имеют коробчатое сечение.

В зависимости от нагрузки и пролета применяют балки двутаврового и швеллерного сечения, прокатные или составные — сварные, болтовые или клепаные. Предпочтение отдается прокатным балкам как менее трудоемким, но ограниченность сортамента делает невозможным их применение при больших изгибающих моментах.

Чаще применяются балки однопролетные, разрезные, которые наиболее просты в изготовлении и удобны для монтажа. Однако по расходу металла они менее выгодны, чем неразрезные и консольные. Неразрезные балки благодаря наличию опорного момента, разгружающего основные моменты в пролетах, более экономичны по материалу. Они обладают большой чувствительностью к изменениям температуры и осадкам опор, а поскольку в практике строительства рекомендуют делать крайние пролеты меньше средних для сохранения постоянства сечения, то их конструкции являются немассовыми (индивидуальными), а применение их — сравнительно редким.

1. Исходные данные

Группа материала: 10

Длина:

Количество пролетов: 12

Постоянная нагрузка:

Переменная нагрузка:

Частота переменной нагрузки: 0,007 цикл/мин

2. Определение нагрузки, действующеЙ на основные элементы конструкции

Интенсивность нагрузок

Для определения наибольших значений изгибающих моментов, возможных при различной нагрузке отдельных пролетов переменной нагрузкой интенсивностью р, используем данные таблицы 2.1.

Таблица 2.1. Коэффициенты для определения моментов неразрезной пятипролетной балки с равными пролетами

Уравнения пролетных моментов

Уравнения опорных моментов

3. Определение размеров поперечных сечений элементов конструкции

Учитывая возможность местного усиления в сварных узлах, определим необходимые значения моментов сопротивления прокатных двутавров из стали марки 10 по изгибающим моментам в пролетах

По ГОСТ 8239–72 подбираем профили, используя наиболее близкие значения моментов сопротивления

Напряжения в них для сечений в прокате будут равны

Наиболее мощный профиль 20 принимаем в первом и двенадцатом пролетах. Наиболее легкий профиль 18 может поставлен во втором и одинадцатом пролетах, а в остальных пролетах следует использовать профиль 18а.

4. Определение прогиба

Определяем прогиб в третьем пролете неразрезной балки.

Расчетную схему балки в третьем пролете примем такой же, как для балки, свободно опертой на две опоры, нагруженной равномерно распределенной нагрузкой интенсивностью и опорнымимоментами на опорах, равными опорным моментам М₂ и М₃ неразрезной пятипролетной балки.

При этом прогиб от равномерно распределенной нагрузки будет равен

От опорных разгружающих моментов обратный прогиб

Значения опорных моментов определяем для наихудшего варианта загрузки третьего пролета

Обратный прогиб

Результирующий прогиб

Относительное значение прогиба

Таким образом, нормы жесткости для данного случая обеспечены.

5. Определение опорных реакций

Определяем опорные реакции

Определяем перерезывающие силы в местах приложения внешних сил

Определяем изгибающие моменты в местах приложения внешних сил

6. Определение высоты вертикальной стенки сварной составной двутавровой балки

Исходя из условий жесткости, высота вертикальной стенки сварной балки

Принимаем

Тогда

Исходя из условий обеспечения наименьшей массы, высота вертикальной стенки

Предварительно задаемся значением толщины стенки s=8 мм

Предварительно задаемся значением толщины стенки s=6 мм

Таким образом, поставленная задача может иметь следующие два варианта решений, окончательный выбор которых будет зависеть от выбора толщины стенки, которая на данном этапе расчета принята ориентировочно.

7. Определение толщины вертикальной стенки сварной составной балки

Исходя из условий устойчивости толщина вертикальной стенки

— при отсутствии горизонтального ребра жесткости

— при наличии горизонтального ребра жесткости

— при отсутствии горизонтального ребра жесткости

— при наличии горизонтального ребра жесткости Таблица 7.1. Варианты для выбора толщины вертикальной стены

Принимаем при толщине стенки 8 мм высоту для нее 140 см.

8. Определение размеров поперечного сечения поясов сварной составной балки

Площадь сечений пояса должна быть Исходя из условий обеспечения местной устойчивости пояса, его толщина не должна быть менее следующего значения При значении нормальных напряжений R=2400 кгс/см², значения коэффициента И=37.

При этом Откуда Эти условия могут быть обеспечены, если размеры поперечного сечения поясов принять равными s=8 мм, В=352 мм.

При этом площадь пояса будет равна

9. Определение размеров сечения на опоре для сварной составной балки

Принимаем толщину вертикальной стенки принимаем по всему пролету 8 мм.

По условиям прочности на опоре высота вертикальной стенки Округляем значение до h=80 см

10. Оценка ресурса сварных конструкций

Рассчитываем значения порогового коэффициента интенсивности напряжений.

Принимаем исходные данные для расчета:

— размер зерна

— коэффициент Пуассона

— коэффициент упрочнения в истинной диаграмме

— предел текучести Сопротивление микросколу Сопротивление микросколу пластически сдеформированного материала Размер структурного элемента Коэффициент, учитывающий повышение первого главного еапряжения в случае сложного напряженного состояния Пороговый коэффициент интенсивности напряжений Рассчитываем предел выносливости.

Принимаем исходные данные для расчета:

— максимальное напряжение цикла

— минимальное напряжение цикла

— коэффициент поправки на форму трещины Коэффициент ассиметрии цикла Циклический предел текучести Размах коэффициента интенсивности напряжений Минимальный размер микротрещины Предел выносливости Рассчитываем предел выносливости по алгоритму, изменяя коэфиициент ассиметрии цикла за счет изменения значения у_min.

Результаты расчетов приведены в таблице 10.1.

Таблица 10.1. Результаты расчетов

Заключение

При проектировании металлических конструкций необходимо соблюдать следующие требования:

— указания технических правил по экономному расходованию основных строительных материалов;

— выбирать оптимальные в технико-экономическом отношении конструктивные схемы зданий и сооружений, а также сечения элементов;

— максимально применять для зданий и сооружений унифицированные типовые или стандартные конструкции;

— прогрессивные, высокотехнологические конструкции при изготовлении и на монтаже (пространственные системы из однотипных, стандартных элементов; комбинированные конструкции, которые совмещают в себе несущие и ограждающие функции; предварительно напряженные, вантовые и тонколистовые конструкции и комбинированные конструкции из стали двух марок и из тонкостенных прокатных, гнутых и гнутосварных профилей);

— использовать конструкции, обеспечивающие наименьшую трудоемкость их изготовления, транспортирования и монтажа, позволяющие, как правило, поточное изготовление и их конвейерный или крупноблочный монтаж;

— предусматривать применение заводских соединений прогрессивных типов, в том числе: автоматической и полуавтоматической сварки, фланцевых соединений на болтах, с фрезерованными торцами, на высокопрочных болтах и др.;

— выполнять требования государственных стандартов, инструкций и технических условий на соответствующие конструкции, изделия и комплектующие детали.

1. Строительные нормы и правила СНиП II-23−81 (1990)

2. Николаев Г. А. «Расчет, проектирование и изготовление сварных конструкций»

3. Винокуров В. А. «Расчет сварных конструкций»