Балки и балочные конструкции

1. БАЛКИ И БАЛОЧНЫЕ КОНСТРУКЦИИ

Подготовил: Рондиков Артём.

2. Общие соображения

2
Общие соображения
Балка является простейшим конструктивным элементом,
работающим на изгиб.
Область применения балочных конструкций:
Перекрытия и покрытия промышленных и гражданских зданий
пролётом до 18 м;
Подкрановые балки и пути подвесного транспорта;
Мосты, эстакады.

3. Статические схемы балок

3
Разрезные
Разрезныебалки
балки
l
Неразрезные
Неразрезныебалки
балки
l
q
ql 2
8
2
ql
8
f
l
Инвестиционные и
страховые риски для
статически
неопределимых
конструкций меньше,
чем для статически
определимых
0,375 l
ql 2
14
q
ql 2
8
0,5 l
0,375 f
[+] Снижение расхода материалов
[+] Удобство монтажа
[−] Чувствительность к осадке опор

4. Типы сечений балок

4
Для элемента, изгибаемого в одной плоскости, наиболее
эффективным является двутавровое сечение, так как
оно характеризуется наибольшим значением радиуса
ядра сечения
x
x
x
x
Wx
x
;
A
Неправильная
установка
x
Ядро сечения – это некоторая область вокруг центра
тяжести сечения, внутри которой можно располагать
точку приложения продольной силы, не вызывая в
сечении напряжений разных знаков.
Швеллерное сечение при плоском изгибе является
x
x
менее эффективным. Его целесообразно применять в
балках, работающих на косой изгиб (например, для
прогонов скатных кровель).

5. Прокатные и составные балки

5
Прокатные и составные балки
(1)
(2)
(3)
(4)
По способу изготовления балки могут
Сварные балки (2) из трёх листов,
быть прокатными и составными.
соединённых автоматической сваркой;
Прокатные балки (1) выполняются
из прокатных профилей сортамента.
Балки из элементов, соединённых болтами
или заклёпками (3), применяются при
действии значительных динамических нагрузок;
Составные балки применяются,
когда в сортаменте не оказывается
Балки с перфорированной стенкой (4),
профиля, способного воспринять
применяются при больших пролётах и
действующую нагрузку:
сравнительно невысоких нагрузках.

6. Балки с перфорированной стенкой

6
Балки с перфорированной стенкой
Балки с перфорированной стенкой получают путём разрезания
прокатного двутавра ломаной линией в продольном направлении и
последующей сваркой.
линия разреза
h
1,5 h
сварка

7. Проверка прочности балок

7
Проверка прочности
По нормальным
напряжениям
По касательным
напряжениям
По приведённым
напряжениям
(reduced = приведённый)
Условие проверки
Положение
расчётного
сечения в
однопролётной
балке
Положение
расчётной точки по
высоте сечения
M
Ry c ;
c1 Wx
в середине
пролёта
у наружных граней
поясов
(Mmax)
( max)
Q Sx
Rs c ;
tw J x
у опоры
в середине высоты
(Qmax)
( max)
в месте
изменения
сечения
в краевом участке
стенки на уровне
поясных швов
red 2 3 2 1,15 Ry c ;
с1 и 1,15 – коэффициенты, учитывающие развитие пластических деформаций; для
прокатных балок с1 = 1,12;
проверка по приведённым напряжениям производится только для составных балок.

8. Проверка жёсткости балок (расчёт по прогибам)

8
Проверка жёсткости балок
(расчёт по прогибам)
Прогиб балки
f от действия нормативной нагрузки qn не должен
превышать предельно допустимой величины
fult, назначаемой по
табл. 19 СНиП 2.01.07-85* Нагрузки и воздействия:
f fult ;
Для свободно опёртой балки, загруженной равномерно распределённой
нагрузкой фактический прогиб
5 qn l 4
f
.
384 E J x

9. Обеспечение местной устойчивости элементов составных балок

9
bf
bef
tf
главные
сжимающие
напряжения
hw
0,6hw
потеря местной
устойчивости стенки от
совместного действия и
сж.
tw
h
hw
max
hw
раст.
max
tf
совместная потеря местной
устойчивости полки и стенки
от действия
60
0,7h
40
tr
поперечные
рёбра жёсткости
a 2hw
br
продольные рёбра
жёсткости
br
hw
40 мм
30

10. Обеспечение местной устойчивости элементов составных балок

10
Обеспечение местной устойчивости
элементов составных балок
bef
Потеря местной устойчивости элементов составной балки
tf
проявляется в виде их выпучивания в местах действия
наибольших сжимающих напряжений.
Местная устойчивость полки обеспечена, если соблюдается
условие:
bef
tf
0,5
E
.
Ry
Стенку балки необходимо укреплять поперечными
рёбрами жёсткости, если условная гибкость стенки
hw
w > 3,2
tw
(п. 7.10 СНиП II-23-81*);
Местная устойчивость стенки, укреплённой рёбрами
жёсткости, обеспечена, если
w 3,5 (п. 7.3 СНиП II-23-81*);
h
w w
tw
Ry
E
.
bef
– свес полки;
tf
– толщина полки;
hw
– высота стенки;
tw
– толщина стенки.

11. Обеспечение местной устойчивости элементов составных балок

11
bef
Способы повышения местной устойчивости поясов и стенок:
tf
Местную устойчивость полки обеспечивают
корректировкой её геометрических размеров (увеличением
толщины и уменьшением свеса);
Местную устойчивость стенки обеспечивают не
увеличением её толщины, а установкой поперечных и
продольных рёбер жёсткости по направлениям возможных
волн выпучивания.
hw
Условие проверки местной устойчивости стенки:
cr
2
cr
tw
2
c.
, – напряжения, действующие в расчётной точке;
cr, cr – критические напряжения, зависящие от расчётных
сопротивлений материала, размеров отсека и толщины стенки.
bef
– свес полки;
tf
– толщина полки;
hw
– высота стенки;
tw
– толщина стенки.

12. Сопряжение балок с колоннами

12
Сопряжение балок с колоннами
Сопряжение
Сопряжениебалок
балокссколоннами
колоннами
Опирание
Опираниесверху
сверху
Примыкание
Примыканиесбоку
сбоку
Шарнирное
Шарнирное
Жёсткое
Жёсткое
Передаёт
Передаёттолько
тольковертикальную
вертикальную
опорную
реакцию
опорную реакцию
Передаёт
Передаётвертикальную
вертикальнуюопорную
опорную
реакцию
и
изгибающий
момент
реакцию и изгибающий момент
F=M/h
h
M
F

13. Сопряжение балок с колоннами: опирание сверху

13
Монтажные болты
1
10
Опорное ребро
Монтажные болты
1
1-1
20
20
20
Торец строгать
1
1-1
1
Рёбра жёсткости в
местах передачи
опорных реакций
Вариант
Вариант11
Вариант
Вариант22

14. Сопряжение балок с колоннами: опирание сверху

14
Сопряжение балок с колоннами:
опирание сверху

15. Сопряжение балок с колоннами: примыкание сбоку

15
Сопряжение балок с колоннами:
примыкание сбоку
Шарнирное
Шарнирное
Жёсткое
Жёсткое

16. Сопряжение балок между собой

16
Сопряжение балок между собой

17. Стыки балок

17
Стыки балок