Перевірка та забезпечення місцевої стійкості елементів балок
У балках втратити стійкість можуть стиснутий пояс від дії нормальних напруг і стінка від дії дотичних або нормальних напруг, а також від їхньої спільної дії. Втрата стійкості одним з елементів балки повністю або частково виводить його з роботи, робочий переріз балки зменшується, часто стає несиметричним, центр вигину зміщується, і це може призвести до передчасної втрати несучої здатності всієї балки.
Елементи балки можуть втратити стійкість, тільки якщо напруги, що діють у балці, або їх спільний вплив більше критичних напруг втрати стійкості.
Розглянемо окремо стійкість пояса та стінки балки.
16.Стійкість стисненого пояса. Стислий пояс являє собою довгу пластинку, шарнірно прикріплену своєю довгою стороною до стінки балки і навантажену рівномірно розподіленим за перерізом пластини нормальною напругою, що діє уздовж довгої сторони пластини. Втрата стійкості такої пластини відбувається шляхом хвилеподібного витріщення її країв. Шарнірне закріплення пояса стінкою приймається в запас міцності тому, що гнучка стінка не здатна чинити сильний опір повороту пояса при втраті стійкості його вільних країв.
Для забезпечення стійкості пояса при його пружній роботі необхідно дотримуватись відношення звису пояса до його товщини, що не перевищує значень, отриманих за формулою:
,
де bef - звисання пояса (половина ширини пояса).
tf – товщина пояса.
16.Стійкість стінки.Стінка являє собою довгу тонку пластину, що зазнає дії дотичних і нормальних напруг, які можуть викликати втрату її стійкості. Але стійкості стінки зазвичай досягають не збільшенням її товщини (черезвеликих розмірів стінки цей шлях привів би до великого перевитрати матеріалу), а зміцненням її спеціальними ребрами жорсткості, розташованими нормально до поверхні витріщання листа і збільшують жорсткість стінки
Відповідно до СНиП, потрібно зміцнювати стінку балки поперечними ребрами жорсткості при:
відсутність місцевого навантаження на пояс балки
>3,2;
при дії місцевого навантаження на пояс балки
>2.2;
за дії великих зосереджених вантажів - під кожним вантажем.
Відстань між поперечними ребрами жорсткості має перевищувати 2 ∙ h0.
Ширина кожного з парних симетричних ребер жорсткості повинна бути не меншою за bp= h0/30 + 40 мм.
Ребра жорсткості слід приварювати у стінці суцільними односторонніми швами мінімальної товщини, не доводячи їх на 40 - 50 мм до поясних швів з метою зменшення дії зон термічного впливу швів.
Стики балок
Розрізняють два типи стиків балок: заводські та монтажні (укрупнювальні).
Заводські стики являють собою з'єднання окремих частин будь-якого елемента балки (стінки, пояси), що виконуються через недостатню довжину наявного прокату. Їхнє розташування обумовлено довжиною прокату або конструктивними міркуваннями (стик стінки не повинен збігатися з місцем примикання допоміжних балок, з ребрами жорсткості тощо). Щоб ослаблення перерізу балки заводським стиком було дуже велике, стики окремих елементів зазвичай розташовують у різних місцях по довжині балки, т. е. вразбежку.
Монтажні стики виконуються при монтажі, вони необхідні тоді, коли маса або розміри балки не дозволяють перевезти та змонтувати її повністю. Розташування їх має передбачати членування балки на окремі відправніелементи, по можливості однакові (у розрізній балці стик розташовують у середині прольоту або симетрично щодо середини балки), що задовольняють вимогам транспортування та монтажу найпоширенішими засобами.
Стики прокатних балок (заводські та монтажні) виконують, як правило, зварними.
Спирання та сполучення балок
Споруження балок.Сполучення головних і другорядних балок між собою бувають: поверхові, в одному рівні верхніх поясів і зі зниженим розташуванням верхніх поясів другорядних балок (рис.).
Мал. Сполучення балок шарнірне
а - поверхове; б – в одному рівні на болтах; в - знижене
Поверхове сполучення (рис. а) є найпростішим, але воно через можливий відгин пояса головної балки може передавати лише невеликі опорні реакції. Це поєднання можна посилити, поставивши під допоміжною балкою ребро жорсткості і пригнавши його верхній торець до верхнього пояса головної балки для запобігання відгину.
Сполучення в одному рівні та знижене сполучення здатні передавати великі опорні реакції. Незручність сполучення в одному рівні (рис. б) – необхідність вирізу верхньої полиці та частини стінки допоміжної балки. Цей виріз послаблює її перетин та збільшує трудомісткість сполучення; крім того, кількість болтів, які можна розмістити на стінці балки, обмежена. Уникнути цих незручностей можна, приваривши на заводі до торця допоміжної балки коротуха з куточка, і вже його сполучати на монтажі болтами або зварюванням з ребром жорсткості головної балки (мал.).
У цих сполученнях опорна реакція зі стінки допоміжної балки, що примикає, передається через болти або монтажне зварювання на спеціальне ребро, що зміцнює стінку головної балки. Уяк працюючі застосовують болти нормальної точності, а при великих опорних реакціях допоміжних балок - високоміцні болти.
Усі розглянуті сполучення балок працюють як шарнірні. При необхідності жорсткого сполучення балок (рис.) вводять «рибки» (при однаковій висоті балок) або «рибку» та столик (при різній висоті балок). У такому поєднанні виникає не тільки поперечна сила, що передається на болти, що прикріплюють стінку допоміжної балки до ребра головної балки або безпосередньо на столик, а й опорний момент, що передається через спеціальні накладки-рибки або через рибку і столик.
Мал. Жорстке сполучення балок
Центрально стислі колони
Центрально-стислі колони (рис. а) застосовуються для підтримки міжповерхових перекриттів та покриттів будівель, у робочих майданчиках, шляхопроводах, естакадах тощо.
Мал. Схеми центрально стиснутих стрижнів
Колони передають навантаження від вищележачої конструкції на фундаменти і складаються з трьох частин:
оголовок, який спирається вищележача конструкція, навантажує колону;
стрижень - основний конструктивний елемент, що передає навантаження від оголовка до бази;
база, яка передає навантаження від стрижня на фундамент.
Колони та стислі стрижні бувають суцільними або наскрізними.
Суцільні колони
Зазвичай переріз суцільної колони проектують у вигляді широкополочного двотавра, прокатного або зварного. Різні типи перерізів суцільних колон показано на рис.
Щоб колона була рівностійкою, гнучкість її в площині осіхповинна дорівнювати гнучкості в площині осіу.
Прокатний двотавр внаслідок незначної ширини його полиць найменше відповідає вимогі рівностійкості і томузастосовується рідко.
Мал. Типи перерізів суцільних колон
У прокатного широкополочного двотавра (рис. а) може бутиb = h,що не задовольняє умові рівностійкості, але все ж дає перетин, цілком придатний для колон.
Зварні колони, що складаються з трьох листів (мал. б), досить економічні за витратою матеріалу, так як можуть мати розвинений перетин, що забезпечує колоні необхідну жорсткість. Зварний двотавр є основним типом перерізу стиснутих колон.
Рівностійкими у двох напрямках і простими у виготовленні є колони хрестового перерізу. При невеликих навантаженнях можуть складатися з двох куточків великого калібру (рис. в); із трьох листів зварюються важкі колони (рис. г).
Простими, але обмеженими за площею та менш економічними за витратами стали виходять колони з трьох прокатних профілів (рис. 8.2, е).
При заповненні сталевої труби бетоном виходить ефективна комплексна конструкція (трубобетонна), в якій труба є оболонкою, що обмежує поперечні деформації укладеного всередині бетонного циліндра. У цих умовах роботи міцність бетону на стиск значно збільшується, виключаються втрати місцевої стійкості труби та корозії її внутрішньої поверхні.
Труби можуть бути з маловуглецевої, і низьколегованої сталі, бетон застосовують високих марок - від 250 до 500 і вище.
Наскрізні колони
Стрижень наскрізної центрально-стиснутої колони зазвичай складається з двох гілок (швеллерів або двотаврів), пов'язаних між собою ґратами (рис. а-в). Вісь, що перетинає гілки, називається матеріальною; вісь, паралельна гілкам, називається вільною. Відстань між гілками встановлюється за умови рівностійкості стрижня.
Мал. Типи перерізів наскрізних колон
Швелери в зварних колонах вигідніше ставити полицями всередину (мал. а), тому що в цьому випадку решітки виходять меншою ширини і краще використовується габарит колони.
Більш потужні колони можуть мати гілки з прокатних або зварних двотаврів (рис. в).
У наскрізних колонах із двох гілок необхідно забезпечувати зазор між полицями гілок (100-150 мм) для можливості фарбування внутрішніх поверхонь.