ления формулы (7.71) с формулой Герца, причем для формулы Герца поинято расчетное сопротивление местному смятию при свободном касании, кН/см:

RcM.K = 17 VR .

Простейшие однокатковые опоры (рис. 7,29, г) состоят из двух плит, между которыми помещают каток, часто срезанный по бокам.

Верхнюю плиту, являющуюся прокладкой между балкой и катком, обычно назначают толщиной около 30 мм. Нижняя плита работает подобно плите тангенциальной опоры, и ее размеры определяют по формулам (7.69) и (7.70).

Чтобы уменьшить трение качения, диаметр катка, мм, назначают по приближенной формуле не менее

d = 2r > 130+ г/1000, (7.72)

ГДР / - пролет балки.

Затем проверяют на местное смятие по формуле (7.71).

Для обеспечения правильного расположения катка в опорной части к нему с боков прикрепляют противоугонные планки, а в середине делают реборду, не дающую катку сдвинуться поперек.

Сопряжения балок. Сопряжения главных и второстепенных балок между собой бывают; этажные, в одном уровне верхних поясов и с пониженным расположением верхних поясов второстепенных балок (рис. 7.30).

Этажное сопряжение (рис. 7.30, а) является простейшим, но оно из-За возможного отгиба пояса главной балки может передавать лишь небольшие опорные реакции. Это сопряжение можно усилить, поставив под вспомогательной балкой ребро жесткости и пригнав его верхний торец к верхнему поясу главной балки для предотвращения отгиба.

Сопряжения в одном уровне и пониженное сопряжение способны передавать большие опорные реакции. Неудобство сопряжения в одном уровне (рис. 7.30, б) - необходимость выреза верхней полки и части стенки вспомогательной балки. Этот вырез ослабляет ее сечение и увеличивает трудоемкость сопряжения; кроме того, число болтов, которые можно разместить на стенке- балки, ограничено. Избежать этих неудобств можно, приварив на заводе к торцу вспомогательной балки коротыш из уголка, и уже его сопрягать на монтаже болтами или сваркой с ребром жесткости главной балки (рис. 7.30, в).

В этих сопряжениях опорная реакция со стенки примыкающей вспомогательной балки передается через болты или монтажную сварку на специальное ребро, укрепляющее стенку главной балки. В качестве работающих применяют болты нормальной точности, а при больших опорных реакциях вспомогательных балок - высокопрочные болты.

Расчет сопряжения балок заключается в определении размеров сварных швов или числа болтов, работающих на срез и прикрепляющих балки друг к другу. Расчетной силой является опорная реакция вспомогательной балки, увеличенная на 20 % вследствие внецентренно-сти передачи усилия на стенку главной балки.

Все рассмотренные сопряжения балок работают как шарнирные. При необходимости жесткого сопряжения балок (рис. 7.31) вводят «рыбки» (при одинаковой высоте балок) или «рыбку» и столик (при различной высоте балок). В таком сопряжении возникает не только поперечная сила, передающаяся на болты, прикрепляющие стенку вспомогательной балки к ребру главной балки или непосредственно на столик, но и опорный момент, передающийся через специальные накладки-рыбки или через «рыбку» и столик.

§ 6. пути совершенствования балочных конструкции

Весьма широкое распространение балочных конструкций привело к появлению ряда конструктивных форм, которые в отдельных случаях

с? i.

Зпюра

Рнс. 7.32. Бистальные балки

более эффективны, чем традяционные прокатные или составные балки, и их применение дает экономический эффект. К таким конструктивным формам можно отнести: бистальные балки, балки из алюминиевых сплавов, предварительно напряженные балки, балки с гибкой стенкой, балки с перфорированной стенкой и сталебетонные балки. Рассмотрим некоторые особенности их работы и конструирования.

1. Бистальные балки

Одним из источников экономии металла в строительных конструкциях является применение вместо обычной малоуглеродистой 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 стали малоуглеродистой (рис. 7.32).

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 упругоработаю-щими 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 бистальной балке по рис. 7.32, которая предполагает, что крайние участки стенки текут, а напряжения по толщине пояса постоянны и равны расчетному сопротивлению материала, прочность балки можно проверить по формуле

М = \ + i hlli - R- t aV3 = R-- Й7р,

где R"" - расчетное сопротивление высокопрочной стали, R - расчетное сопротивление малоуглеродистой стали.

± ;вс 2

Отсюда нетрудно получить приведенный момент сопротивления сечения бистальной балки

йир 4пЛг + Гст/п, (7 73)

3 R"<: 1 i?";

где W(it = tctlif "=="7" Tl"" -I] -коэффициент использования эню-

ры 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 Mmax=R- и Mx = RW (см. рис. 7.32), где Wnp и W подсчитаны для сечений с одинаковыми геометрическими размерами. Подбор сечений, проверки прочности и устойчивости мало отличаются от аналогичных проверок составных балок с подстановкой в них соответствующих значений расчетных сопротивлений материала поясов и стенки.

2. Особенности проектирования балок

ИЗ алюминиевых сплавов

В качестве материала для балок могут быть использованы почти все алюминиевые сплавы. Целесообразнее, однако, применять сплавы средней и высокой прочности. Главной особенностью материала, влияющей на конструкцию балок из алюминиевых сплавов, является более низкий . по сравнению со сталью модуль упругости его £ал=7100 кH/cм против £ст==20 600 кН/см. Вследствие меньщего модуля упругости балки из алюминиевых сплавов относительно более деформативны и менее устойчивы, чем стальные.

В готовых балках двутаврового и швеллерного сечения, которые изготовляют прессованием (см. рис. 7.2,6), местную устойчивость поясов увеличивают устройством бульб - утолщений на концах поясов. Высота готовых балок обычно не превышает 400 мм по условию прессования, и при необходимости увеличения несущей способности балок приходится раньше переходить на составные сечения, чем в стальных балках.

Конструктивная форма составных балок двутаврового сечения почти не отличается от составных стальных балок (см. рис. 7.2). Балки из раз-упрочняющихся при сварке сплавов делают клепаными. Высота сечения составной балки принимается из сравнения оптимальной по расходу материала высоты, определенной по формуле (7.20), и минимальной высоты, удовлетворяющей прогибу балки при полном использовании материала, определяемой по формуле (7.21). Из-за малого модуля упругости алюминиевых сплавов часто минимальная высота получается больше, чем оптимальная.

Подбор сечения и проверка его прочности производятся аналогично стальным балкам с соответствующими расчетными сопротивлениями сплавов. При проверке прочности упругопластическая работа балок не принимается во внимание, так как сплавы не имеют площадки текучести.

Проверка общей и местной устойчивости балки проводится в соответствии с указаниями СНиП 11-24-74.

3. Предварительно напряженные балки

Предварительное напряжение [1] -один из приемов увеличения эффективности использования материала конструкций. С его помощью удается уменьшить расход металла на балку на 10-20 7о, а стоимость конструкции - на 5-12%, понизить строительную высоту балки, добиться более рационального распределения материала по длине балки и т. п. Эффективность предварительного напряжения объясняется тем, что в конструкции во время ее возведения создаются предварительные