а - роспуск исходного двутавра; б - сварка сквозного двутавра; в - к расчету сквозного
двутавра
Эти качества в сочетании с компактностью, хорошей транспортабельностью и приспособленностью к автоматизированному изготовлению делают их в ряде случаев конкурентоспособными с решетчатыми конструкциями и обеспечивают им достаточно широкое применение в качестве балок перекрытий, где отверстия в них используются для пропуска коммуникаций, и стропильных балок. Компоновка сквозных двутавров имеет свои особенности. С целью полного использования исходного двутавра при его роспуске по рис. 7.34,а желательно соблюдать следующие зависимости:
h\ = (0,6-0,75)/г; а>90мм; к>150 мм; об = 40°-70°.
В случае действия на балку сосредоточенных регулярно расположенных грузов необходимо, чтобы положение сплошных участков стенки сквозного
двутавра совпадало с положением этих грузов. Исследования показывают, что для однопролетных балок более экономично применять сквозные двутавры из двух марок сталей - верхнюю часть из обычной малоуглеродистой стали, из двутавра с более толстой стенкой, а нижнюю часть - из более прочной стали, из двутавра с более тонкой стенкой. Действительная работа сквозного двутавра на поперечный изгиб достаточно сложна, так как система многократно статически неопределима, а жесткость элементов по длине переменна.
В качестве первого приближения ее рассматривают как безраскосную систему Виренделя, принимая, что в середине сплошных участков стенки и в середине участков поясов в местах вырезов стенки расположены шарниры - точки нулевых моментов, в которых действуют только поперечные и продольные силы (рис. 7.34,0). Напряжения в них определяют как в обычной балке, ослабленной отверстием, с учетом дополнительного изгиба пояса поперечной силой, воспринимаемой этим поясом. Поперечная сила в балке при этом распределяется между поясами пропорционально их изгибной жесткости.
В угловых точках отверстий 2 w 4, вследствие концентрации напряжений прочность проверяется по временному сопротивлению Ru. Более подробно о балках с перфорированной стенкой см. в работах [4, 5, 8], а также в книге А.Я. Каплуна.
7.6.2. Бистальные балки. Одним из источников экономии металла в строительных конструкциях является применение вместо обычной малоуглеродистой стали сталей повышенной прочности. Однако в балках, изготовленных целиком из стали повышенной прочности, нельзя полностью использовать все преимущества этой стали, так как в стенке балки и в сечениях вблизи опор напряжения значительно меньше расчетных сопротивлений.
Кроме того, местная устойчивость элементов балки из высокопрочной стали относительно менее благоприятна по сравнению с устойчивостью этих же элементов, выполненных из обычной малоуглеродистой стали. Поэтому часто целесообразно использовать балки из двух марок стали различной прочности - бистальные, в которых сталь повышенной прочности применяется только в наиболее напряженных участках поясов балок, а вся стенка и пояса вблизи опор балки, т.е. участки балки, испытывающие меньшие нормальные напряжения, выполняются из малоуглеродистой стали (рис. 7.35).
Работа такой балки отличается от работы обычных балок тем, что при действии расчетной нагрузки в крайних участках стенки, примыкающих к поясам из высокопрочной стали, может возникнуть текучесть материала стенки. Однако эти участки стенки работают в условиях ограниченной деформации, так как находятся между упруго работающими поясами и остальной частью стенки, и текучесть в них не может быть опасной для всей балки.
Расчет бистальных балок учитывает возможное появление пластичности в крайних участках стенки. Принимая расчетную эпюру напряжений в би-стальной балке по рис. 7.35, мы предполагаем, что крайние участки стенки
Каплун А.Я. Стальные конструкции из широкополочных двутавров и тавров. - М.: Стройиздат, 1981.
Рис. 7.35. Бистальная балка
текут, а напряжения по толщине пояса постоянны и равны расчетному сопротивлению материала и можно проверить прочность балки
М (RfAfhef + RibhllA - Rtwan) /с = ЛИ""" /с
где Л5" - расчетное сопротивление высокопрочной стали; iC - расчетное сопротивление малоуглеродистой стали;
а = (R7lRT)(hn).
Отсюда нетрудно получить приведенный момент сопротивления сечения бистальной балки
= Afhef + Wwm,
(7.69)
[где] Ww-Ufhi/6;m- (3/2)(Ry/R"J)U - (1/3) («yVR*")] - коэффициент использования эпюры напряжений в стенке балки.
Длина участка балки с поясами из высокопрочной стали определяется по эпюре моментов из условия несущей способности бистального и моностального сечения, т.е. по Мтах = Rfw"" 7с и Mi = RyW/c (см. рис. 7.35), где w"" и W подсчитаны для сечений с одинаковыми геометрическими размерами. Подбор сечений и проверки прочности и устойчивости мало отличаются от аналогичных проверок составных балок с подстановкой в них соответствующих значений расчетных сопротивлений материала поясов и стенки (подробно см. [5].
7.6.3. Предварительно напряженные балки. Предварительное напряжение - один из приемов увеличения эффективности использования материала конструкций. С его помощью удается уменьшить расход металла на балку на 10-20%, а стоимость конструкции - на 5-12%, понизить строительную высоту балки, добиться более рационального распределения материала по
