Балки
Основы конструирования и расчета
Рациональность сечения балки по массе как конструкции, работающей на изгиб определяется соотношением W/Fз, т.е. чем больше при данной площади поперечного сечения F момент сопротивления W, тем балка более экономична.
Таким образом, с точки зрения экономии массы, для балок наиболее выгодными являются сечения двутаврового типа с возможно более мощными поясами, насколько это позволяют условия общей устойчивости балок и местной устойчивости стенок и поясов.
Балки бывают прокатными и составными.
В зависимости от количества и расположения опор балки бывают разрезными, неразрезными и консольными.
Так как допускаемые напряжения (расчетные сопротивления) на растяжение и сжатие одинаковы, то при расчете на прочность для балок рациональны симметричные сечения.
Сопротивление усталости при сжатии больше, чем при растяжении, следовательно при расчете на выносливость для балок рациональными будут несимметричные сечения с более развитым растянутым поясом.
Находят применение балки трубчатого сечения, которые намного более технологичны, чем коробчатые, т.к.:
- Имеется достаточно широкий сортамент электросварных труб больших диаметров (до 1600 мм)
- Мощные сечения можно изготавливать достаточно легко из труб, свальцованных из листов, с минимальным количеством сварных швов.
- Меньшая потребность трубчатых сечений в продольных ребрах жесткости для обеспечения местной устойчивости стенки.
- Если трубчатое сечение работает на изгиб в двух плоскостях, то волокна поперечного сечения, максимально напряженные при изгибе в вертикальной плоскости, совершенно не испытывают напряжений при изгибе в горизонтальной плоскости. В то время как у прямоугольного сечения, при изгибе в двух плоскостях наибольшие напряжения от изгиба в каждой плоскости складываются алгебраически, у балки трубчатого сечения для определения напряжений изгибающие моменты в двух плоскостях складываются геометрически и может так оказаться, что балка трубчатого сечения легче.
Прокатные балки (двутавровые и швеллеры) находят все меньшее применение в конструкциях ПТМ. Хотя стоимость их значительно ниже, чем составных балок, они тяжелее, так как по условиям прокатки материал в них распределяется не так выгодно.
В соответствующих конструкциях (легкие концевые балки мостовых кранов, рамы тележек и т.п.) весьма рациональны гнутые профили швеллерного типа, обладающие малой массой и стоимостью.
Высота стенки примерно равна высоте всей балки и выбирается в зависимости от ее статической схемы. Наибольшая высота h ограничивается условием получения балки минимальной массы; наименьшая - условием ограничения прогиба и времени затухания колебаний.
Оптимальная высота балки может быть определена расчетом. Использовать полностью материал балки - это значит осуществить соответствующий изгибающему моменту определенный момент сопротивления W.
Наибольшая возможная высота балки диктуется экономическими соображениями.
|
