Пути усовершенствования балочных конструкций.

Широкое применение и использование балочных конструкций привели к появлению ряда более эффективных и экономичных конструктивных форм, чем традиционные.

1 – столик; 2 – сборочные болты; в – "рыбка" Рисунок 8.24 – Жесткое сопряжения балок

Балки с перфорированной стенкой – "НС" в 1,3¸1,5 раза выше исходного двутавра, что определяется их большой высотой (рисунок 8.25). Конкурируют с решетчатыми конструкциями.

При роспуске двутавра желательно соблюдать следующие зависимости: h₁=(0,6¸0,75)h; a ³ 90 мм; к ³ 250 мм; a=40º-70º.

а – роспуск исходного двутавра; б – сварка сквозного двутавра; в – к расчету сквозного двутавра Рисунок 8.25 – Балки с перфорированной стенкой

Положение сосредоточенных нагрузок должны совпадать с положением сплошных участков стенки.

Для однопролетных сквозных балок более экономичны балки из двух марок сталей – верхняя часть из обычной малоуглеродистой и двутавра с более толстой стенкой, нижняя часть – из более прочной стали и двутавра с более тонкой стенкой.

Бистальные балки. Изготавливают из двух марок стали различной прочности. Вся стенка и пояса вблизи опор балки выполняют из малоуглеродистой стали (рисунок 8.26).

Расчет этих балок учитывает возможное появление пластичности в крайних участках стенки в предположении, что здесь σ=σ^ст_т, а по толщине пояса σ=σ^вп_т.

Проверка прочности балки выполняется по формуле

(8.87)

где а=(R_y^cт/R_y^вп)(h/2)

W_прив=А_fh_ef+W_w·m

R_y^cт; R_y^вп – расчетное сопротивления материалов стенки и верхнего пояса

Длина участка балки с поясами из высокопрочной стали определяется по эпюре М, то есть М_max=R_y^вп·W_прив.·γ_с и М_max= R_y^cт·W·γ_с. Подбор сечения аналогичен обычным составным балкам.

Рисунок 8.26 – Бистальная балка

Предварительно напряженные балки. Удается уменьшить расход металла на 10-20 %, а стоимость балки на 5-12 %, понизить строительную высоту, рационально распределить материал по длине.

Преднапряжение увеличивает протяженность упругой работы стали, может быть создано изгибом отдельных элементов с последующим их сопряжением, высокопрочной затяжкой.

Расчет таких балок в наиболее напряженном сечении ведут в два этапа: проверяют прочность во время преднапряжения и окончательный расчет напряжений балки под нагрузкой.

Балки с гибкой стенкой. Используется фактор закритической работы стенки, которую можно делать более тонкой и достигнуть экономию металла.

Работа и расчет, где 6£ £13, существенно отличаются от традиционных балок. Ребра жесткости ставят на расстоянии (1-1,5)h и каждый отсек проверяется на М и Q.

Рекомендуется применять их при статической нагрузке до 50 кН/м из стали с σ_т до 34,5 кН/см².

Балки с гофрированной стенкой – разновидность тонкостенных, толщина стенки 2-8 мм с гофрами – треугольные, волнистые, трапецеидальные и прямоугольные.

Преимущества – тонкостенность, отсутствие поперечных ребер и более выгодная работа поясов. Недостаток – сложность их изготовления. Перспективной областью их применения являются легкие покрытия производственных зданий пролетом до 30 м.

Монтажные стыки – фланцевые на высокопрочных болтах.

Общепринятой методики расчета нет. Могут быть использованы, при проверке прочности, следующие формулы

(8.88)

Балки с трубобетонным верхним поясом отличаются от традиционных балок отсутствием ребер жесткости и наличием трубобетонного вместо металлического верхнего пояса балки (рисунок 8.27).

Могут служить несущими конструкциями покрытий и перекрытий промышленных и гражданских сооружений при действии статических нагрузок и пролетах 12, 18, 24 м, в отдельных случаях и более.

Замена стальных традиционных балок на рассматриваемые (в пределах указанных пролетов) дают экономию: стали ≈20 %, трудозатрат при изготовлении ≈ на 5-10 %, при монтаже ≈5-7 %, стоимости в деле ≈ до 20 %.

Это достигается за счет полного использования свойств бетона при работе на сжатие и стали – на растяжение, отсутствия ребер, уменьшения сварочных работ и сварных швов, индустриальности изготовления.

Пока, общепринятой методики расчета нет, но можно воспользоваться следующими рекомендациями:

	диаметр стальной трубы Д=(1/4¸1/5)h; толщина стенки – tw =Д/2(2n+1), где n=Ecт/Еb; tw=(1/120¸1/180)×h, но не менее . Размеры нижнего пяса – tf=(2¸3)tw и bf=An/tf. Для заполнения верхнего пояса рекомендуются жесткие бетоны марок 300-400 (класса В20¸В25).
Рисунок 8.27 – Балка с трубобетонным верхним поясом