Как посчитать сечение с Н-образной полкой ?

 Как полки окаймления влияют на балки прочности расчеты ? 

В некоторых случаях является выгодным применение сечения с окаймлением сжатого пояса.

К таким случаям можно отнести:

• Балки большого пролета с нераскреплённым сжатым поясом, когда требуется обеспечить их устойчивость
• Балки, работающие на горизонтальные нагрузки сопоставимые по значению с вертикальными
• Криволинейные балки, которые помимо изгиба подвергаются скручиванию

Примером таких балок могут служить надворотные ригели в промышленном здании при большом габарите проема.

Расчет балки в этом случае включает в себя:

1. Проверку прочности верхнего пояса при изгибе в двух плоскостях
2. Проверку прочности нижнего пояса
3. Проверку общей устойчивости
4. Проверку местной устойчивости стенки и поясов
5. Проверку местной устойчивости окаймлений
6. Дополнительно должны быть проверены касательные и приведенные напряжения в  стенке профиля
7. Касательные и приведенные напряжения в верхнем поясном листе балки
8. Проверка прогиба в вертикальной плоскости
9. Проверка прогиба в горизонтальной плоскости

 

Рассмотрим подробнее каждую из проверок

1,2) Выполняются аналогично проверкам подкрановых балок по формулам соответственно  70  и 69 СП 16.13330 с подстановкой значенияПри этом назначать 

необходимо с учетом п.8.4.3, по фактическому конструктивному решению, определяющему уровень передачи горизонтальных нагрузок на балку.

Поскольку момент инерции такого сечения «из плоскости балки» определяется главным образом горизонтальной жесткостью Н-образного пояса, то наилучшим уровнем приложения горизонтальной нагрузки, создающей My, является верхняя часть сечения от оси верхнего пояса до центра тяжести.

3) 3) Часто возникает вопрос как проверять общую устойчивость такой балки.

Устойчивость можно проверять по прил.Ж СП16.13330, поскольку в нормах не приведено конкретных ограничений на форму сечения, и основным параметром расчета является коэффициент асимметрии сечения, который вычислить не представляет особых трудностей.

 

В существующих расчётных программах возможность проверить такое сечение отсутствует, поэтому, с некоторой осторожностью, его можно заменить на моносимметричный двутавр, увеличив развитый пояс таким образом, чтобы получились эквивалентные геометрические характеристики, входящие в расчет. Для расчета устойчивости принципиально соблюсти эквивалентность значений Υ_x, Y_y, Y₁, Y₂ и h (обозначения согласно прил.Ж СП16.13330).

 

Рис.2

4) Расчет местной устойчивости стенки не отличается от расчета обычной сварной балки и выполняется согласно 8.5. СП 16.13330. Расчет местной устойчивости полки производится с учетом п.8.5.20, поскольку окаймления полки повышают её местную устойчивость.

5) Окаймления являются поясами Н-образного лежачего двутавра, поэтому величина их свесов так же должна быть ограничена согласно 8.5. СП 16.13330

6) Касательные и приведенные напряжения в стенке профиля

Данные проверки являются необходимыми, поскольку для такого сечения характерно смещение точки максимума на эпюре касательных напряжений в сторону развитой полки. Это происходит т. к. статический момент Sx отсекаемой верхней полки в формуле 42 СП 16.13330 гораздо больше, чем в обычных двутавровых балках. Поэтому на границе перехода пояса в стенке возникают практически максимальные для сечения касательные напряжения.

Рис.3

 

7) Интересной является проверка касательных и приведенных напряжений в верхней Н-образной полке.

 Из-за косого изгиба балки в верхнем поясе возникает одновременно несколько составляющих сложного напряженного состояния:

Рис.4

Нетрудно заметить, что для точек 1 и 2 верхней полки необходима проверка по 

ф-лам 42 и 44 СП 16.13330.

На Рис.4 приложение вертикальных и горизонтальных нагрузок показано условно, в случае, когда эти нагрузки являются точечными, требуется учесть действие локальных напряжений σ_loc согласно 8.2.2 СП 16.13330 с соответствующими знаками.

В зависимости от ситуации (вида нагрузки, опорного закрепления) подобные проверки могут потребоваться и для т.3.

Поскольку верхний пояс балки работает на горизонтальную нагрузку в большей степени самостоятельно, необходимо продумать передачу горизонтальной составляющей на опорную конструкцию, обеспечив при этом шарнирное закрепление всего сечения в вертикальной плоскости.

8,9) Проверки прогибов выполняются по стандартным алгоритмам раздельно для вертикальной и горизонтальной плоскости. При этом значение предельного прогиба [f] по этим направлениям может приниматься разным в соответствии с СП20.13330 в зависимости от того какие функции выполняет балка в этих плоскостях (в вертикальной плоскости прогиб может быть ограничен исходя из эстетико-психологических требований, а в горизонтальной - как для конструкций фахверка, работающих на ветровую нагрузку).

При этом при проверке прогиба в горизонтальной плоскости, как и в случае с расчетами прочности, можно брать момент инерции верхнего пояса, это будет в небольшой запас.

Список литературы:

1. СП 16.13330.2017 "Стальные конструкции. Актуализированная редакция СНиП II-23-81*" (с Поправкой, с Изменением N 1,2,3).
2. "Металлические конструкции подъемно-транспортных машин". М.М. Гохберг. 1969г.