Подбор сечений составных балок. Определение оптимальной и минимальной высоты. Назначение толщины стенки. Определение размеров полок.

Составные балки применяются, когда не выполняется услови прочности, жёсткости и общей устойчивости или составные балки получаются экономичнее прокатных. Они могут быть сварные или на высокопрочных болтах. Балки на болтах применяются при динамических воздействиях или в случаях, где требуются развитые пояса. Применяются составные балки в общем случае, тогда, когда

см³.

1. Подбор сечения

Подбор сечения начинается с определения высоты балки. Её высота определяется исходя из трёх условий:

1. Минимальных расход материала – оптимальная высота.

2. Обеспечение жёсткости – минимальная высота.

3. Высота балки не должна превышать строительныю высоту – оптимальная высота.

Вес балки состоит из веса поясов и веса стенки:

С увеличением высоты балки масса поясов уменьшается, а масса стенки увеличивается

Так как функции массы поясов и стенки с изменением высоты балки изменяются неодинаково одна убывает, а друrая возрастает (как это видно из формулы массы балки), то должно быть наименьшее значение суммы обоих функций, т. е. должна быть высота, при которой сумманый вес поясов и стенки будет наименьщим. Такая высота называется оптимальной, так как она определяет наименьший расход материала на балку.

с - доля момента, воспринимаемого поясами балки; М - расчетный момент, действующий на балку; R - расчетное сопротивление материала балки; h – высота балки; t_ω - толщина стенки балки; ψ_п и ψ_с – коэф-ты учитывающие увеличение массы элементов в зависимости от типа балки; ρ – плотность металла.

Определяя минимум массы балки, берем производную от выражения массы балки по ее высоте и приравниваем ее нулю:

, откуда при

,получим

к – коэф-т учитывающий тип балки

к = 1,2-1,15 – для сварных балок

к = 1,25-1,2 – для балок на болтах

Наименьшая рекомендуемая высота баки h_мин определяется жесткостью баки - ее предельным проrибом. Минимальную высоту балки можно получить их формулы прогиба.

rде рⁿ и gⁿ временная и постоянная нормативные наrрузки на 1 м длины балки (без коэффициента перегрузки); 1-пролет балки; EI – жесткость балки на изгиб. Подставляя в формулу прогиба

, получим

, но

и

или

1. h_opt > h_mim

Т.к. в области минимума функции вес балки меняется незначительно, окнчательная высота балки назначается на 10-15% меньше оптимальной или больше минимальной, когда

2. h_opt < h_mim для этого случая сечение балки подбирается с перерасходом материала, поэтому переходят к другой марке стали с меньшими значениями R_y. Если по заданию на проектирование нельзя менять марку стали, то высота балки назначается из стандартных листов по ширине. Ширина листа не должна превышать 2200 мм.

h_ω=b_лист-10 мм

Толщина стенки.

Стенка балки работает на срез. Её толщин аопределяется из формулы для касательных напряжений Журавского:

,

где Q-максимальная поперечная сила; S- статнческий момент полусечения балки

относительно иейтральиой оси; 1-момент инерции сечения балки; Rc -расчетное

сопротивление материала стенки на срез.

Для балок оптимального значения, когда площадь стенки равняется площади поясов

Эта формула применяется, когда попереная сила воспринимается как стенкой так и нижними полками, когда опирание балок происходит через нижнюю полку.

При опирании разрезной сварной балки при помощи опорного ребра, приваренного к торцу балки, можно считать, что в опорном сечении балки на касательные напряжения работает только стенка, а пояса еще не включились в работу сечения балки.

Для обеспечения местной устойчивости стенки от действия нормальных напряжений:

Для балок h=(1…2) м толщину стенки определяют по формуле:

мм,

мм мм

Для балок l=(12-16)м t_ω=(10-12)мм

Пояса балок проектируются из одиночных листов. При рименении полок или поясов из двух или более листов, которые соединяются между собой фланговыми швами, происходит неравномерное расспределение напряжений по ширине листов.

; ; мм

Из условия обеспечения общей устойчивости балки должно выполняться, что

Из конструктивных соображений

мм

Для обеспечения местной устойчивости полки должно выполняться условие

b_ef – консоль(свес) полки;

Ширина растянутой полки

Проектируются полки из цельных листов по ширине. После подбора сечения проверяется прочность по нормальным напряжениям.