3. Розрахунок і конструювання зварних балок

В тих випадках, коли немає можливості підбору прокатного елемента (при великих прольотах і навантаженнях) проектують і виготовляють зварні балки.

Основними елементами зварної балки являються: два горизонтальні листи (пояси), вертикальний лист (стінка).

З’єднання поясів і стінки виконується автоматичними зварювальними апаратами.

Розрахунок зварних балок виконують в два етапи: спочатку підбирають переріз, а потім перевіряють його.

4.1 Попередній підбір перерізу.

Підбір перерізу зварної балки виконують в наступній послідовності:

1. Розраховують нормативні і розрахункові навантаження.

2. Визначають розрахункову схему балки і обчислюють розрахункові зусилля і .

3. Знаходять необхідний момент опору по формулі (9) (урахування розвитку пластичних деформацій для балок з змінним перерізом дозволяється тільки для одного перерізу з найбільш небезпечним сполученням зусиль і ).

4. Визначають оптимальну висоту балки за умови мінімальної її ваги.

(15)

де - попередня товщина стінки балки;

- орієнтована висота балки, яку приймають в межах ;

- прольот головної балки;

для зварних балок.

5. Розраховують мінімальну висоту балки за умови достатньої жорсткості.

(16);

де ; - відношення нормативного значення до розрахункового.

6. Призначають висоту балки близькою до оптимальної але не менше мінімальної. За умов уніфікації висота балки повинна бути кратною 100 мм. Висоту стінки балки слід призначати з урахуванням сортаменту (табл. 1 і 2).

7. Визначають товщину стінки з урахуванням наступних вимог: міцності стінки на зріз ; місцевої стійкості (без повздовжніх ребер) - . Якщо товщина стінки, одержана за умови міцності на зріз, буде відрізнятися від попередньо прийнятої більше як на 2 мм, то слід призначити і скорегувати .

8. Компонують переріз поясів, як правило, з одиночних листів універсальної сталі. Площу поясів визначають в такій послідовності: розраховують необхідний момент інерції балки ; призначають товщину поясу балки в межах (8...40 мм) і знаходять висоту стінки балки ; знаходять момент інерції, який припадає на пояси , а потім і необхідну площу перерізу .

Призначати розміри поясу слід з урахуванням стандартних розмірів ширини та товщини листів універсальної сталі, а також дотримуючись наступних вимог:

; ; ; ; .

9. Для закомпанованого перерізу балки розраховують геометричні характеристики , , уточнюють величину і перевіряють його на міцність по нормальним напругам

(17)

і по жорсткості

(18)

При перевірці слід враховувати, що для складених перерізів недонапруга не повинна перевищувати 5%.

Приклад 4.1

Необхідно закомпанувати переріз головної зварної балки при наступних вихідних даних: розміри вічка балочної клітки – 6х12 м; крок балок настилу а=1 м. Решту даних слід взяти з прикладу 3.1.

Розв’язок:

Приймаємо сталь С255, так як головну балку слід віднести до 2 - ї групи конструкцій. Нормативне і розрахункове значення навантажень на головну балку при ширині площі навантаження 6 м.

.

Нормативне і розрахункове значення згинаючого моменту і поперечної сили:

;

;

.

Необхідний момент опору

Оптимальна висота балки

см;

Конструктивна товщина стінки при

Мінімальна висота балки

Приймаємо стінку балки з універсальної сталі розміром 1050x11 мм. Достатність таких розмірів стінки перевіримо за умови:

- міцності стінки на зріз

;

місцевої стійкості стінки без поздовжніх ребер

Таким чином прийняту раніше товщину стінки залишаємо без змін.

Необхідний момент інерції

Момент інерції, який припадає на пояси

Необхідна площа поясу:

Призначаємо площі поясів з урахуванням сортаменту 360x25 мм, при цьому . Відношення: , що знаходиться в рекомендованих межах ,

;

;

;

Відповідають поставленим вимогам, а тому переріз поясу залишаємо без змін. Геометричні характеристики перерізу балки

;

.

Так як дотичні напруження в місці максимального згинаючого моменту дорівнюють , то . Відношення: , звідки =1,092. Нормальні напруження в середньому перерізі балки

Недонапруга , що допустимо.

Жорсткість балки , забезпечена.