Металеві конструкції

ПОПЕРЕДНЬО НАПРУЖЕНІ БАЛКИ

Попереднє напруження є одним з найефектив­ніших способів зниження матеріаломісткості ба­лок. При цьому часто знижується і вартість. Найчастіше економія металу становить 10...20 %, вартість знижується на 5... 12 %. Напружені балки мають підвищену жорсткість, що дає змогу сут­тєво зменшити їхню висоту і відповідно об'єм будівлі.

Зазначеної ефективності найчастіше досяга­ють шляхом:

1) створення у перерізі балки напруженого стану, протилежного за знаком станові від зов­нішнього навантаження. Таким чином, при заван­таженні у балці спочатку компенсуються зусилля від попереднього напруження і лише після цього вона працює як звичайна. Це подовжує ділянку її пружної роботи;

2) використання високоміцних сталей у вигляді затяжок з пучків, тросів, канатів. Правильно діб­ране значення попереднього натягу зятяжок та­кож дає змогу зменшити прогин балки, тобто підвищити її жорсткість.

Методи попереднього напруження балок. 1. Вигин частин перерізу балки у напрямку, про­тилежному її прогину від зовнішнього наванта­ження, з подальшим з'єднанням цих частин в один переріз (рис. 5.21).

Після попереднього вигину і зварювання за­микального шва частини балки залишаються де­формованими, а в їхніх перерізах діють взаємно зрівноважені залишкові напруження, епюри яких зображені на рис. 5.21, в. Накладаючи на цей за­лишковий деформований стан напруження від зовнішнього навантаження (рис. 5.21, г), отри-

3. Високоміцні затяжки встановлюють у зонах, де діють найбільші напруження (рис. 5.23, а). Нижній пояс проектують значно меншим від верхнього, оскільки його частково замінює затяж­ка (рис. 5.23, б). При натягу затяжки зусиллям Nq на балку діє згинальний момент М = N0 • е, який зумовлює у перерізах балки нормальні на­пруження (рис. 5.23, е), протилежні напруженням від зовнішнього навантаження. Таким чином, до­сягають не лише розвантаження балки, а й змен­шення нормальних напружень у її перерізах. Балка має зайвий зв'язок (затяжку) і тому є ста­тично невизначеною. Розраховуючи таку балку, доцільно за невідоме приймати зусилля у затяжці. При обчисленні прогинів враховують вигин балки від попереднього натягу затяжки.

1

ПОПЕРЕДНЬО НАПРУЖЕНІ БАЛКИ

1-1

У багатопролітних нерозрізних балках, врахо­вуючи, що поблизу опор діють також значні зги­нальні моменти, затяжки встановлюють не тільки у прольотах, але й над опорами відповідно до ха­рактеру епюри згинальних моментів.

Муємо у перерізах такий розподіл напружень, який відповідає шарніру пластичності (рис. 5.21, б). Тобто міцність матеріалу всього перерізу вико­ристовується повністю, без його пластичного де­формування, яке супроводжується надмірними прогинами. Таким чином вдається не лише зеконо­мити матеріал, а й підвищити жорсткість перерізу.

ПОПЕРЕДНЬО НАПРУЖЕНІ БАЛКИ

Рис. 5.21. Напруження балки попереднім вигином

Частин перерізу: а — схема напруження: б — найпоширеніші перерізи; в. г, д — епюри напружень відповідно від попереднього вигину, зовнішнього навантаження та сумарна; 1 — замикальний шов.

Ст»+ст.

Л

2. Метод попереднього напруження перемі­щенням опор найчастіше використовують у не­розрізних конструкціях мостів. Переміщують опо­ри (на рис. 5.22 опускають крайні) таким чином, щоб у зонах дії максимальних згинальних момен­тів від зовнішнього навантаження створити про­тилежні за знаком зусилля. При додаванні зги­нальних моментів від зовнішнього навантаження (рис. 5.22, а) і від переміщення опор (рис. 5.22, б) відбувається вирівнювання значень згинального моменту по довжині балки (рис. 5.22, е), що спро­щує конструювання і дає змогу зменшити висоту перерізу.

5.8.3. БАЛКИ З АЛЮМІНІЄВИХ СПЛАВІВ

IE

IT

ПОПЕРЕДНЬО НАПРУЖЕНІ БАЛКИ

ЧЦЩЦЛ'

ПОПЕРЕДНЬО НАПРУЖЕНІ БАЛКИ

^ТтПТТМШ

МШттггтг^

■чщду

Передумовою ефективного використання алюмі­нієвих сплавів є зменшення маси конструкцій та витрат, зумовлених транспортуванням і монта­жем. їм властива майже утричі нижча густина порівняно зі сталлю. Водночас для цих сплавів

WT

---------------------- *----

Mn

ПОПЕРЕДНЬО НАПРУЖЕНІ БАЛКИ

Мл

Wg+Мд

'чищи*

Рис. 5.22. Напруження балки переміщенням опор: а — розрахункова схема балки та епюра згинальних моментів від зовнішнього навантаження; б — схема переміщення опор та епюра згинальних моментів, зумовлених переміщеннями; в — сумарна епюра.

Характерний значно нижчий (майже утричі) мо­дуль пружності. Як наслідок балки з алюмінієвих сплавів більше деформуються. Втрата стійкості як загальної (всієї балки), так і місцевої (окремих елементів перерізу) відбувається також при нижчих рівнях напружень.

Сортамент пресованих профілів з алюмінієвих сплавів має обмежену висоту (найчастіше до 400 мм). Тому доводиться раніше переходити на складені перерізи. Водночас алюмінієві сплави об­робляються значно легше, ніж сталь, що спрощує виготовлення балок.

Окремі елементи перерізу з'єднують між со­бою шляхом зварювання, а також болтами і за­клепками. Зварювання алюмінієвих сплавів по­требує менших енерговитрат, що пояснюється нижчою температурою плавлення. Але не всі сплави можуть бути зварені. Добре зварюються такі сплави, як алюмінієво-магнієві, алюмінієво - марганцеві, високоміцні марок В, 1915 та інші. Сплав 1915 має також здатність гартуватися після зварювання при охолодженні на повітрі, що за­безпечує високу міцність зварних з'єднань без до­даткової термообробки.

Сплави, які не зварюються, з'єднують за до­помогою болтів і заклепок, виготовлених також з алюмінієвих сплавів. Використовують і сталеві болти. Але вони обов'язково мають бути захищені від корозії (наприклад, цинкуванням), оскільки у місці контакту залізо—алюміній спостерігається інтенсивна електрохімічна корозія.

Мінімальну та оптимальну висоту визначають так, як для сталевих балок. Тільки у (5.23) прий­мають значення коефіцієнта к = 1,6, а товщину стінки збільшують на 1...12 мм порівняно зі зна­ченнями, отриманими за формулою (5.24). Мето­дика перевірки міцності, стійкості та деформацій подібна прийнятій для сталевих балок.

Як ми зазначали, алюмінієві сплави мають ви­соку вартість та енергомісткість. Водночас вели­чезні запаси алюмінію у природі порівняно з за­лізом визначають перспективність його викорис­тання.

Приклад 1. Розрахунок металевих кон­струкцій балкової клітки робочого майданчика. Настил: варіант 1 — плоский металевий; варіант 2 — залізобетонний.

Вибір схеми балкової клітки з металевим настилом (варіант 1). Вихідні дані: крок колони у поздовжньому напрямку А = 18 м, у попереч­ному напрямку В = 6 м. Розмір майданчика в плані ЗАхЗВ = 3-18x3-6 = 54x18 м. Корисне тимчасове нормативне рівномірно розподілене на­вантаження рп = 22 кПа. Коефіцієнт надійності для тимчасового навантаження уу = 1,2. Матеріал конструкцій: настил — листова сталь С235 марки ВСтЗкп2 ГОСТ 380—71, балки настилу та до­поміжні балки — прокатні профілі зі сталі С235 марки ВСтЗкп2—1 ГОСТ 380—71, головні бал-
ки — листова сталь С255 марки 18Гпс, ГОСТ 23570—79.

Раціональну схему балкової клітки визначаємо шляхом техніко-економічного порівняння двох типів (нормального та ускладненого).

Розрахунок варіанта 1.1 (нормальний тип балкової клітки). Нормативне навантаження на 1 м2 настилу.

Де рп = 22 кН/м2

Дп = V„ + вп = 22 + 0,72 = 22,72 кПа,

Задане корисне тимчасове

Навантаження; дп = 0,04 ■ 1800 ■ Ю-2 = 0,72 кН/м2 — постійне нормативне навантаження від асфаль­тобетонної підлоги (0,04 м — товщина підлоги, 1800 кг/м3 — густина асфальтобетону).

Приймаємо, що граничне відношення прольоту настилу до прогину дорівнює 150.

Максимальне допустиме відношення прольоту сталевого настилу до його товщини з умови жорсткості за (5 1)

L,/t„ = (4 • 150/16) • (1 + (72 • 2,06 • 105/1504 х

Х (1 - 0,32) • 22,72 - 10~3) = 90,6.

Приймемо крок балок настилу а = 1 м (рис. 5.24, а). Прийнявши попередньо, що ширина поясів балок bf = 10 см, отримуємо розрахунковий проліт на­стилу lH = а — bf = 100 — 10 = 90 см.

Мінімальна товщина настилу

T„ >

L

90

= 0,993 см = 9,93 мм.

90,6 90,6

Приймаємо t„ = 10 мм.

Оскільки настил працює на розтяг зі згином

К, "і

— = 90 < 300 , його приєднання до балок у

Місці стиків листів треба розрахувати на передачу зусиль розтягу, що припадають на одиницю дов­жини:

■ (1 - v2) • e ■ t

H-Y/-1 1 V2

MH

•(1 - 0,3^) • 2,06 • 10э - 10- 10

150

Де уf = 1,2 — коефіцієнт надійності для корис­ного навантаження.

Кріплення листів здійснюємо за допомогою ручного електродугового зварювання електрода­ми Е42 (rWf = 180 МПа, rwz = 0,45Run = 0,45 х х 350 = 157,5 МПа). Положення швів при зва­рюванні: нижнє fif = 0,7; рг = 1; ywf = ушг = 1. Розрахунковий катет швів, обчислений за наплав­леним металом:

= 1,95 • 10

0,246 F ~ 0,7 • 180 та межею сплавлення: 0,246 1 ~ 1,0-157,5

Приймаємо конструктивно з умови зварюва­ності

6 мм.

Розрахунок балки настилу. Рівномірно роз­поділене навантаження на один метр балки збирається зі смуга, ширина якої дорівнює кро­кові а балок настилу (рис. 5.24, а, позначена пунк­тиром площа).

Нормативне навантаження на 1 м довжини балки

Чп = (Рп + 9п + д„„) • а = (22 + 0,72 + 0,785) х

3,142

Х 1 = 23,5 кН/м,

7850 кг/м3

Де 9„н = 0,01 ■ 7850 • 10~2 = 0,785 кПа — норма­тивне постійне навантаження від маси метале­вого настилу; 0,01 м — товщина настилу;

Густина сталі.

Головна балка

Балки настилу

________ q=28.09

Н Н М Н ♦ t Htf Гм Н < II t

А/2+а/2=а=1000,

ТЧ І І І І І І І І І / І ґп

А ________________________ В

О о о

Її

^^ L 1=6000

Yb

J—L

May

Qn

500

17x1000=17000


L-18000

Рис. 5.24. До розрахунку балок настилу (варіант 1): а — схема балкової клітки (фрагмент); б — розрахункова схема балки настилу.

ПОПЕРЕДНЬО НАПРУЖЕНІ БАЛКИ

Балки настилу

A^DD

Другорядні балки

Vt

НжжжжпппгГп

Уд L1=6000 vB

Рис. 5.25. До розрахунку балок (варіант 2): а — схема балкової клітки; б, в — розрахункові схеми відповідно балки настилу та другорядної палки

Ttttitmmtffm " ________

12=4500

■^щщщир^

2330

Ry

4689 0,993

2 • 06•10

5.9. ЦЕНТРОВО-СТИСНЕНІ КОЛОНИ ТА СТОЯКИ

Колона складається з трьох елементів: оголовника -— конструктивного елемента, на який безпосередньо передаються опорні реакції конструкцій, що спираються на колону;

Бази — елемента, який передає зусилля ко­лони на бетон фундамента;

Стержня — основного конструктивного еле­мента, який передає навантаження з оголовника на базу.

Матеріалом металевих колон найчастіше є сталь. У минулому були поширені чавунні колони. Але маса таких колон велика. Окрім цього, з'єд­нання чавунних колон з іншими конструкціями складне. Алюмінієві сплави застосовують рідко через високу вартість матеріалу і низьку загальну та місцеву стійкість. За конструкцією колони мо­жуть бути суцільного перерізу та наскрізні.

5.9.1. СУЦІЛЬНІ КОЛОНИ

Найдешевшими є колони з прокатних широко - поличкових двотаврів (рис. 5.35, а), ширина пе­рерізу яких наближена до висоти. Звичайні дво­таври невигідні, тому що мала ширина перерізу спричинює їх низьку стійкість у площині, пара­лельній поличкам.

При великих навантаженнях (5000 кН і біль­ше) доцільні складені суцільні перерізи. Найпрос­тіші й економічніші зварні двотаври (рис. 5.35, б), які виготовляють на потокових високомеханізо - ваних та автоматизованих лініях.

ПОПЕРЕДНЬО НАПРУЖЕНІ БАЛКИ

ПОПЕРЕДНЬО НАПРУЖЕНІ БАЛКИ

Д

Рис. 5.35. Поширені типи перерізів суцільних колон.

Колони, як і балки,— найбільш поширені кон­струкції. Вони призначені для підтримання еле­ментів робочих майданчиків, перекрить, покрі­вель, трубопроводів, естакад, шляхопроводів то­що. Навантаженням для колон є опорні реакції конструкцій, що на них спираються. Далі ці зу­силля найчастіше передаються на фундаменти або, в окремих випадках, на нижче розміщені конструкції.

Де lx, L

Кі. х - йа.' ' їх, кі. у - Vy'ly> (5.108) - геометричні довжини колони або її

0) ■Q

О)

XI

Tf HH

Рис. 5.36. Розрахунковий переріз двотаврової колони.

Менш економічно вигідними за витратами ме­талу, але простішими у виготовленні (особливо в умовах будівельного майданчика) є колони з про­катних профілів (рис. 5,35, е). Але через обме­женість сортаменту вони мають відносно невели­ку несучу здатність. З прокатних профілів мо­жуть компонуватися як відкриті, так і замкнені перерізи. Колони замкненого перерізу мають кра­щий зовнішній вигляд і близьку чи рівну загальну стійкість у всіх напрямках. Але їхні внутрішні поверхні недоступні для огляду і захисту від ко­розії. Тому при підвищеній агресивності зовніш­нього середовища внутрішній об'єм таких колон треба герметизувати, що найпростіше виконати у колонах з труб (рис. 5.35, г), але приєднання до них інших конструкцій є складним.

При великих навантаженнях і малих розра­хункових довжинах і розмірах перерізу (напри­клад, колони багатоповерхових висотних буді­вель) застосовують суцільні прямокутні перерізи, набрані з окремих листів, зварених між собою (рис. 5.35, д).

Легкі колони під невеликі навантаження мо­жуть бути виконані з гнутих профілів (рис. 5.35, е).

Добираючи суцільний переріз колони, заван­таженої осьовою силою N, у першу чергу виз­начають потрібну площу:

N

(5.106) Ф ' Ry ■ Yc

Для знаходження коефіцієнта поздовжнього зги­ну ф попередньо задаються гнучкістю X. Як свідчить досвід проектування, у першому набли­женні доцільно приймати X = 50...100 (що більше навантаження, то меншу гнучкість обирають).

Крім площі, обчислюють також потрібні ра­діуси інерції перерізу: ділянок між точками закріплення конструкціями перекрить, покрівлі або між зв'язками у відпо­відних площинах; |іх, р^ -— коефіцієнти зведення довжини, які приймають залежно від способу за­кріплення колони у відповідних площинах.

Найчастіше колону приймають защемленою у фундаменті та шарнірно з'єднаною з конструк­ціями перекриття. При шарнірному кріпленні обох кінців передбачають зв'язки, які забезпечу­вали б незмінність положення колони.

(5.109)

Знаючи потрібні значення площі та радіусів інерції перерізу, за сортаментом знаходять номер прокатного широкополичкового двотавра чи іншо­го профілю. Коли ж наявні у сортаменті профілі недостатні, переходять до складених перерізів. При цьому додатково обчислюють найменші зна­чення генеральних розмірів перерізу (рис. 5.3й):

H = h.. b = liL

А, а2

Де коефіцієнти а] і а2 відображають залежність між радіусами інерції та відповідними йому ге­неральними розмірами перерізу.

Значення коефіцієнтів а! і а2 кожного з видів перерізу змінюються у відносно вузьких межах. Так, для найпоширенішого двотаврового перерізу можна приймати а! = 0,43, а2 = 0,24; для труб аі = а2 = 0,35. Для інших профілів ці коефіцієнти приймають згідно з довідковою літературою.

За отриманими величинами А, Ъ і h компо­нують переріз. Для складеного двотаврового та подібних до нього перерізів з міркувань забез­печення технологічності з'єднань приймають h = b за більшою з величин.

Нормативні документи (СНиП Н-23-81[4]). Компо­нуючи переріз, доцільно основну масу металу зо­
середжувати у поличках. Це поліпшує загальну стійкість колони.

Запроектувавши переріз, перевіряють його з урахуванням фактичних геометричних характе­ристик А, іг, іу та гнучкостей X,., Ху.

Перевірка загальної стійкості описується фор­мулою

~ < , (5-113)

Де ф менше зі значень фх чи фу, отриманих відповідно за Л,. чи 'ку.

За наявності у перерізі значних ослаблень перевіряють також міцність колони:

^<Ryу, (5.114)

Коли ж умови не задовольняються, переріз збільшують. Доцільно збільшувати генеральні розміри перерізу. Порівняно з нарощуванням тов­щини поличок і стінки при незмінних основних розмірах це сприяє економії металу

Значні запаси стійкості (5.113) та міцності (5.114) свідчать про перевитрати металу і потребу зменшити переріз. Будь-яка зміна перерізу по­винна завершуватися перевіркою його міцності та стійкості.

Розміри поясних швів приймають конструк­тивно найменшими з умови зварюваності. У ко­лоні, яка працює на центральний стиск, усі час­тини перерізу напружені рівномірно і зусилля зсуву між окремими частинами перерізу відсутні. Невеликі зусилля зсуву з'являються при випад­кових ексцентриситетах прикладення осьової си­ли, деякій непрямолінійності осі колони, незнач­них поперечних навантаженнях. Саме тому поясні шви і приймають якнайменшими.

Рекомендуються односторонні шви. Лише у місцях приєднання балок, розпірок та інших еле­ментів у зоні передачі зусиль передбачають дво­сторонні шви, які виступають за контур при­кріплюваного елемента на 30/су з обох боків. Не допускається використання односторонніх швів у конструкціях групи І, експлуатованих у середньо - та сильноагресивних середовищах, і тих, що зво­дяться у кліматичних районах Іь І2, ІІ2, ІІз - hw

Гнучкі стінки з — > 2,2 необхідно підкріплю­єш

Вати поперечними ребрами, розміщеними на від­стані, не меншій за 2,5h одне від одного. В усіх випадках незалежно від гнучкості стінки в тре­тинах висоти колони чи її окремого відправного елемента конструктивно встановлюють ребра, що підвищують жорсткість колони проти випадкового скручування під час виготовлення, транспорту­вання чи монтажу

При використанні тонких широких поличок доцільно робити відгини, які є поздовжніми реб­рами жорсткості і забезпечують місцеву стійкість поличок (див. рис. 5.35, е).

Металеві конструкції

Металлообработка

Металлообработка: Как организовать малый бизнес в провинции Металлообработка — это перспективное направление для малого бизнеса в провинции, особенно в регионах, где есть спрос на изделия из металла для сельского хозяйства, …

Производство форм для бетонных щелевых полов

Наша компания занимается производством форм для щелевых полов, цены весной 2025 года: Самый популярные формы и цены: 1 м ------ 29 000 грн. 2 м ------ 33 000 грн 2,5 …

Палетні стелажі від українського виробника СторХаус

Щоб прийняти обґрунтоване рішення про збереження ваших товарів, купити палетні стелажи ціна важлива, але це не найбільш важливий фактор. Вам необхідно спочатку оцінити потреби, можливості, активи та кадрові ресурси вашого …

Как с нами связаться:

Украина:
г.Александрия
тел./факс +38 05235  77193 Бухгалтерия

+38 050 457 13 30 — Рашид - продажи новинок
e-mail: msd@msd.com.ua
Схема проезда к производственному офису:
Схема проезда к МСД

Партнеры МСД

Контакты для заказов оборудования:

Внимание! На этом сайте большинство материалов - техническая литература в помощь предпринимателю. Так же большинство производственного оборудования сегодня не актуально. Уточнить можно по почте: Эл. почта: msd@msd.com.ua

+38 050 512 1194 Александр
- телефон для консультаций и заказов спец.оборудования, дробилок, уловителей, дражираторов, гереторных насосов и инженерных решений.