Классификация балок. Генеральные размеры балок

Балка представляет собой горизонтальную несущую конструкцию в различных сооружениях, которая имеет две или более точек опоры. Балка, используемая для перекрытия одного пролета и имеющая две точки опоры, называется разрезной. Неразрезная многопролетная балка перекрывает более одного пролета и имеет несколько опор. Балки применяются в строительстве и машиностроении в качестве конструктивного элемента в виде бруса из железобетона, стали или дерева, который работает на изгиб. Разрезные – наиболее металлоемкие, так как в них велики моменты и прогибы при прочих равных условиях, но они просты в монтаже и нечувствительны к неравномерной осадке опор.

Неразрезные –наименее металлоемкие, так как в них прогибы малы и иногда могут быть моменты меньше, чем в разрезных, но они трудоемки в монтаже и требуют надежных оснований. Консольные – конструкции усложнены из-за пролетных шарниров. Занимают промежуточное положение по показателям между двумя предыдущими схемами.

При малых пролетах и нагрузках, когда экономия на стоимости материала невелика, обычно применяют разрезные балки. При больших пролетах и нагрузках, если можно обеспечить надежные основания, могут быть выгодны неразрезные балки. При невозможности обеспечить надежные основания следует применять разрезные балки.

Генеральные размеры балок. К ним относятся: пролет, расстояние между балками (шаг балок) и высота. Пролет обычно задается на основе технологических условий. Шаг балок, как правило, определяется длиной стандартных железобетонных (или других) плит, покрытий или перекрытий. При проектировании и строительстве различают: строительную высоту, минимальную и оптимальную.

46.Как выполняется расчёт изгибаемых элементов по 2 группам предельных состояний.
Предельными являются такие состояния конструкций, при которых они перестают удовлетворять требованиям эксплуатации. Внешней причиной, которая приводит к предельному состоянию является силовое воздействие (внешние нагрузки, реактивные силы). Предельные состояния могут наступать под влиянием условий работы деревянных конструкций, а также качества, размеров и свойств материалов. Различают две группы предельных состояний:
1 – по несущей способности (прочности, устойчивости).
2 – по деформациям (прогибам, перемещениям).
Первая группа предельных состояний характеризуется потерей несущей способности и полной непригодностью к дальнейшей эксплуатации. Является наиболее ответственной. В деревянных конструкциях могут возникать следующие предельные состояния первой группы: разрушение, потеря устойчивости, опрокидывание, недопустимая ползучесть. Эти предельные состояния не наступают, если выполняются условия: σ ≤ R, τ ≤ R_ск (или R_ср),
т.е. когда нормальные напряжения (σ) и касательные напряжения (τ) не превышают некоторой предельной величины R, называемой расчетным сопротивлением.

Вторая группа предельных состояний характеризуется такими признаками, при которых эксплуатация конструкций или сооружений хотя и затруднена, однако, полностью не исключается, т.е. конструкция становится непригодной только к нормальной эксплуатации. Пригодность конструкции к нормальной эксплуатации обычно определяется по прогибам
f ≤ [f], или f/l ≤ [f/l]. (См также 4 вопрос)

48. Подбор сечения и расчёт прокатной балки.

Прокатные балки применяют двутаврового или швеллерного профиля. Применение двутаврового профиля болеерационально вследствие его симметрии. В то же время швеллерный профиль лучше работает на косой изгиб.
Расчет прокатных балок сводится к определению необходимого номера прокатного профиля, после чего проверяется прочность, жесткость и устойчивость балки. Выбрав тип балки, определив расчетный пролет и расчетную нагрузку, действующую на балку, вычисляют максимальный расчетный момент М. По расчетному моменту находят минимальный требуемый момент сопротивления

а при условии, когда можно учитывать пластическую работу стали

Определив требуемый момент сопротивления W_тр, подбирают по сортаменту ближайший номер профиля, имеющий фактический момент сопротивления W, больший или равный W_тp.

Подобрав сечение, определяют фактическое напряжение в балке, которое должно удовлетворять неравенству

а при учете пластической работы стали

Проверка жесткости балки сводится к определению отношения прогиба балки и ее длине, т. е. к определению относительного прогиба, который не должен превосходить нормативного:

49. Как рассчитывают внецентренно растянутые и внецентренно сжатые элементы?

Предельные состояния внецентренно растянутых и жестких внецентренно сжатых элементов определяются несущей способностью по прочности или развитием пластических деформаций, а гибких внецентренно сжатых - потерей устойчивости. Предельные состояния по прочности внецентренно растянутых (растянуто-изогнутых) и внецентренно сжатых (сжато-изогнутых) элементов конструкций при динамических воздействиях, а также элементов конструкций, выполненных из сталей высокой прочности с расчетным сопротивлением R >580 МПа, определяются достижением наибольшими фибровыми напряжениями расчетного сопротивления. Их расчет выполняется по упругой стадии работы материала по формуле:

Для внецентренно сжатых и внецентренно растянутых элементов из пластичных сталей с пределом текучести до 580 МПа при действии статических нагрузок предельное состояние по прочности определяется с учетом развития пластических деформаций. Развитие пластических деформаций при наличии момента и продольной силы так же, как и в изгибаемых элементах, приводит к образованию шарнира пластичности, но при этом положение нейтральной оси в процессе развития пластических деформаций смещается. При увеличении момента и продольной силы на одной из сторон стержня фибровые напряжения достигают предела текучести и затем останавливаются в своем развитии.

Напряжения в прочих фибрах (угол наклонной части эпюры напряжений) продолжают расти, пока, наконец, напряжения на другой стороне стержня не достигнут предела текучести, после чего пластичность распространяется на все фибры сечения. Очевидно, что разность площадей эпюр напряжений, умноженная на , равна предельной продольной силе

где A₁ и A₂ - площади частей сечения.

Площадь определяет одну составляющую пары изгибающего момента; такая же площадь на другой стороне сечения должна определять вторую составляющую этой пары. Отсюда предельный момент

где е - расстояние между центрами площадей A₁.

Таким образом, в пластической стадии напряжения от продольной силы и момента можно условно разделить. Напряжения от продольной силы занимают среднюю часть - сечения A₁= A-2A₂, а напряжения от момента края на площадях A₂.

Образование шарнира пластичности приводит к неограниченному росту перемещений. Для обеспечения эксплуатационной пригодности конструкций проверяют прочность элементов при совместном действии изгиба и осевой силы, как и изгибаемых элементов, по критерию ограниченных пластических деформаций.

Проверка устойчивости внецентренно сжатых (сжато-изгибаемых) элементов. При приложении сжимающей силы с эксцентрицитетом стержень работает как внецентренно сжатый. При одновременном приложении продольной осевой силы и поперечной нагрузки, вызывающей изгиб, стержень будет сжато-изгибаемым. Хотя в том и в другом случае по сечению развиваются напряжения одинакового вида, вызванные продольной силой и моментом, работа стержня в этих случаях несколько отличается главным образом в предельном состоянии при малых гиб-костях. Однако в целях упрощения практических методов расчета (в небольшой запас) сжато-изгибаемые стержни при рассмотрении критического состояния потери устойчивости приравниваются к внецентренно сжатым, имеющим эксцентрицитет .