Металлы. 1. коррозия металла. Основные методы борьбы с коррозией в различных видах конструкций

• Название: 1. коррозия металла. Основные методы борьбы с коррозией в различных видах конструкций
• Анкор: Металлы.doc
• Дата: 22.02.2018
• Размер: 3.21 Mb.
• Имя файла: Металлы.doc
• Тип: Документы; #15795
• страница: 3 из 9

7. ХАРАКТЕРИСТИКА БАЛОЧНЫХ КОНСТРУКЦИЙ. ТИПЫ БАЛОК, КОМПОНОВКА БАЛОЧНЫХ КОНСТРУКЦИЙ (КЛЕТОК)

Общая характеристика балочных конструкций

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 других сооружениях. Рационально применять сплошностенчатые балки в конструкциях не­больших пролетов — до 15—20 м.

Типы балок и их сечений. Основным типом сечения металлических балок является двутавровое симметричное. Мерой эффективности (по расходу материала), т.е. выгодности сечения балки как конструкции, работающей на изгиб, является отношение момента сопротивления к площади сечения, равное ядровому расстоянию ρ = W/A.

В зависимости от нагрузки и пролета применяют балки двутаврового и швеллерного сечения, покатные или составные — сварные, болтовые или клепаные. Предпочтительны прокатные балки как менее трудо­емкие, но ограниченность сортамента делает невозможным их применение при больших изгибающих моментах. Применяются в строительстве и тонкостенные балки, балки из гнутых профилей, прессованные и балки, т.е. балки, сваренные из двух марок стали, а также балки предва­рительно напряженные, составные из алюминиевых сплавов, бистальные.



Компоновка балочных конструкций.

Балочные клетки подразделяют на три основных типа: упрощенный, нор­мальный и усложненный.







В упрощенной балочной клетке (рис. 7.3,а) нагрузка на перекрытие пе­редается через настил на балки настила, располагаемые обычно параллельно меньшей стороне перекрытия на расстояниях а (шаг балок), и через них — на стены или другие несущие конструкции. Из-за небольшой несущей спо­собности плоского настила поддерживающие его балки приходится ставить часто, что рационально лишь при небольших пролетах балок. При частом размещении длинных балок возникает противоречие между получаемой не­сущей способностью и требуемой жесткостью, что неэкономично. Поэтому в балочной клетке нормального типа (рис. 7.3,6) нагрузка с настила передается на балки настила, которые в свою очередь передают ее на главные балки, опирающиеся на колонны, стены или другие несущие конструкции. Балки настила обычно принимают прокатными.

В усложненной балочной клетке (рис. 7.3,б) вводятся еще дополнитель­ные вспомогательные балки, располагаемые под балками настила и опира­ющиеся на главные балки. В балочной клетке этого типа нагрузка передается на опоры наиболее длинным путем. Для уменьшения трудоемкости изготов­ления балочной клетки балки настила и вспомогательные балки обычно принимаются прокатными.

Выбор типа балочной клетки связан и с вопросом о сопряжении балок между собой по высоте, определяющим строительную высоту перекрытия (расстояние между верхом и низом перекрытия). Сопряжение балок может быть поэтажное, в одном уровне и пониженное.

При поэтажном сопряжении (рис. 7.4,а) балки, непосредственно поддер­живающие настил, укладываются на главные или вспомогательные.





Главные балки обычно опирают на колонны и располагают вдоль больших расстояний между ними.

Расстояние между балками настила а (см. рис. 7.3) определяется несущей способностью настила и обычно составляет 0,6—1,6 м при стальном и 2— 3,5 м при железобетонном настиле.

Расстояние между вспомогательными балками обычно назначается в пре­делах 2—5 м; оно должно быть кратно пролету главной балки и меньше ширины площадки. При выборе этого расстояния надо стремиться получить минимальное число вспомогательных балок, и они должны быть прокатными. Установив пролет главных балок и расстояние между балками настила, вы­бирают тип и компонуют балочную клетку таким образом, чтобы общее число балок было наименьшим, балки под настилом и вспомогательные балки были прокатными, а сопряжения между балками были простыми и удов­летворяли имеющейся строительной высоте перекрытия. При этом следует принимать наиболее простой тип балочной клетки с наиболее коротким путем передачи усилий от нагрузки на опоры.

Настилы балочных клеток. Настилы балочных клеток бывают весь­ма разнообразными в зависимости от назначения и конструктивного решения перекрытия. Очень часто поверх несущего настила устраивают защитный настил из дерева, асфальта, кирпича и других материалов.

В качестве настила чаще всего применяют плоские стальные листы или настил из сборных железобетонных плит.
8. ПРОКАТНЫЕ СТАЛЬНЫЕ БАЛКИ. ПОДБОР И ПРОВЕРКА СЕЧЕНИЯ ПРОКАТНЫХ БАЛОК

Прокатные балки

Прокатные балки применяют для перекрытия небольших про­странств конструктивными элементами ограниченной несущей спо­собности, что связано с имеющейся номенклатурой выпускаемых прокатных профилей. Их используют в балочных клетках; для пере­крытия индивидуальных подвалов, гаражей, складских помещений; в качестве прогонов покрытий производственных зданий; в конструк­циях эстакад, виадуков, мостов и многих других инженерных соору­жениях.

В сравнении с составными, прокатные балки более металлоемки за счет увеличенной толщины стенки, но менее трудоемки в изго­товлении и более надежны в эксплуатации. За исключением опор­ных зон и зон приложения значительных сосредоточенных сил, стенки прокатных балок не требуется укреплять ребрами жесткости. Отсутствие сварных швов в областях контакта полок со стенкой су­щественно уменьшает концентрацию напряжений и снижает уровень начальной дефектности.

Подбор сечения.

Исходными данными для подбора сечения прокатной балки яв­ляются геометрические и силовые параметры, а также дополнитель­ные факторы. Геометрические параметры - это схема расположения балок, их пролет и шаг; силовые - это интенсивность постоянной и технологической нагрузок. К дополнительным факторам относятся условия эксплуатации, координаты и виды опорных связей, тип профиля поперечного сечения и др.

Проектирование и расчет начинают с анализа предполагаемой конструктивной схемы сооружения или его фрагмента. В результате формируется расчетная схема балки с указанием типов, мест прило­жения и интенсивности нагрузок. Далее определяют расчетные уси­лия в форме изгибающих моментов и перерезывающих сил, а также характерные максимальные перемещения (прогибы). Расчетные уси­лия вычисляют в сечениях, где каждое из них в отдельности достигает максимальных значений (М_мах, Q_мах), а также в сечениях, где их совместные сочетания неблагоприятны для работы конструкции.

При изгибе балки в одной плоскости и упругой работе стали но­мер прокатного профиля определяют, используя формулу, по требуемому моменту сопротивления:



R_y – расчетное сопротивление стали.

В соответствии с принятым типом сечения (двутавр, швеллер и др.) по сортаменту выбирают ближайший номер профиля, у которого W>W_req.

Проверки назначенного сечения

Проверки несущей способности и деформативности балки по первой и второй группам предельных состояний следует выполнять по уточненным нагрузкам и фактическим геометрическим характе­ристикам сечений.

Проверки на прочность выполняют в точках, где развиваются наибольшие в пределах балки нормальные либо касательные напря­жения, а также в точках, где одновременно присутствуют те и другие напряжения и способны при совместном действии обеспечить переход стали в пластическую стадию.

Проверку на прочность выполняют по следующим формулам.

В сечениях с М=М_max:



При учете пластических деф-ций следует учесть к-т с₁:


В сечениях с Q=Q_max:


Для балок, рассчитываемых с учетом пластических деформаций, а также в опорных сечениях балок:


t и h – толщина и высота стенки балки.

В местах приложения локальной нагрузки, а также в опорных сечениях балки, не укрепленных ребрами жесткости, следует допол­нительно проверять стенку на местные напряжения σ_loc:



F – расчетное значение локальной нагрузки; I_ef=b+2t_f – условная длина распределенной нагрузки.; t_f –расстояние от наружной грани полки до начала внутреннего закругления стенки.

Для балок приведенные напряжения в стенке в уровне ее сопряжения с поясом должны удовлетворять условию:


σ_х – нормальные напряжения в срединной плоскости стенки на уровне начала внутреннего закругления стенки, параллельные оси балки; σ_y – то же, перпендикулярные оси балки.

В случае косого изгиба или изгиба в двух главных плоскостях при τ<0,5R_s следует использовать:



или с учетом пластических деформации





Проверка деформативности (жесткости). Прогибы не должны превышать предельных значений, установленных нормами проектирования:



При невыполнении проверки на жесткость необходимо увели­чить сечения балки и снова определить f_max.

Проверка на общую устойчивость. Общая устойчивость балок, материал которых работает в области упругих деформаций, при из­гибе в одной из главных плоскостей обеспечена и не требует про­верки:

а) при передаче нагрузки через сплошной жесткий настил, не­прерывно опирающийся на сжатый пояс балки и также непрерывно с ним связанный (плиты железобетонные, плоский или профилиро­ванный металлический настил);

б) при отношении расчетной длины участка балки между связя­ми из плоскости к ширине сжатого пояса, не превышающего пре­дельно допустимых значений.

При невыполнении указанных требований общую устойчивость балок следует проверять по формуле:



Проверка балок на выносливость. Балки рабочих площадок, разгрузочных эстакад и др., непосредственно воспринимающие виб­рационные нагрузки с количеством циклов нагружений 10⁵ и более, следует проектировать с применением таких конструктивных реше­ний, которые не вызывают значительной концентрации напряже­ний, и проверять расчетом на выносливость по формуле:



α – к-т, учитывающий кол-во циклов загружений; R_v – расчетное сопротивление усталости; γ_v – к-т, учитывающий вид напряженного состояния и к-т ассиметрии цикла.

Проверка на прочность с учетом хрупкого разрушения. Зоны рас­тяжения в балках, возводимых в суровых климатических районах, следует проверять на прочность по формуле:



σ_max – наибольшее растягивающее напряжение в расчетном сечении Эл-та; β – к-т, зависящий от температуры эксплуатации и вида концентратора напряжений.

9. ПРОВЕРКА ПРОЧНОСТИ И ПРОГИБОВ СОСТАВНЫХ СВАРНЫХ БАЛОК

В тех случаях, когда требуются конструкции, жесткость и несу­щая способность которых превышает возможности прокатных про­филей, используют составные балки. Они могут быть сварными и клепаными, но последние применяют исключительно редко. Наи­большее применение получили балки двутаврового симметричного (рис.5.20, а), реже несимметричного (рис. 5.20, б) сечений. Такие балки состоят из трех элементов - верхнего и нижнего поясов, объе­диненных тонкой стенкой.



Рис. 5.20 Типы сечений составных сварных балок

Проверки прочности балки

Балка в целом должна быть проверена по жесткости и общей ус­тойчивости; характерные сечения балки - по прочности; элементы балки - по местной устойчивости. Исходными данными для прове­рок кроме общих данных задачи, ранее уже использованных при подборе сечения, являются фактические геометрические характери­стики сечения (I, W, S, h, h_w, t_w, b_f, t_f).

Проверки по прочности сводятся к проверкам нормальных, каса­тельных, местных и приведенных напряжений.

Проверка нормальных напряжений. Для балок с упругой стадией работы при изгибе в одной из главных плоскостей:



при изгибе в двух главных плоскостях



где х и у - координаты рассматриваемой точки сечения относительно главных осей.

Для балок, в которых допускаются ограниченные пластические деформации, при изгибе этих балок в одной из главных плоскостей:



α - коэффициент, равный 0,7 для двутаврового сечения изгибаемого в плоскости стенки, в других случаях α= 0.

Если имеет место изгиб в двух главных плоскостях при касатель­ных напряжениях τ< Q,5R_S (кроме опорных сечений), то



Значения с_х, с_у приведены в таблицах.

Раскрывать пластический шарнир или развивать ограниченные пластические деформации можно лишь в отдельном сечении, но не на протяженном участке балки, поэтому для зоны чис­того изгиба вместо коэффициентов c₁, c_x и с_у следует принимать со­ответственно



Проверку касательных напряжений производят по нейтральной оси для сечений с Q = Q_max, как правило, это наблюдается в сечениях около опор балки

При упругой работе материала:



При наличии ослабления стенки отверстиями для болтов левую часть неравенства следует умножить на коэффициент а = a/(a-d), где а - шаг отверстий; d - диаметр отверстий.

При расчёте с учётом развития пластических деформаций:



Проверку местных напряжений проводят для стенки балки в мес­тах приложения нагрузки к верхнему поясу, а также в опорных сече­ниях балки, не укрепленных ребрами жесткости (рис.5.25):











Проверку приведенных напряжений необходимо выполнять в харак­терных сечениях, где возникают неблагоприятные сочетания нор­мальных, касательных и местных напряжений. К характерным сече­ниям относятся сечения у опор в консольных и неразрезных балках, в местах изменения сечений, в местах приложения локальных нагру­зок и др. Проверки выполняются для зоны стенки у пояса.

При отсутствии местных напряжений:



При наличии местной нагрузки или опорной реакции и отсут­ствии ребер жесткости в рассматриваемом сечении:



где σ_х=(Мh_w)/2I – нормальные напряжения в стенке на уровне поясных швов; τ_xy определяют по формуле Журавского для точке на уровне поясных швов:



Прогибы составных балок определяют по принципам строительной механики и сопоставляют их с нормативными.

Проверка деформативности (жесткости). Прогибы не должны превышать предельных значений, установленных нормами проектирования:



При невыполнении проверки на жесткость необходимо увели­чить сечения балки и снова определить f_max.