В тех случаях, когда балки работают на кручение, применение балок двутаврового профиля становится нецелесообразным.
Напряжение от кручения в незамкнутых профилях (двутавровых, уголковых и т. д.) равно (Рис. 7.5,а)
|
|
( 7.6) |
где Vi — коэффициент, приближенно равный 0,33.
α=1 для уголка; α=1,3 для двутаврового профиля;
|
Рис. 7.5 К расчету балки на кручение: а) двутаврового открытого профиля; б) трубчатого закрытого профиля |
ai — наибольший размер стороны прямоугольника (вертикального или горизонтального листа);
si—наименьший размер стороны того же прямоугольника;
smax—наибольшая толщина профиля.
Так как момент сопротивления оказывается, как правило, малым, то напряжение τ значительно.
При кручении целесообразно применение сварных балок коробчатого поперечного сечения. Напряжение от крутящего момента с достаточной степенью точности может быть найдено по формуле
|
Рис. 7.6. К расчету поясных швов сварных балок: а) швы без подготовки кромок, б) связующие напряжения от изгиба, в), г) примеры сварных соединений в различных профилях балок, д) образование в швах рабочих напряжений τp под сосредоточенной силой |
где F—площадь сечения прямоугольника (Рис. 7.5, б), ограниченного штрихпунктирными линиями;
smin — наименьшая толщина вертикального или горизонтального листа.
Так как F велико, то напряжение τ оказывается незначительным.
Сварные соединения
Горизонтальные листы соединяются с вертикальными поясными швами. Они, как правило, угловые (Рис. 7.6, а) и в редких случаях при наличии сосредоточенных перемещающихся грузов большой величины или действии переменных нагрузок — с подготовкой кромок.
Если балка работает на поперечный изгиб, то в поясных швах возникают связующие нормальные напряжения σ вследствие совместной деформации шва и основного металла, которые в учет не принимаются (Рис. 7.6, б), и рабочие касательные τ (Рис. 7.6, е). Поясные швы обеспечивают работу на изгиб всего сечения как единого целого. Срезывающие усилия на уровне крайних кромок вертикального листа на единицу длины определяются по формуле
где Q—расчетная поперечная сила в рассматриваемом сечении;
J—момент инерции всего сечения;
S — статический момент площади пояса (горизонтального листа и рельса, если таковой имеется) относительно центра тяжести сечения балки.
Касательные напряжения τ от усилия Т являются рабочими. Их роль в балке существенна, несмотря на относительно небольшую величину.
В швах с катетом к касательные напряжения равны
При наличии в вертикальном листе подготовки кромок определение касательных напряжений производится по формуле
При сварке конструкций, у которых толщина листов s>4 мм, величину к принимают также > 4 мм.
Прерывистые швы нецелесообразны, так как при этом затрудняется применение автоматической сварки.
При наличии на балке сосредоточенных перемещающихся грузов поясные швы принимают некоторое участие в передаче нагрузки с горизонтального листа на вертикальный (Рис. 7.6, д). Это имеет место вследствие неплотного их взаимного соприкосновения. Если груз перемещается по рельсу, прикрепленному к поясу балки, то напряжение τр в поясных швах определяется по формуле
|
|
( 7.7) |
где Р—величина сосредоточенного груза;
n—коэффициент, зависящий от характера обработки кромки вертикального листа (обычно n=0,4);
z—расчетная длина шва, по которой происходит передача давления с пояса на вертикальный лист
![clip_image107[1]](/images/stories/clip_image1071_thumb_bafdaf3d2f124602c903d79f2baad395.gif "clip_image107[1]")
.
После вычисления τр по ( 7.7) определяют условное результирующее напряжение
Швы, приваривающие ребра жесткости, как правило, расчетом на прочность не проверяются. Они выполняются угловыми, с катетом к=0,5— 1,0sв, где sв—толщина вертикального листа. Эти швы в опорных сечениях, а также в местах приложения сосредоточенных сил непременно выполняют непрерывными. Ребра жесткости вне опорных сечений в наиболее напряженных волокнах растянутой зоны иногда не привариваются.
|
Рис. 7.7 Стыки сварных двутавровых балок a) универсальные (все элементы стыкуются в одном сечении), б) частичные, в) со вставками |
Стыки
|
|
( 7.8) |
Расчет прочности стыков балок (рис. 14-15) производится обычно на изгибающий момент. Напряжение в стыке равно
Если допускаемое напряжение в соединении (в шве или прилегающем к шву металле) [σ’]р принимается меньше [σ]р, то такой стык оказывается неравнопрочным целому сечению. В этом случае стыки целесообразно помещать в сечениях, удаленных от зон максимальных моментов, и ( 7.8) в этих условиях удовлетворяется.
Если σ>[σ']р, а стык должен находиться в зоне, где σ имеет максимальное значение, то допускается произвести местное усиление балки привариванием к ее поясам дополнительных горизонтальных листов, увеличивающих ее момент инерции и момент сопротивления в расчетном сечении. При этом
где W'—момент сопротивления сечения балки усиленной приваркой накладок. К накладкам прибегают редко, так как они являются источником образования концентрации напряжений. В некоторых случаях стыки проектируют косыми. Они неудобны в технологическом отношении. Более рационально применение обычных прямых стыков, выполненных технологическим процессом высокого качества.