2.5. Проверка местной устойчивости элементов балки

2.5.1. Проверка местной устойчивости сжатой полки

В сжатой относительно тонкой полке балки может произойти ее выпучивание, называемое потерей местной устойчивости [2, рис.2.34,а и 7.16].

Местная устойчивость сжатой полки будет обеспечена, если отношение не превышает предельной величины, где представляет собой свес полки и определяется выражением . (2.29)

В соответствии с [1, п.7.24] в пределах упругой работы материала (рассматриваемый нами случай) местная устойчивость полки обеспечена при выполнении условия

, (2.30)

Если устойчивость оказывается необеспеченной, то увеличивают толщину полки, или уменьшают её ширину, или делают то и другое.

2.6.2. Проверка местной устойчивости стенки

Потеря местной устойчивости (выпучивание) стенки может произойти от действия нормальных или касательных напряжений, или от их совместного действия. При этом вблизи опоры на потерю местной устойчивости оказывают влияние преимущественно касательные напряжения, в районе середины пролета – нормальные, а между ними в стенке балки нормальные и касательные напряжения действуют одновременно с тем или иным преобладанием. Так как стенка балки поделена ребрами жесткости на отдельные отсеки (рис. 8), то анализ местной устойчивости следует проводить для каждого отсека, но в настоящем учебном курсовом проекте можно ограничиться проверкой местной устойчивости в отсеке стенки расположенном от опоры примерно на расстоянии четверти пролёта.

Место проверки (сечение) местной устойчивости в выбранном отсеке можно определить из следующих условий: на расстоянии a/2 от левого ребра, если a h_w ,или на расстоянии h_w/2, если a h_w.

В проверяемом сечении следует вычислить значения изгибающего момента и поперечной силы по формулам

; (2.31)

; (2.32)

где x_loc – расстояние от опоры до проверяемого сечения.

Для проверки местной устойчивости вычисляется нормальное напряжение в уровне верха стенки указанного сечения и среднее касательное напряжение в этом же сечении

(2.33) . (2.34)

Местная устойчивость стенки балки в проверяемом отсеке обеспечена, если выполняется условие . (2.35)

Критические нормальное и касательное напряжения следует определять по [1, формулы (75) и (76)] или прил. 6.

2.6. Расчет поясных сварных швов

Сварные поясные швы воспринимают усилия, сдвигающие полки относительно стенки балки в продольном по отношению к ней направлении. Сдвигающее усилие, воспринимаемое двумя параллельными швами крепления одной полки к стенке, возникает на каждом их отрезке единичной длины и определяется выражением

, (2.36)

где , определяются соответственно выражениями (2.24), (2.19), а значение статического момента полки относительно нейтральной оси балки равно произведению S_f=A_f d (рис.7).

При восприятии сдвигающего усилия для каждого шва должно выполняться условие прочности по металлу шва ; и по границе сплавления. Однако, с учётом ограничений [1] при сварке элементов из малоуглеродистой стали, в предельном состоянии разрушение соединения идёт по металлу шва, а не по границе сплавления [3].

Учитывая то, что расчетная длина шва , можно найти требуемый катет поясного углового сварного шва:

; (2.37)

Здесь - коэффициент условий работы шва, равный 1 во всех случаях, кроме возведения конструкций в климатических районных I₁, I₂ II₂ и II₃. В задании на курсовое проектирование не оговаривается климатический район, поэтому можно принять .

Коэффициент в зависимости от вида сварки, положения шва и предполагаемого катета принимаются по [1, табл.34*] или прил. 7.

Расчетное сопротивление срезу по металлу шва определяется по прил. 8 или [1, табл.56], для чего предварительно следует выбрать сварочный материал (тип электрода при ручной сварке или марку сварочной проволоки при автоматизированной сварке) по [1, табл.55*] или прил. 9.

В соответствии с [1, п.12.8,а] катет углового сварного шва не должен превышать толщину более тонкого из свариваемых элементов более, чем в 1,2 раза. В рассматриваемом случае стенка балки тоньше полки, то есть . Поэтому максимальный катет шва определяется выражением

. (2.38)

Минимально возможный катет определяется по наиболее толстому из свариваемых элементов, то есть по толщине полки в соответствии с прил.10 или [1, табл.38*].

Найденное по формуле (2.37) значение необходимо скорректировать так, чтобы удовлетворялось условие

. (2.39)

Нередко приходится из конструктивных соображений увеличивать и без того обеспечивающий прочность катет шва до величины .

Иногда возникает ситуация, когда минимально необходимый катет превышает максимально возможный, то есть . Так происходит из-за большой разницы толщин стенки и полок. В этом случае приходится увеличивать толщину стенки или перекомпоновывать все сечение главной балки.