Понятия об общей устойчивости стальных балок и местной устойчивости полок стальных балок



Мы поможем в написании ваших работ!


Мы поможем в написании ваших работ!



Мы поможем в написании ваших работ!


ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?

Понятия об общей устойчивости стальных балок и местной устойчивости полок стальных балок



Проверка общей устойчивости изгибаемых элементов

Предельное состояние изгибаемого элемента может наступить и до исчерпания прочности - при потере устойчивости плоской фор­мы изгиба (общей потере устойчивости). Это явление аналогично продольному изгибу центрально сжатых стержней. Вначале балка изгибается в своей плоскости, совпадающей с плоскостью главной оси инерции сечений и плоскостью действия внешней нагрузки. Но с достижением балкой критических напряжений она закручивается и выходит из плоскости изгиба. В поясах балки затем появляются пла­стические деформации и при нагрузке, несколько превышающей критическую, балка теряет несущую способность.

Рассмотрим это явление на примере однопролетной двутавровой балки, работающей в условиях чистого изгиба ( рис. 5.10).

Сечение на расстоянии z от опоры в начальный момент потери устойчивости поворачивается на угол b а упругая ось балки повер­нется при этом ( в плане) на угол а .

Основные зависимости между усилиями и деформациями для рассматриваемого сечения запишем в виде

МХ1 » Мх = М;

МУ1 = -Мb

Мz1 = Ма = Mdu/dz,

где МХ1,, МУ1, Мz1 - моменты относительно осей местной системы координат (для рассматриваемого сечения); Мх (М) --действующий в плоскости балки изгибающий момент.

Дифференциальное уравнение изгиба из плоскости балки запи­шется таким образом в виде

d2и/ dz2 = МУ1 / (EJy) = -Мb / (EJy) .

Внешний крутящий момент Mz1 , уравновешивается двумя внут­ренними: от касательных напряжений, вызванных свободным круче­нием Мt и от касательных напряжений, вызванных изгибом полок при стесненном кручении с депланацией сечений Mq (рис. 5.11).

С учетом характера эпюры изгибающих моментов и места при­ложения поперечной нагрузки по высоте сечения выражение для критического момента приобретает следующий вид:

 

где h- учитывает полноту эпюры изгибающих моментов, с - место приложения нагрузки.

Практически расчет сводится к введению коэффициента сниже­ния напряжений jb = scr / sm . Коэффициент jbзаписывается в функ­ции от y= BRy/E.

Расчетная формула проверки общей устойчивости балки:

M /jbW £ Rygc

Значения jb определяют с учетом влияния возможного развития пластических деформаций при совместном действии косого изгиба и кручения в момент потери устойчивости; их принимают равными:

jb = j1 При j1 £ 0,85

jb = 0,68 + 0,21 jb (но не более 1) при j1 > 0,85.

 

Устойчивость полки изгибаемого стержня.

На примере полки стального изгибаемого стержня приведем схему аналитической оценки условий устойчивости пластинки и определения ее парамет­ров, заведомо гарантирующих местную устойчивость полки при полном использовании прочности стали. Примем (в запас устойчи­вости) шарнирное опирание полки на стенку (рис. 5.13). Пластинка, сжатая усилиями Р, будет неустойчивой, если станет возможным ее равновесие в искривленном состоянии.

 

Соотношение размеров сечения полки, при котором заведомо обеспечена местная устойчивость, может быть найдено из условия полного использования прочности материала (Ry).

На практике приходится учитывать возможные начальные несовершенства элементов (погнутости, изгиб под попе­речной нагрузкой) и другие неблагопри­ятные факторы. Так, для не-окаймленной полки двутавра и тавра оно составляет

 

 

Типы сечений стальных сплошных и сквозных центрально сжатых колонн

СПЛОШНЫЕ КОЛОННЫ

Обычно сечение сплошной колонны проектируют в виде широкопо­лочного двутавра, прокатного или сварного, наиболее удобного: в изго­товлении с помощью автоматической сварки и позволяющего просто осуществлять примыкание поддерживаемых, конструкций. Чтобы колонна была равноустойчивей, гибкость ее в плоскости оси х должна быть равна гибкости в плоскости оси у.

Обычный прокатный двутавр вследствие незначительной ширины его полок меньше всего отвечает требованию равноустойчивости и по­этому применяется редко.

У прокатного широкополочного двутавра может быть b=hчто не удовлетворяет условию равноустойчивости, но все же дает сечение, вполне пригодное для колонн.

Сварные колонны, состоящие из трех листов достаточ­но экономичны по затрате материала, так как могут иметь развитое сечение, обеспечивающее колонне необходимую жесткость. Сварной двутавр является основным типом сечения сжатых колонн.

Автоматическая сварка обеспечивает дешевый, индустриальный спо­соб изготовления таких колонн.

Равноустойчивыми в двух направлениях и также простыми в изго­товлении являются колонны крестового сечения. При небольших нагрузках они могут составляться из двух уголков крупного калибра из трех листов свариваются тяжелые колонны.Из условия местной устойчивости свободный выступ листа крестовой ко­лонны не должен превышать 15—22 толщин листа в зависимости от общей гибкости колонны.

При одинаковых габаритах крестовое сечение колонн обладает боль­шей жесткостью, чем двутавровое, так как его радиусы инерции ix = iy= 0,29b больше, чем у двутавра iy=0,24b. В тяжелых колоннах это не имеет существенного значения, так как у них гибкости обычно бывают небольшими и коэффициенты φ близкими к единице.

Крестовое сечение можно усилить дополнительными листами присоединяемыми электрозаклепками.

Простыми, но ограниченными по площади и менее экономичными по расходу стали получаются колонны из трех прокатных профилей.Весьма рациональны колонны трубчатого сечения с ра­диусом инерции i=0,35dcp, где dcp — диаметр окружности по оси лис­та, образующего колонну.

Сварка дает возможность получить колонны замкнутого сечения и других типов, например из двух швеллеров, которые при больших нагрузках могут быть усилены листами, или из уголков.

Весьма экономичное сечение легкой колонны может быть получено из тонкостенных гнуто-сварных профилей .Преимуществами колонн замкнутого сечения являются равноустойчивость, компактность и хороший внешний вид; к недостаткам относит­ся недоступность внутренней полости для окраски. Чтобы избежать кор­розии, такие колонны должны быть защищены от проникания внутрь влаги.

При заполнении стальной трубы бетоном получается эффективная комплексная конструкция (трубобетонная), в которой труба является оболочкой, стесняющей поперечные деформации заключенного внутри бетонного цилиндра. В этих условиях работы прочность бетона на сжа­тие значительно увеличивается, исключаются потери местной устойчиво­сти трубы и коррозии внутренней ее поверхности.

Рационально применять тонкостенные трубы (толщина стенки 1/50— 1/150 от диаметра трубы), но по условиям эксплуатации и возможности прикрепления примыкающих элементов к трубе они должны быть не тоньше 3—4 мм. В трубобетонном стержне бетон работает в основном на сжатие, а труба — на поперечное растяжение. Трубы могут быть как из малоуглеродистой, так и из низколегированной стали, бетон приме­няют высоких марок — от 250 до 500 и выше.

 
 


СКВОЗНЫЕ КОЛОННЫ

Типы сквозных колонн

Стержень сквозной центрально-сжатой колонны обычно состоит из двух ветвей (швеллеров или двутавров), связанных между собой ре­шетками.Ось, пересекающая ветви, называется матери­альной; ось, параллельная ветвям, называется свободной. Расстояние между ветвями устанавливается из условия равноустойчивости стержня.

Швеллеры в сварных колоннах выгоднее ставить полками внутрь, так как в этом случае решетки получаются меньшей шири­ны и лучше используется габарит колонны.

Более мощные колонны могут иметь ветви из прокатных или свар­ных двутавров.

В сквозных колоннах из двух ветвей необходимо обеспечивать зазор между полками ветвей (100—150 мм) для возможности окраски внут­ренних поверхностей.

Стержни большой длины, несущие небольшие нагрузки, должны иметь для обеспечения необходимой жесткости развитое сечение, поэто­му их рационально проектировать из четырех уголков, соединенных ре­шетками в четырех плоскостях. Такие стержни при неболь­шой площади сечения обладают значительной жесткостью, однако тру­доемкость их изготовления больше трудоемкости изготовления двухветвевых стержней.

При трубчатом сечении ветвей возможны трехгранные стержни , достаточно жесткие и экономичные по затрате металла.

Решетки обеспечивают совместную работу ветвей стержня колонны и существенно влияют на устойчивость колонны в целом и ее ветвей. Применяются решетки разнообразных систем: из раскосов, из раскосов и распорок и безраскосного типа в виде пла­нок.

В случае расположения решеток в четырех плоскостях возможны обычная схема и более экономичная треуголь­ная схема «в елку» .

В колоннах, нагруженных центральной силой, возможен изгиб от случайных эксцентриситетов. От изгиба возникают поперечные силы, воспринимаемые решетками, которые препятствуют сдвигам ветвей ко­лонны относительно ее продольной оси.

Треугольные решетки, состоящие из одних раскосов, или треугольные с дополнительными распорками являются более жесткими, чем безраскосные, так как образуют в плоскости гра­ни колонны ферму, все элементы которой при изгибе работают на осе­вые усилия, однако они более трудоемки в изготовлении.

Планки создают в плоскости грани колонны безраскос­ную систему с жесткими узлами и элементами, работающими на изгиб, вследствие чего безраскосная решетка оказывается менее жесткой. Ес­ли расстояние между ветвями значительно (0,8—1 м и более), то эле­менты безраскосной решетки получаются тяжелыми; в этом случае сле­дует отдавать предпочтение раскосной решетке.

Безраскосная решетка хорошо выглядит и является более простой, ее часто применяют в колоннах и стойках сравнительно небольшой мощ­ности (с расчетной нагрузкой до 2000—2500 кН).

Чтобы сохранить неизменяемость контура поперечного сечения сквозной колонны, ветви колонн соединяют поперечными диафрагмами, которые ставят через 3—4 м по высоте колонны.

 

 

 

9. Конструкции баз стальных колонн при различных вариантах сопряжении с фундаментом (шарнирное, жесткое)

Конструкция базы должна отвечать принятому в расчетной схеме колонны способу сопряжения ее с основанием. При шарнирном сопря­жении база при действии случайных моментов должна иметь возмож­ность некоторого поворота относительно фундамента, при жестком со­пряжении необходимо обеспечить сопряжение базы с фундаментом, не допускающее поворота.

По конструктивному решению базы могут быть с траверсой, с фрезерованным торцом и с шарнирным устрой­ством в виде центрирующей плиты.

При сравнительно небольших расчетных усилиях в колоннах (до 4000—5000 кН) чаще применяются базы с траверсами. Траверса вос­принимает нагрузку от стержня колонны и передает ее на опорную пли­ту. Чтобы увеличить равномерную передачу давления с плиты на фун­дамент, жесткость плиты увеличивают дополнительными ребрами между ветвями траверсы. В легких колоннах роль тра­версы могут выполнять консольные ребра, приваренные к стержню ко­лонны и опорной плите. В колоннах с большими расчетны­ми усилиями (6000—10000 кН и более) целесообразно фрезеровать торец базы. В этом случае траверса и ребра отсутствуют и плита, что­бы равномерно передать нагрузку на фундамент, должна иметь значи­тельную толщину. Конструкция базы с фрезерованным торцом значи­тельно проще и в этом случае позволяет вести монтаж более простым, безвыверочным способом.

Базы с шарнирным устройством четко отвечают рас­четной схеме, но из-за большей сложности монтажа в колоннах применяются редко. При шарнирном сопряжении колонны с фундаментом анкерные бол­ты ставятся лишь для фиксации проектного положения колонны и за­крепления ее в процессе монтажа. Анкеры б этом случае прикрепляют­ся непосредственно к опорной плите базы; благодаря гибкости плиты обеспечивается необходимая податливость сопряжения при действии случайных моментов. При жестком сопряжении анке­ры прикрепляются к стержню колонны через выносные консоли и затя­гиваются с напряжением, близким к расчетному сопротивлению, что устраняет возможность поворота колонны. Диаметр анкерных болтов при шарнирном сопряжении принимают равным d = 20 — 30 мм, а при жестком d = 24 — 36 мм. Для возможности некоторой передвижки колонны в процессе ее установки диаметр отвер­стия для анкерных болтов принимается в 1,5 — 2 раза больше диаметра анкеров. На анкерные болты надевают шайбы с. отверстием, которое на 3 мм больше диаметра болта, и после натяжения болта гайкой шайбу приваривают к базе.

 

 



Последнее изменение этой страницы: 2016-08-14; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы!

infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 35.173.234.169 (0.006 с.)