Расчетные схемы балок и определение расчетных усилий
Расчетная схема балки должна соответствовать особенностям ее работы в конструкции. В зависимости от условий опирания различают балки разрезные, неразрезные и консольные (рис. 1). Самыми распространенными являются разрезные статически определимые балки. Их достоинства - нечувствительность к осадкам опор, простота изготовления и монтажа (рис. 1, а, б). Неразрезные балки легче разрезных на 10... 12%, менее деформатнвны, что существенно при малых нагрузках и больших пролетах. Их недостатки: некоторое увеличение опорного давления на средние колонны и необходимость уменьшения крайних пролетов (до 20 %) для выравнивания пролетных и опорных моментов. По мере совершенствования методов расчета с учетом упругой податливости опор и неравномерной осадки основания неразрезные балки будут все шире применяться несмотря на некоторое увеличение трудоемкости их производства и монтажа. Консольные балки (рис. 1, б, в) используют в переходных и посадочных плошадках.
Рнс. 1. Расчетные схемы балок: а. б - статически определимых; в...ж - статически неопределимых.
При установлении расчетной схемы балки определяют характер закрепления ее на опорах, размеры пролета, а также схему приложения и размер внешней нагрузки. В рабочих площадках разрезные и неразрезные балки сопрягают между собой и с опорными конструкциями шарнирно. Опирание разрезных балок принимают как на бес-конечно жесткие опоры. В неразрезных балках в общем случае учитывают податливость опор. Для этого в расчетной схеме наряду с жесткостью балки Еlb задают длину и характеристику жесткости колонн при работе на сжатие ЕАc (рис. 1. е), при рамном узле соединения балок с колоннами - дополнительно характеристику жесткости при работе на изгиб Еlc (рис. 1, ж). В случае равной загруженности пролетов и одинаковой жесткости опор, когда влияние податливости опор на распределение усилий незначительно, неразрезные балки рассчитывают как на опорах бесконечной жесткости, без учета увеличения податливости средних опор (рис. 1, г). По такой схеме рассчитывают неразрезные балки настила в усложненной схеме балочной клетки. За расчетный пролет балок принимают расстояние между осями их опор. Более точно расчетный пролет может быть определен как расстояние между осями опорных элементов балки (опорных ребер, опорных фланцев). Балки настила рабочих площадок загружают равномерно распределенной по длине нагрузкой, собранной с грузового пролета, равного сумме полурасстояний от рассматриваемой до смежных балок. Если в перекрытии шаг балок принят постоянным, то грузовой пролет равен шагу. На вспомогательные и главные балки помимо равномерно распределенной нагрузки действуют сосредоточенные силы, приложенные в местах опирания вышележащих балок и равные их реакциям. При действии на балку более четырех сосредоточенных сил их можно заменить равномерно распределенной нагрузкой. По расчетной схеме статическим расчетом определяют расчетные усилия (изгибающие и крутящие моменты, перерезывающие силы) и перемещения балки (прогибы, углы поворота). Расчетные усилия определяют во всех сечениях, где они достигают максимальных значений (Mmax, Qmax), а также в сечениях, где их сочетание неблаго-приятно для работы конструкции. При расчете балок учитывают возможность работы материала в упругой или упруго-пластической областях. Перемещения конструкций (прогибы, углы поворота) определяют во всех случаях в предположении упругой работы стали. Расчетные усилия в разрезных балках не зависят от области работы материала, а в неразрезных при развитии пластических деформаций допускается определять расчетные изгибающие моменты с учетом перераспределения их в опорных и пролетных сечениях. При этом неразрезные балки, опирающиеся на жесткие опоры и изгибаемые в плоскости наибольшей жесткости сечения, должны иметь постоянное сечение, размеры пролетов, отличающиеся друг от друга не более чем на 20 %, и воспринимать статическую нагрузку. Тогда при условии обеспечения общей и местной устойчивости расчетный изгибающий момент равен:
M = ᾶ Mmax
При установлении расчетной схемы балки определяют характер закрепления ее на опорах, размеры пролета, а также схему приложения и размер внешней нагрузки. В рабочих площадках разрезные и неразрезные балки сопрягают между собой и с опорными конструкциями шарнирно. Опирание разрезных балок принимают как на бес-конечно жесткие опоры. В неразрезных балках в общем случае учитывают податливость опор. Для этого в расчетной схеме наряду с жесткостью балки Еlb задают длину и характеристику жесткости колонн при работе на сжатие ЕАc (рис. 1. е), при рамном узле соединения балок с колоннами - дополнительно характеристику жесткости при работе на изгиб Еlc (рис. 1, ж). В случае равной загруженности пролетов и одинаковой жесткости опор, когда влияние податливости опор на распределение усилий незначительно, неразрезные балки рассчитывают как на опорах бесконечной жесткости, без учета увеличения податливости средних опор (рис. 1, г). По такой схеме рассчитывают неразрезные балки настила в усложненной схеме балочной клетки. За расчетный пролет балок принимают расстояние между осями их опор. Более точно расчетный пролет может быть определен как расстояние между осями опорных элементов балки (опорных ребер, опорных фланцев). Балки настила рабочих площадок загружают равномерно распределенной по длине нагрузкой, собранной с грузового пролета, равного сумме полурасстояний от рассматриваемой до смежных балок. Если в перекрытии шаг балок принят постоянным, то грузовой пролет равен шагу. На вспомогательные и главные балки помимо равномерно распределенной нагрузки действуют сосредоточенные силы, приложенные в местах опирания вышележащих балок и равные их реакциям. При действии на балку более четырех сосредоточенных сил их можно заменить равномерно распределенной нагрузкой. По расчетной схеме статическим расчетом определяют расчетные усилия (изгибающие и крутящие моменты, перерезывающие силы) и перемещения балки (прогибы, углы поворота). Расчетные усилия определяют во всех сечениях, где они достигают максимальных значений (Mmax, Qmax), а также в сечениях, где их сочетание неблаго-приятно для работы конструкции. При расчете балок учитывают возможность работы материала в упругой или упруго-пластической областях. Перемещения конструкций (прогибы, углы поворота) определяют во всех случаях в предположении упругой работы стали. Расчетные усилия в разрезных балках не зависят от области работы материала, а в неразрезных при развитии пластических деформаций допускается определять расчетные изгибающие моменты с учетом перераспределения их в опорных и пролетных сечениях. При этом неразрезные балки, опирающиеся на жесткие опоры и изгибаемые в плоскости наибольшей жесткости сечения, должны иметь постоянное сечение, размеры пролетов, отличающиеся друг от друга не более чем на 20 %, и воспринимать статическую нагрузку. Тогда при условии обеспечения общей и местной устойчивости расчетный изгибающий момент равен: