Реферат балки і балочні конструкції - банк рефератів, творів, доповідей, курсових і дипломних

Балки і балочні конструкції

Балками називаються конструкції суцільного перетину, довжина яких значно перевищує розміри перетину. Балки працюють на вигин. Їх застосовують в конструкціях будівель, мостах, естакадах і ін. Найбільш раціональним є приймати суцільні балки при прольотах до 20 м.

Основне перетин балок є двотавровий симетричне. Залежно від навантаження і прольоту застосовують балки двотаврового і швеллерного перетину, прокатні і складові - зварні, болтові і клепані.

Рис.1. Приклади найбільш часто вживаних перетинів балок

Складові балки більш трудомісткі у виготовленні, ніж прокатні. Їх використовують в тому випадку, якщо прокатні або гнуті профілі не задовольняють умовам міцності, жорсткості, стійкості.

За статичної схемою розрізняють балки однопрогонові і нерозрізні.

Мал. 2. Статичні схеми балок

2. Компонування балкових конструкцій

Балки використовують у вигляді окремих несучих конструкцій, або у вигляді перехресних балок.

Мал. 3 Типи балкових клітин

Система несучих балок називається балочної кліткою. Балкові клітини поділяються на три основних типи: спрощений, нормальний і ускладнений. Спрощений тип застосовується при малих прольотах. У цьому випадку раціонально використання прокатних балок. Крок балок визначається конструктивним рішенням настилу. При нормальному типі балочної клітки головні балки, як правило, складеного перерізу, а балки настилу - прокатні або гнуті. Ускладнений тип балочної клітки застосовується при великих навантаженнях і відстанях між колонами. Сполучення балок може бути поверхова, в одному рівні і знижений. При поверховому сполученні допоміжні балки встановлюються на верхній пояс головних. Таке поєднання зручно при монтажі і виготовленні, але збільшує висоту перекриття. При сполученні в рівні допоміжні балки кріпляться до головних збоку. Відстань між балками настилу визначається несучою здатністю настилу і зазвичай буває 0.6 - 1.6 м при сталевому і 2-3.5 м при залізобетонному настилі.

Відстань між допоміжними балками 2 - 5 м.

Рис.4 Типи сполучень балок

3. Настили балкових клітин

В якості несучого настилу найчастіше застосовують плоскі сталеві листи або настил зі збірних залізобетонних плит.

Корисне навантаження на настил перекриттів задається рівномірно розподіленим інтенсивністю до 40 кН / м 2. граничний відносний прогин не більше [f / l] <1/150.

Сталевий настил. Відстань між балками, що підтримують настил, визначається його несучу здатність або жорсткістю.

Для настилів слід приймати листи товщиною:

6-8 мм при навантаженні до 10 кН / м 2,

8-10 мм при навантаженні до 20 кН / м 2,

10 - 12 мм при навантаженні до 30 кН / м 2,

12-14 мм при навантаженні до 40 кН / м 2.

При приварок настилу в ньому виникають розтягують зусилля і опорний момент. При розрахунку приймається спирання настилу шарнірно нерухомим.

Мал. 5. Розрахункова схема настилу, епюра моментів, конструкція кріплення настилу до балки

При навантаженні до 50 кН / м 2 і граничному відносному прогині не більше 1/150 міцність настилу завжди буде забезпечена і його треба розраховувати на прогин. Під навантаженням в настилі виникають напруги як від вигину, так і від розтягування. При відносно l / t<50 настил считается жестким и напряжения от растяжения незначительны. При l/t>300 настил гнучкий і незначні напруги від вигину. У будівництві найчастіше застосовуються настили 50

де = - відношення прольоту настилу до граничного значення його прогину; - нормативне навантаження; - коефіцієнт Пуассона.

Горизонтальна опорна реакція, на яку розраховують шви кріплення настилу балок визначаються за формулою

4. Прокатні балки

Найбільш часто застосовуються профілі для балок - двутаври, швелери. Для профілів, рекомендованих сортаментом, місцева стійкість елементів перерізу забезпечена. Винятком є ​​лише гнуті профілі. Загальна стійкість балки забезпечується настилом, який кріпиться по всій довжині. Тому підбір перерізу виробляють, використовуючи рівняння міцності. Визначивши найбільший згинальний момент, обчислюють необхідний момент опору

По сортаменту вибирають профіль, враховуючи умову

Визначивши розмір профілю, перевіряють міцність стінки на зріз від дії найбільшою поздовжньої сили

де S. I -відповідно статичний момент полусеченія і момент інерції всього перерізу відносно нейтральної осі; - товщина стінки.

Якщо умова не виконується, необхідно збільшити номер профілю і повторити перевірку. Для допоміжних балок в ускладненому типі балочної клітки необхідно виконати перевірку міцності стінки в місці додатка зосередженої сили

де F - сума опорних реакцій балок настилу, - розрахункова довжина, на яку розподіляється місцеві напруги.

Стінка балки в місці з'єднання з полицею повинна мати достатню міцність для сприйняття наведених напруг

де - середні дотичні напруження в стінці.

Якщо стиснений пояс балки недостатньо закріплений, перевіряють загальну стійкість балки за формулою:

де Wc - слід визначати для стиснутого пояса; j b - коефіцієнт, який визначається за додатком 7 СНиП. При цьому за розрахункову довжину балки lef слід приймати відстань між точками закріплень стиснутого пояса від поперечних зсувів (вузлами поздовжніх і поперечних зв'язків і ін.)

Загальну стійкість балок перевіряти не слід, якщо:

а) навантаження передається через суцільний жорсткий настил, безперервно спирається на стиснений пояс балки і надійно з ним пов'язаний (плити залізобетонні з важкого, легкого і пористого бетону, плоский і профільований металевий настил, хвилясту сталь і ін.

б) при відношенні розрахункового довжини балки lef до ширини стиснутого пояса bf, що не перевищує значень, що визначаються за табл. 8 СНиП.

Для перевірки жорсткості необхідно обчислити прогин балки і порівняти його з граничним прогином

Для однопрогоновою балки, навантаженої рівномірно розподіленим навантаженням, прогин визначається за формулою

При великих запасах жорсткості для нерозрізних балок рекомендується допускати роботу балки в пружно пластичної стадії, тоді

Тим самим, зменшується витрата стали.

5. Складові балки

Балки складеного перерізу застосовуються у випадках, коли прокатні балки не задовольняють умовам міцності, жорсткості і загальної стійкості.

Вони складаються з полиці і стінки, з'єднаних між собою в єдине перетин.

Найбільш поширене перетин - двотавровий.

5.1 Компонування і підбір перерізу складових балок

Компонування перетину балки починають з визначення її висоти.

Висота балки визначається економічними міркуваннями, максимально допустимим прогином і необхідної будівельною висотою конструкції перекриття.

Оптимальна висота балки

Проектуючи перетин конструкції необхідно задовольнити вимоги найменшою матеріаломісткості.

Витрата металу на балку G дорівнює сумі витрат на стінку Gw і полки Gf

Масу полиць можна визначити в такій послідовності:

Якщо М - згинальний момент, що сприймається балкою, то МF - момент, що сприймається полками.

Замінимо МF парою сил Nf. прикладених на рівні центрів полиць.

Тоді площа кожної полиці

де - конструктивний коефіцієнт, який враховує вплив на масу полиць стиків, накладок, зміни перетину.

Підставляючи в рівняння (5.5) рівняння (5.1) - (5. 3) остаточно отримуємо

Аналогічно витрата металу на стінку

Узагальнюємо все формули

Беручи прогин балки f рівним його граничного значення fu. отримуємо

Отримана висота є найменшою для забезпечення жорсткості при повному використанні міцності матеріалу (тобто коли максимальні напруги досягають значень розрахункового опору матеріалу).

Остаточно висоту балки приймають не менше мінімальної і якомога ближче до оптимальної.

Визначення розмірів поперечного перерізу балок

Попередньо задаються висотою стінки

Товщину стінки визначають з умови міцності і стійкості.

Найменша товщина з умови міцності

Отримане значення округлюють до найближчої товщини сталевого прокату.

Далі оцінюють місцеву стійкість стінки за величиною умовної гнучкості

Значення повинні бути менше 3.2 - при відсутності рухається навантаження, і 2.2 - при змінному характері навантаження.

Якщо брати товщину стінки, яка б задовольняла б цій умові, то це зробить до великої витрати матеріалу. Тому стінки проектують більш гнучкими, посилюючи їх поперечними ребрами жорсткості.

Наступним етапом є визначення розмірів полиць.

1. Визначають необхідний момент опору

2. Визначають необхідний момент інерції

Момент інерції всього перетину

Визначення значень поперечних сил і згинальних моментів порядок складання рівняння рівноваги сил і моментів. Підбір поздовжньої і поперечної арматури виходячи з умов зварювання, його головні критерії і обгрунтування. Специфікація підібраною арматури.

Силовий розрахунок, компоновка перетинів допоміжної і головною балок, перевірка їх міцності, стійкості і деформативності. Визначення поясних швів, опорних частин і вузлів сполучення конструкцій. Проектування оголовка і бази центрально-стиснутої колони.

Нормальний і ускладнений тип балкових клітин в робочих майданчиках: компоновка балочної клітки і вибір стали, розрахунок залізобетонного настилу і його балок, перевірка міцності прийнятого перерізу і жорсткості кліті. Розрахунок бази і колони на стійкість.

Вибір схеми і порядок проектування балочної майданчики, розрахунок сталевого настилу, підбір балки. Визначення розрахункових зусиль і компоновка перетину з найбільшим изгибающим моментом. Розстановка ребер жорсткості і перевірка місцевої стійкості стінки.

Техніко-економічне обґрунтування балочної клітки. Розстановка колон і головних балок. Фактори, що визначають економічність варіантів - компоновочная схема, її параметри. Визначення нормативних і розрахункових навантажень. Підбір перерізу простий балочної клітки.

Вибір схеми балочної клітки. Методи розрахунку балок настилу і порівняння варіантів. Розрахунок і конструювання головної балки: розрахункові навантаження і зусилля, розрахункова схема і зусилля в головній балці, підбір перерізу головної балки. Розрахунок і конструювання колони.

Компонування балочної клітки, розрахунок несе настилу, визначення відносини прольоту настилу до його товщині. Розрахунок і конструювання головних балок, визначення найменшої допустимої висоти. Визначення геометричних характеристик зменшеного перетину.

Етапи проектування сталевих конструкцій балочної клітки, вибір схеми і розрахунок балок. Перевірка місцевої стійкості стиснутого пояса і стінки. Конструювання опорної частини і Укрупнювальне стику балки. Підбір перерізу суцільної колони балочной майданчика.

Вибір схеми балочної клітки, розрахунок настилу. Проектування і розрахунок головних балок, перевірка міцності та загальної стійкості. Проектування і розрахунок колон. Визначення поздовжньої сили в колоні, вибір типу перетину. Розрахунок оголовка і бази колони.

Характеристика конструкції системи пересічних балок. Розрахунок несе настилу. Умови міцності для пластичної стадії деформацій. Коефіцієнти умов роботи. Необхідний момент опору балки. Облік розвитку обмежених пластичних деформацій.

Суть компонування балкових конструкцій. Характеристика балочної клітки нормального і ускладненого типу. Підбір, зміна перерізу балки по довжині, перевірка міцності, стійкості, прогину. Конструювання проміжних ребер жорсткості, розрахунок поясних швів.

Принципи і правила проектування металевих конструкцій балочної майданчики промислової будівлі. Характеристика основної технологічної послідовності конструювання і розрахунку її елементів. Компонування і підбір перерізу балки, розрахунок бази колон.

Промислова етажерка - сталеве споруда, призначена для розміщення на ній технологічного обладнання. Основною несучою конструкцією етажерки є каркас, що складається з колон, ригелів, зв'язків, перекриттів, розташованих один над одним.

Балочная клітина нормального і ускладненого типу. Проектування складовою зварний головної балки. Визначення типу сполучення допоміжної і головною балок. Проектування колони суцільного перерізу. Перевірка стійкості полиці і стінки колони.

Компонування в балочной клітці. Розрахунок і конструювання головної балки. Визначення відносини прольоту настилу до його товщині з умови забезпечення допустимого відносного прогину. Розрахунок і конструювання центрально-стиснутої колони, компоновка перетину.

Порівняння варіантів балочної клітки нормального і ускладненого типу. Розрахунок центрально-стиснутих колон, їх баз і оголовок. Обчислення параметрів зварної головної балки. Порядок перевірки міцності розрахованої балки, визначення її відповідності вимогам.

Розгляд монтажної схеми балочної майданчики. Розрахунок балок настилу з застосуванням схеми балочної клітки нормального типу і розрахункової схемою. Показ розрахунку центрально стислій колони і технічні характеристики двутавров сталевих гарячекатаних полиць.

Проектування металевих конструкцій для виробничої будівлі. Розрахунки сталевого настилу і його балок, підбір перерізу головної балки. Перевірка міцності, загальної стійкості і прогину зварної балки. Розрахунок з'єднання поясів балки зі стінкою.

Вантажопідйомність крана і його розміри. Тиск крана, його вага разом з візком, тип кранового рейки. Визначення навантажень і розрахункових зусиль. Найбільший згинальний момент від вертикальних зусиль в перерізі балки під колесом, найближчим до середини балки.

Балкові клітини перекриттів - плоскі системи стрижневих елементів, що спираються на вертикальні конструкції будівель і сприймають поперечну розподілене навантаження. Компонування балочної клітки нормального типу. Визначення діючих навантажень на балку.