|
|
1, Общие сведения. Балки являются
одним из наиболее часто применяемых элементов конструкций. Они широко
используются в покрытиях и междуэтажных перекрытиях зданий, в подкрановых
эстакадах, в рабочих площадках промышленных цехов, в мостах и других самых
разнообразных сооружениях. Вместо балок могут быть применены сквозные
конструкции — фермы, трудоемкость изготовления которых выше, а расход
материала (при значительных пролетах) меньше. Поэтому балки чаще всего
применяют для перекрытия небольших пролетов. Но иногда балки имеют очень
большие размеры. Мировой рекорд принадлежит мосту через р. Сава в Белграде со
средним пролетом 261 м. Балка этого моста над промежуточной опорой имеет
высоту 9,6 м, т. е. немногим меньше высоты современного четырехэтажного дома.
Чаще всего применяют балки двутаврового поперечного
сечения. Вертикальный лист называют стенкой, а горизонтальные листы — поясами
или полками ( 8.1). Высотой балки называют расстояние между наружными гранями
полок (т. е. полную высоту балки). Раньше иногда высотой балки называли
расстояние между внутренними гранями полок (т. е. высоту стенки). Эти
величины почти одинаковы.
В балках наибольшие нормальные напряжения возникают в
крайних фибрах (см. 6.4, г). Поэтому наиболее экономичными получаются
сечения, в которых максимальное количество материала сосредоточено в зонах с
наибольшими напряжениями. Такими сечениями будут: а) двутавровое ( 8.1, о, г)
— применяется чаще всего, так как является весьма «конструктивным», т. е.
удобным при изготовлении; б) швеллерное ( 8.1, б) — используется для балок,
работающих на косой изгиб и для балок самых малых пролетов; в) коробчатое,
или двухстенчатое ( 8.1, в) —применяется для мощных балок и для балок, в
которых могут возникнуть крутящие усилия.
Балки можно классифицировать по статической схеме. Чаще
всего применяют разрезные (однопролетные) балки как наиболее удобные в
монтаже. Неразрезную схему используют иногда при больших пролетах, когда
каждый процент экономии металла составляет значительную сумму. Расход
материала снижается потому, что в неразрезной балке максимальные моменты
меньше, чем в разрезной. Кроме того, изгибающие моменты по длине неразрезной
балки распределены равномернее, а практика проектирования показала, что чем
равномернее их распределение, тем экономнее получается конструкция большого
пролета. Монтаж неразрезных балок сложнее, при случайных осадках опор в них
возникают дополнительные напряжения. Реже применяются консольные балки, хотя
они несколько экономнее по расходу металла, чем разрезные балки. Основной
недостаток консольных балок — большие прогибы концов консолей.
По способу изготовления различают следующие виды балок.
При небольших пролетах употребляют балки из цельного
профиля: прокатные — двутавровые или швеллерные (см. 4.4, г—е), стальные из
гнутых листов (см. 4.4, з—л) или прессованные из алюминиевых сплавов (см.
4.4, о, п). Эти балки минимально трудоемки, но высота их ограничена сортаментом,
поэтому при значительных нагрузках и пролетах приходится проектировать балки
составного сечения. Составные балки, как правило, делают сварными из трех
листов: одного вертикального и двух горизонтальных (см. 8.1, а).
Клепаные балки изготовляют из вертикального листа и
поясных уголков, к которым в мощных сечениях приклепывают еще несколько
поясных горизонтальных листов (см. 8.1,г). Клепаные балки тяжелее
сварных примерно на 15% (из-за ослабления сечения заклепочными отверстиями) и
на 10—20% более трудоемки в изготовлении. Поэтому их применяют редко.
Сталежелезобетонными (или объединенными) называют балки, в
работу сжатого пояса которых включена железобетонная плита. Эту плиту
объединяют с балкой специальными деталями — упорами. Упоры не позволяют
железобетонной плите сдвигаться относительно стальной части сечения.
Поскольку в состав сжатого пояса входит мощная железобетонная плита, момент
инерции объединенного сечения резко увеличивается (а следовательно,
увеличивается жесткость балки и уменьшаются прогибы балки). Поэтому
сталежелезобетон- ные балки могут устраиваться значительно ниже стальных и
при этом получается еще экономия металла.
Сталежелезобетонные балки весьма экономичны в случаях,
когда железобетонная плита является обязательным элементом конструкции
(например, при железобетонном иастиле). Объединение плиты и балок дает
существенную экономию в балочных клетках рабочих площадок.
Для дополнительного снижения расхода стали в сталежелезо-
бетонных балках часто применяют еще и предварительное напряжение
|