Клепаные балки

Простейшее сечение клепаной балки состоит из вертикального листа и четырех поясных уголков. В больших мощных балках сечение может быть развито путем постановки горизонтальных листов.


Сечения клепаных балок

Сечения клепаных балок


Назначение генеральных размеров клепаных балок производится так же, как и сварных балок. Особенностью расчета клепаных балок является необходимость учитывать ослабление сечения отверстиями для заклепок, которое предварительно может приниматься равным 15%:

Формула (32.VI)

Подбор сечения симметричной клепаной балки производится в следующем порядке.

1. По заданному моменту определяем требуемые моменты сопротивления нетто и брутто:

Формула (33.VI)

По значению Wбр и выбранной гибкости стенки К определяем генеральные размеры сечения — оптимальную высоту и толщину стенки. Назначив окончательно высоту балки h (в круглых числах1), находим требуемый момент инерции сечения:

Формула (34.VI)

2. Намечаем по сортаменту калибр поясных уголков, обычно применяя при этом равнобокие уголки с шириной полок

Формула

и толщиной полок

Формула

Момент инерции балки, состоящей из вертикального листа и четырех уголков, равен

Формула (35. VI)

где J — момент инерции четырех поясных уголков относительно нейтральной оси х — х;

J0 — момент инерции одного уголка относительно собственной оси х0 — х0;

α — расстояние от центра тяжести поясных уголков одного пояса до нейтральной оси;

Fуг — площадь сечения одного уголка.

При небольшой разнице между найденными значениями Jб и Jтрбр следует добиться, чтобы соотношение Jб > Jтрбр было удовлетворено за счет изменения калибра поясных уголков.

3. В случае большой разницы между Jб и Jтрбр следует развить сечение балки путем постановки горизонтальных листов, приклепываемых к горизонтальным полкам уголков.

Суммарный момент инерции такой балки

Формула (36.VI)

не должен быть меньше требуемого момента инерции балки Jтрбр (Jл — момент инерции горизонтальных листов относительно нейтральной оси x — х).

Отсюда мы можем определить требуемый момент инерции горизонтальных листов

Формула (37.VI)

а по нему минимальную требуемую площадь горизонтальных листов одного пояса

Формула Формула (38.VI)

Горизонтальные листы следует принимать такой ширины чтобы они свешивались за края уголков. При этом свес одиночного листа (считая от крайней риски) из-за возможной потери устойчивости листа не должен быть больше 15 его толщи (15δл).

При толщине δл > 20/25 мм рационально, ставить два листа.
При наличии горизонтальных листов необходимо, чтобы поясные уголки обеспечивали хорошую передачу усилий на стенку. Для этого площадь сечения двух уголков пояса рекомендуется принимать не менее 30% от всей, площади пояса.

4. Назначив окончательные размеры сечения балки, производим проверку его на прочность, вычисляя нормальные напряжения в месте действия максимального изгибающего момента по формуле

 

Формула (39.VI)

и максимальные касательные напряжения на опоре по формуле

Формула (29.VI)

Момент сопротивления нетто, как известно, равен

Формула

где h — полная высота балки.

Момент инерции сечения ослабленного заклепочными отверстиями

Формула (40.VI)

где J3 — момент инерции площадей заклепочных отверстий относительно нейтральной оси балки, который может быть приближенно определен по формуле

Формула (41.VI)

Здесь

F01 — суммарная площадь заклепочных отверстий в горизонтальных полках поясных уголков и горизонтальных листах одной половины балки;

F02 — суммарная площадь заклепочных отверстий в вертикальных полках поясных уголков одной половины балки;

α1, α2 — расстояния от центров тяжести соответствующих отверстий до нейтральной оси балки;

0,15 Jст — ослабление момента инерции стенки балки, принимаемое обычно равным 15%; ослабление стенки учитывается, поскольку в середине балки возможно устройство стыка.

В случае несимметричного сечения необходимо раздельно определить напряжения для верхнего и нижнего волокон балки, вычислив предварительно соответствующие моменты сопротивления Wвнт и Wннт.

Помимо проверки прочности, производится, как и в сварной балке, проверка устойчивости балки (смотрите Общая и местная устойчивость балок).

При конструировании клепаной балки обычно предусматривается, чтобы наружная плоскость поясных уголков выступала на 5 мм относительно кромки вертикального листа, за исключением случаев, когда необходима специальная пристрожка стенки.

Пример 6. Требуется произвести подбор сечения клепаной балки по тем же данным, что и в примерах 4 и 5: пролет l = 12 м; расчетный момент М = 382 тм; максимальная поперечная сила (опорная реакция)

Формула

Требуемый момент сопротивления

Формула

Решение. 1) Определяем необходимый момент сопротивления брутто по формуле (33.VI)

Формула

Примем те же значения размеров балки, что и в предыдущих примерах, т. е. h = hст = 1500 мм и δст = 12 мм.

Определим требуемый момент инерции брутто по формуле (34. VI)

Формула

2) Намечаем калибр уголков

Формула

Принимаем по сортаменту уголок 130 X 12 с геометрическими характеристиками: Fуг = 30 см2; J0 = 477 см4.

Расстояние от центра тяжести уголков до нейтральной оси

 

Формула

Момент инерции стенки

Формула

Момент инерции четырех уголков

Формула

Суммарный момент инерции стенки и четырех уголков значительно меньше Jтрбр, а именно:

Формула

Необходимо поэтому поставить горизонтальные листы.

3) Определяем требуемый момент инерции горизонтальных листов па формуле (37. VI)

Формула

и далее, требуемую площадь горизонтальных листов одного пояса по формуле (38. VI)

Формула

Принимаем один лист сечением 320 X 20 мм, площадью Fл = 32 * 2 = 64 см2.

4) Определим для принятого сечения балки точное значение момента инерции брутто по формуле (36.VI)

Формула

Для нахождения Wнт необходимо предварительно определить момент инерции площади ослабления балки отверстиями для заклепок J3.


Расположение заклепочных отверстий в поясе балки

Расположение заклепочных отверстий в поясе балки


На фигуре показаны расположение заклепочных отверстий в поясе балки и их расстояние от нейтральной оси. Диаметр заклепок 23 мм.

Определяем момент инерции площади ослабления по формуле (41.VI)

Формула

Далее находим по формуле (40.VI)

Формула

а также

Формула

5) Производим проверку сечения на прочность по формуле (39.VI)

Формула

Найденные расчетные величины вписываем в таблицу.

Таблица Расчетная таблица для клепаной балки.

Площадь сечения, а следовательно, и вес клепанной балки, получились на 0,5% больше, чем у аналогичной сварной балки по примеру 5.

1 За высоту h в клепаных балках будем принимать расстояние между обушками поясных уголков, т. е. h = hст.

«Проектирование стальных конструкций»,
К.К.Муханов

Изменение сечения по длине балки

Подбор сечения балки производится по максимальному расчетному моменту. Вблизи от опор моменты значительно меньше максимальных, и поэтому нет необходимости иметь по всей длине балки постоянное сечение, подобранное по максимальному моменту. Есть два способа уменьшить сечение и тем самым уменьшить его момент сопротивления. Первый способ, наиболее распространенный, заключается в уменьшении сечения поясов: в сварных балках —…

Расчет соединения поясов со стенкой

Соединение поясов со стенкой осуществляется в сварных балках с помощью сварных швов, в клепаных — с помощью заклепок. Если бы пояс и стенка не были соединены друг с другом, то при изгибе они сдвинулись бы друг относительно друга. Соединение пояса со стенкой ликвидирует возможность такой деформации, но в соединениях возникают касательные напряжения, направленные вдоль оси…

Подбор сечения

Сварные балки Зная требуемый момент сопротивления Wтp и определив оптимальную высоту сечения и толщину стенки, подбираем рациональное сечение двутавровой сварной балки. В случае симметричной относительно нейтральной оси балки (с одинаковыми верхним и нижним поясами) подбор сечения сводится к определению таких размеров поясов, чтобы общий момент сопротивления балки равнялся требуемому Wтp. Общий момент сопротивления балки может…