Балки (1085791), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Роль касательных напряжений τ существенна, несмотря на то что они часто невелики по значению. В швах с катетом К касательные напряжения
τ =QS/(2IβK), (18,39)
где β — коэффициент (при ручной сварке (β=0,7).
Рис. 18.8. К расчету поясных швов сварных балок:
а — типы швов; б — связующие напряжения σ от изгиба; в — рабочие напряжения τ; г — образование в швах рабочих напряжений τP под сосредоточенной силой Р.
При наличии в вертикальном листе подготовки кромок касательные напряжения определяются по формуле
τ =QS/(IsB). (18,40)
При сварке конструкций, у которых толщина листов sB>4 мм, принимают К≥4 мм.
Прерывистые швы нецелесообразны, так как при этом затрудняется применение автоматической сварки и возникает дополнительная концентрация напряжений.
При наличии на балке сосредоточенных перемещающихся грузов поясные швы принимают некоторое участие в передаче нагрузки с горизонтального листа на вертикальный (рис. 18.8,г). Это имеет место вследствие неплотного их взаимного соприкосновения. Если груз перемещается по рельсу, прикрепленному к поясу балки, то напряжение τP в поясных швах определяется по формуле
τP=nP/ (2z 0,7K), (18,41)
где Р — вес сосредоточенного груза; п — коэффициент, зависящий от характера обработки кромки вертикального листа (обычно п=0,4); z— расчетная длина шва, по которой происходит передача давления с пояса на вертикальный лист, определяется по формуле (18,23).
После вычисления τP определяют условное результирующее напряжение:
Швы, приваривающие ребра жесткости, как правило, на прочность расчетом не проверяются. Они выполняются угловыми с катетом К= (0,3÷0,6) sB, где sB— 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 приваривают.
§ 7. Стыки
Расчет прочности стыков балок (см. рис. 14.22), описанных в гл. 14, производится обычно на изгиб. Напряжение в стыке
Если допускаемое напряжение в соединении (в шве или прилегающем к шву металле) , то такой стык оказывается неравнопрочным целому сечению. В этом случае стыки целесообразно помещать в сечениях, удаленных от зон максимальных моментов, чтобы выполнялось условие
. Если
, а стык должен находиться в зоне, где М имеет максимальное значение, то допускается произвести местное усиление балки привариванием к ее поясам дополнительных горизонтальных листов, увеличивающих момент инерции и момент сопротивления в расчетном сечении. При этом
где — момент сопротивления сечения усиленной балки. К накладкам прибегают редко, так как они являются источником образования концентрации напряжений и их применение ухудшает работу балок под переменными нагрузками.
В некоторых случаях стыки проектируют косыми. Это неудобно в технологическом отношении. Более рационально применение обычных прямых стыков, выполненных технологическим процессом высокого качества.
§ 8. Применение штампованных и гнутых профилей
Типы поперечных сечений балок из штампованных и гнутых профилей показаны на рис. 18.9. Как правило, эти конструкции тонкостенные (s=l÷5 мм). Рационально применение в балках тонкостенных штампованных и гнутых элементов, соединенных контактной точечной сваркой. Дуговая сварка гнутых профилей осложняется, если укладку шва производят по зоне пластической деформации, вызванной в процессе изготовления элемента. В этих зонах возможно старение металла, т. е. ухудшение пластических свойств и образование трещин. Сварные точки и швы располагают в местах, удаленных от зон пластического деформирования.
Рис. 18.9. Облегченные конструкции балок из гнутых и штампованных профилей.
Рис. 18.10. Примеры поперечных сечений балок, сваренных точечной сваркой:
а, б — связующие соединения; в — з — рабочие соединения.
В поперечных сечениях балок, изображенных на рис. 18.10,а, б, точки являются связующими. Они не несут рабочих усилий и расчету на прочность не подлежат. В сечениях балок, изображенных на рис. 18.10,в—з, точки являются рабочими. Срезывающее усилие на единицу длины балки определяется по формуле (18.38). Касательное усилие на участке балки длиной, равной расстоянию между точками t,
T=QSt/I. (18.45)
Шаг (расстояние между точками) t должен быть не менее 30smin в сжатой зоне и не менее 40smin в растянутой, где smin— минимальная толщина стенки.
Срезывающее напряжение в точке находится по формуле
τ=T/2πd2/4), (18.46)
где d — диаметр точки. (В сечении находятся две точки.)
Обычно рабочие напряжения точек в конструкциях указанного типа незначительны.
§ 9. Балки из алюминиевых сплавов
Для алюминиевых балок рекомендуется применение сплавов AB(Al + Mg + Si), алюминиево-магниевых (АМг5, АМг6, АМг61), алюминиево-магниево-цинковых (В92). В этих сплавах в зависи мости от состояния их термической обработки пределы прочности стыковых сварных соединений составляют (0,6÷0,9)
. Чем прочнее сплав, тем ниже коэффициент. Для повышения прочности стыковых соединений в отдельных случаях применяют косые швы. Целесообразно применение прессованных, штампованных и гнутых профилей.
При конструировании алюминиевых балок следует избегать концентрации напряжений, особенно в зонах сварных соединений. На рис. 18.11 показана конструкция узла сопряжения сварных балок из алюминиевых сплавов. Швы располагаются вне зон наибольших нормальных напряжений и зон со значительными концентраторами напряжений.
Рис. 18.11. Конструкция сварного узла балок из алюминиевых сплавов.
Конструкции из алюминиевых сплавов имеют значительно меньшую жесткость по сравнению со стальными (см. § 2 гл. 18). Балки для различных элементов конструкций имеют следующие значения fmax/l:
Подкрановые балки (грузоподъемность крана 50 т) ……………………………………………… 1/600
Балки междуэтажных перекрытий…………………………………………………………………. 1/400—1/200
Балки покрытий……………………………………………………………………………………… 1/250—1/200
Если для сварных алюминиевых балок отношение высоты к толщине вертикального листа составляет hB/sB<80 для сплава АМг, hB/sB≤70 Для сплава АВТ-1 (термически обработанного и искусственно состаренного), то ребра жесткости не ставятся или их ставят друг от друга на расстоянии a=2,4h. Проверка устойчивости стенки, подкрепленной только вертикальными ребрами жесткости (см. рис. 18.6,а), производится из условия
где σ — расчетное напряжение на верхней кромке вертикального листа;
σ 0=210(100sB/hB)2; (18.48)
τ =Q/(sBhB); (18.49)
τ0=10(4,2 + 3,2/v2)(100sB/d)2, (18.50)
где σ0 и τ0 выражены в МПа; d — меньшая из величин а и hB; v — отношение большей стороны прямоугольника, образуемого сторонами а и hB, к меньшей.
Значение коэффициента U определяется в зависимости от эквивалентного напряжения :
σi/[σ]P……………………………… 0,66 0,75 0,9 1,0
U……………………………………. 1,00 0,92 0,7 0,5
Ширина ребер жесткости, выраженная в миллиметрах, определяется из условия bр=hв/30+40 (см. рис. 18.6), а их толщина sp≥bp/12.
Рис. 18.12. Определение коэффициентов ψ(α) для балок из алюминиевых сплавов:
Проверка общей устойчивости сварных алюминиевых балок, работающих под действием изгибающего момента М, производится по формуле
Коэффициент φв определяется из выражения
где 1Х и 1У — моменты инерции сечения балки относительно главных центральных осей; l — длина балки или расстояние между ее закреплениями в горизонтальной плоскости; ψ — коэффициент, определяемый по графику, представленному на рис. 18.12. Параметр α находят из соотношения
Обозначения величин соответствуют рис. 18.6.
При проверке устойчивости поступают следующим образом: по формуле (18.53) находят α и по графику (рис. 18.12) находят ψ, а по формуле (18.52)— φв. Если значения φв >0,67, то вместо φв следует принимать коэффициенты :
……………………………… 0,67 0,8 1,0 1,2 1,4 2,0
……………………………… 0,67 0,75 0,82 0,88 0,93 1,0
Затем проверяют условие (18.51).
§ 10. Опорные части.