ОСОБЕННОСТИ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ БАЛОК С ГОФРИРОВАННОЙ СТЕНКОЙ ПЕРЕМЕННОЙ ЖЕСТКОСТИ

Полный текст

В стальных двутавровых балках из-за необходимости обеспечения условия местной устойчивости требуется увеличение толщины стенки и наличие поперечных ребер жесткости. В целях повышения эффективности конструкции применяется балка с гофрированной стенкой, позволяющая выполнить оба этих требования и в то же время снизить металлоемкость. Вопросы усовершенствования конструкции балок с гофрированной стенкой поднимались в ряде работ, например [1-3]. В средней части пролета балки величина касательных напряжений минимальна, и поэтому использование в ней гофрирования не оправдано с точки зрения материалоемкости. Вариант размещения плоского отсека в центральной части стенки рассматривался в исследованиях [4-6]. Подтверждение эффективности использования в гофрированной стенке плоского центрального фрагмента на основе анализа напряжен- Н. Ю. Молева 5 Градостроительство и архитектура | 2021 | Т. 11, № 2 но-деформированного состояния расчетной модели балки представлено в данной статье. Сечение балки. Рассматриваемая балка имеет пролет 12 м, работает на изгиб от центрально приложенной равномерно-распределенной нагрузки (рис. 1). Принят синусоидальный профиль гофрирования стенки. Рис. 1. Схема загружения балки Рис. 2. Параметры балки Максимальные значения изгибающего момента и перерезывающей силы соответственно составляют: Mmax = (q·L2)/8 = (33·122)/8 = 594 (кН·м). (1) Qmax = (q·L)/8 = (33·12)/8 = 198 (кН). (2) Принятый профиль балки из сортамента Zeman WTC 1250 - 300×20 (рис. 2): - высота стенки hw = 125 см; - ширина пояса bf = 30 см; - толщина пояса tf = 2 см. Тогда площадь сечения пояса будет равна: Af = bf·tf = 30·2 = 60 (см2). (3) Высота балки H = 129 (см). Общая устойчивость балки: по результатам расчета численной модели балки в ПК «ЛИРА-СА- ПР» (рис. 3) коэффициент запаса по первой форме потери устойчивости составляет 1,23859. Рис. 3. Первая форма потери устойчивости балки в ПК «ЛИРА-САПР» Градостроительство и архитектура | 2021 | Т. 11, № 2 6 СТРОИТЕЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИ, ЗДАНИЯ И СООРУЖЕНИЯ Моделирование балки в ПК «ЛИРА-СА- ПР». В расчетном комплексе «ЛИРА-САПР» было выполнено построение конечноэлементной модели рассчитываемой балки (рис. 4). Максимальный прогиб балки составил 11,7 мм (рис. 5). Рис. 4. Модель балки в ПК «ЛИРА-САПР» Рис. 5. Максимальный прогиб балки с гофрированной стенкой Рис. 6. Схема балки переменной жесткости Рис. 7. Схема расположения сечений балки делялась для плоского фрагмента стенки. Примем длину плоского участка равной 2400 мм. Рассмотрим характерные особенности напряженно-деформированного состояния балки со стенкой переменной жесткости. Анализ напряженно-деформированного состояния балки переменной жесткости: а) Нормальные напряжения Nx действуют в поясах и плоском центральном фрагменте стенки. В гофрированной части они незначительны и развиваются лишь в месте примыкания к поясам (рис. 7, 8). Максимальная величина Nx (77,622 МПа) достигается в растянутом нижнем поясе в месте примыкания гофрированной части стенки к плоской. В балке с полностью гофрированной стенкой максимум нормальных напряжений Nx находится в середине пролета. б) Касательные напряжения τxy действуют в стенке балки и максимальны в ее приопорной зоне (рис. 7, 9). в) Максимальный прогиб конструкции составляет 11 мм, что меньше значения, полученного для полностью гофрированной балки (см. рис. 5). Проверка устойчивости балки проведена в ПК «ЛИРА-САПР», коэффициент запаса составил 1,23506 по первой форме потери устойчивости. Данный результат незначительно отличается от величины, полученной при проверке устойчивости полностью гофрированной балки, следовательно, конструкция переменной жесткости не уступает классической в изгибной жесткости из плоскости. Равномерно-распределенная нагрузка может быть приложена с эксцентриситетом, что 11,7 мм Балка переменной жесткости. В связи с тем, что в центральной части пролета касательные напряжения стремятся к нулю, целесообразно заменить этот участок стенки плоским фрагментом (рис. 6). Длину плоского участка определим по СП 16.13330.2017 «Стальные конструкции» как расстояние между поперечными ребрами жесткости a ≤ 2hef = 2500 мм при λw ≥ 3,2. Величина условной гибкости λw опре- Н. Ю. Молева 7 Градостроительство и архитектура | 2021 | Т. 11, № 2 влечет за собой изменение напряженно-деформированного состояния конструкции. Рассмотрим вариант загружения балки той же нагрузкой, но имеющей эксцентриситет e = 3 см (рис. 7, 10). Величина возникающих напряжений больше у верхнего пояса, при этом их максимальная величина достигается в месте примыкания гофрированной части стенки к плоской. Коэффициент запаса по первой форме потери устойчивости в этом случае составил 1, 24032. Рис. 8. Эпюры нормальных напряжений Nx (в МПа) Рис. 9. Эпюра касательных напряжений τxy (в МПа) в приопорной зоне стенки Рис. 10. Эпюры нормальных напряжений Nx (в МПа) Вывод. Комбинирование различных типов жесткости в балке двутаврового профиля является целесообразным. Такое конструктивное решение позволяет рационализировать использование гофрированной части стенки только в тех зонах, где это требуется, т. е. где велики касательные напряжения. Устойчивость центральной плоской части стенки можно повысить, установив поперечные ребра жесткости. По результатам расчета балка переменной жесткости отвечает требованиям устойчивости и позволяет уменьшить прогиб балки.

Об авторах

Наталия Юрьевна МОЛЕВА

Самарский государственный технический университет

Список литературы

Дополнительные файлы