Жесткое и шарнирное соединение балок. Сварка это жесткое или шарнирное соединение
Жесткое и шарнирное соединение балок
Здравствуйте, друзья, читатели, коллеги! «Лукаринвест» продолжает свою работу для Вас!
На этот раз поговорим о соединении балок. Жестком и шарнирном.
В целом, балки опираются либо на колонны, либо на стены. Зачастую – под прямым углом, хотя существуют варианты косой опоры.
По конструктивному решению соединение бывает шарнирным и жестким. Реализуется посредством сопрягательных узлов. Само же сопряжение делится на опору сверху и боковое примыкание.
Если мы говорим о шарнирном соединении, то оно выполняет только опорную реакцию, а при жёстком соединении происходит еще и опорный момент.
Наиболее распространено именно соединение шарнирного типа. Жесткое – имеет место быть при проектировании многоэтажных строений, их каркасов в частности.
Не зависимо от вида соединения всегда необходимо четко просчитывать такие моменты, как:
1 Вычисление параметров сварных швов, заклепок, а так же болтов при проектировании сопрягательных узлов.
2 Обеспечить максимальную подгонку к опорной поверхности. Наряду с торцами ребер жесткости ( применяются для равномерного распределение нагрузки на опоры) и прочих элементов которые могут сработать на смятие конструкции.
3 Также, не менее целесообразно принимать во внимание опорное защемление в узлах шарнирного типа, а при жестком типе следует учитывать «столик» и «рыбку» (опорные моменты нижнего и верхнего пояса соответственно).
Ниже представлены иллюстрации типов опоры
1 Балки опираются на колонны.
2 Боковое примыкание балок к колоннам.
3 Боковое примыкание при помощи «столика»
4 Пример жесткого сопряжения
В свою очередь, специалисты нашей компании разработают любой необходимый Вам строительный проект в оптимальные сроки и с полным соблюдением всех необходимых норм.
Оставайтесь с нами!
01.09.2016 Просмотров: 4769
kmdrus.ru
Строймех для чайников (2)
ВИДЫ КРЕПЛЕНИЙ И СТЕПЕНИ СВОБОДЫ
Крепление стержня есть своего рода ограничение его степеней свободы: перемещения или вращения в пространстве от воздействия внешней нагрузки и в зависимости от характера этого ограничения существуют разные виды креплений.
Существует три основных типа крепления стержневых систем к диску:
Шарнирно-подвижная опора
Имеет две степени свободы: перемещение от воздействия горизонтальных сил и от вращающих сил, крутящих моментов, рис 1.
Рис. 1 Степени свободы шарнирно-подвижной опоры
Как видно из рисунка, перемещение по вертикали невозможно, поэтому при вертикальной внешней нагрузке в шарнире будет возникать внутреннее возвратное усилие или реакция опоры. Возвратное, потому что реакция опоры направлена всегда противоположно направлению прилагаемой нагрузки, и в шарнирно подвижной опоре эта реакция всегда будет возникать по направлению опорного стержня вертикально или горизонтально в зависимости от расположения опоры, рис 2.
Рис. 2 Реакция шарнирно-подвижной опоры
Отсюда можно сделать вывод, что реакция в опоре возникает только в случае сопротивления опоры перемещению от заданной нагрузки.
Шарнирно-неподвижная опора или
Имеет одну степень свободы: перемещение от вращающих сил, крутящих моментов, рис 3.
Рис. 3 Степень свободы шарнирно-неподвижной опоры
Из рисунка видно, что перемещение по вертикали и горизонтали невозможно, следовательно, в шарнирно-неподвижной опоре максимальное число возникающих реакций – две, и они всегда будут направлены: одна по вертикали, другая по горизонтали в зависимости от наличия внешних нагрузок , рис 4.
Рис. 4 Реакция шарнирно-неподвижной опоры
Жёсткая заделка
Не имеет степеней свободы, так как в опоре возникает крутящий реактивный момент, препятствующий повороту закреплённого стержня, как в выше перечисленных шарнирах, условно его можно представить в виде крепления из двух шарниров, рис 5.
Рис. 5 Жёсткая заделка, принцип сопротивления повороту
Из рисунка видно, что если мы попытаемся повернуть стержень относительно точки А или точки В, то этому воспрепятствует второй рядом стоящий шарнир, перемещение по вертикали или горизонтали также невозможно. Следовательно, в такой опоре будут возникать максимум три усилия: всегда по горизонтали, по вертикали и момент, направленный противоположно вращающей силе. Реактивный опорный момент может возникать как от приложенного одиночного момента, рис 6а, так и от вращающего усилия, рис 6б.
а)
б)
Рис. 6 Реакции жёсткой заделки: а) только от одиночного момента, б) от горизонтальной и вертикальной внешних сил.
Вращающим усилием на рис 6б является момент, возникающий от внешней горизонтальной нагрузки. Таким образом, реактивный момент в жёсткой заделке возникает всегда, когда есть усилие несовпадающее с направлением закреплённого стержня.
Примечание:реакции в опорах не всегда возникают в своём максимальном количестве, их наличие напрямую зависит от вида и направления внешней нагрузке в заданной системе, рис 4.
4
studfiles.net
Узлы сопряжений - Стыки и узлы сопряжений балок - Балки
Сопряжения разделяют по конструктивному признаку на опирание сверху и примыкание сбоку (шарнирное или жесткое). Примыкание сбоку может осуществляться либо в виде фланцевого соединения, либо при помощи столиков. Шарнирное сопряжение передает только опорную реакцию, а жесткое передает, кроме опорной реакции, еще и опорный момент.
Опирание балок на колонны
Примеры опирания балок на колонны показаны на фигуре. Обычно в качестве непосредственной опоры, передающей опорное давление на колонну (или консоль), в балках пролетом до 25 — 30 м применяется плоская подушка (плита). На фигуре,а опорные ребра жесткости (опорные планки) поставлены по торцам балок и выпущены книзу на 10 — 15 мм. Фрезерованные (строганые) торцы этих планок фиксируют центральную передачу опорного давления. Нижний пояс балок не касается колонны, но притягивается к ней болтами.
На фигуре наоборот, ребра жесткости расставлены, фиксируя передачу опорных давлений через опорные плиты на ветви колонны (из швеллеров). Толщина опорных плит обычно назначается конструктивно (если только плита не работает на изгиб) и принимается несколько большей, чем толщина пояса балки.
Примыкание балок к колоннам сбоку
На фигуре, а показано шарнирное примыкание (фланцевое) сбоку на болтах. Болты в этом креплении рассчитываются на срез от действия опорной реакции А, увеличенной на 20% (смотрите формулы). Применение черных болтов здесь возможно при опорной реакции примерно до 30 — 35 т. Сварной шов рассчитывается, как было указано выше, на совместное действие касательных и нормальных напряжений (смотрите формулы).
Такое примыкание, как показали опыты, несмотря на расставленные по высоте балки болты, является шарнирным вследствие податливости всего соединения (отгиба полок уголков, податливости гаек, вытяжки болтов и т. д.). Для осуществления жесткого сопряжения необходимо прочно соединить пояса балки с опорной конструкцией.
На фигуре б показан пример такого сопряжения, в котором нижний и верхний пояса присоединены к колонне горизонтальными планками. Это соединение выполнено для нижнего и верхнего поясов балки по-разному для того, чтобы избежать потолочной сварки при монтаже.
Сопряжения по фигуре могут применяться лишь при статической нагрузке, так как они имеют щели, вокруг которых концентрируются напряжения, опасные при динамической нагрузке.
Примыкание балок к колоннам сбоку при помощи столика
На фигуре, а показано шарнирное примыкание балки к колонне сбоку при помощи опорного столика. Это очень простое сопряжение, удобное для монтажа. Опорным столиком обычно служит неравнобокий уголок, полученный путем обрезки части полки. Он воспринимает все опорное давление балки А, которое передается на колонну через швы.
Однако расчетную длину шва lш на одной стороне столика обычно определяют, исходя из усилия, равного 2/3А, ввиду возможной перегрузки одной стороны из-за неточности изготовления. Уголки, приваренные к стенке балки, — конструктивные; каждый из них прикрепляется к колонне двумя болтами.
Опорные столики часто делают из толстого листа (δ = 25/30 мм). На фигуре,б показано жесткое сопряжение балки с колонной при помощи опорного столика из толстого листа. Это сопряжение способно воспринять не только опорное давление, передающееся на столик, но также и момент, передающийся с поясов балки на опорную планку (фланец), прикрепленную болтами к колонне. Линия оси упругого поворота узла (нейтральная линия), как показали исследования, проходит примерно на уровне нижнего пояса балки.
Максимальное усилие в двух верхних болтах, расположенных на одной горизонтали и работающих на растяжение, определяется по формуле
Нижнюю кромку опорной планки, выпущенной на 10 мм, строгают так же, как и верхнюю кромку опорного столика. Для полной обеспеченности передачи опорного давления на столик диаметр отверстий в планке назначают на 2 — 3 мм больше диаметра болтов, тем самым не допуская работы болтов на срез. Учитывая работу опорной планки не только на сжатие, но и на изгиб, ее следует делать достаточно толстой (около 16 — 20 мм).
Жесткое сопряжение балок
Жесткое сопряжение балок:
а — сварных; б — клепанных.
На фигуре показаны примеры жесткого сопряжения второстепенных балок с главными. Опорный момент передается здесь по верхнему поясу через планку, называемую «рыбкой», а по нижнему поясу — через столик. Рыбка имеет уширение по сечению а — б, рассчитанное на восприятие полного усилия N = M/h.
«Проектирование стальных конструкций»,К.К.Муханов
На фигуре показаны стыки сварной составной балки. На фигуре, а показан заводской стык, у которого элементы поясов я стенки стыкуются вразбежку, а на фигуре, б — монтажный стык. Примененный здесь прямой стык стенки может быть устроен при ручной сварке и обычных способах контроля сварки в том сечении балки, где момент имеет значение Тогда напряжение в…
На фигуре, а показан заводской стык стенки клепаной балки, перекрытый накладками на всю высоту стенки с двух сторон; на фигуре, б и в показаны заводские стыки поясных уголков и поясного листа. Основное правило устройства стыка заключается в перекрытии его стыковым элементом, площадь сечения которого не меньше площади стыкуемого элемента. На фигуре, г показан пример монтажного…
www.ktovdome.ru
Рисунок 219.1. Зависимость значений изгибающих моментов и прогибов от варианта опирания балки. На рисунке 219.1.а показана балка с шарнирными опорами. Для такой балки максимальный изгибающий момент М и соответственно максимальные нормальные напряжения будут действовать в поперечном сечении, расположенном посредине пролета, при этом момент на опорах будет равен 0. На рисунке 1.б показана балка, имеющая такой же пролет и к балке приложена такая же нагрузка, как и к балке на рисунке 219.1.а. При этом для балки, изображенной на рисунке 219.1.б максимальные изгибающие моменты будут действовать на сечения, находящиеся на опорах, их значение будет в 1.5 раза меньше, чем для балки на шарнирных опорах, а максимальный прогиб f будет в 5 раз меньше. Как видим разница ощутимая. А для железобетонных конструкций определение растянутых и сжатых областей особенно важно, так как железобетон это комплексный материал, в котором бетон, как искусственный камень, работает на сжимающие напряжения, а металлическая арматура устанавливается как правило в растягиваемой области, что позволяет не учитывать гибкость стержней и тем самым использовать прочностные свойства металла максимально. Таким образом правильное определение вида опор позволит сэкономить порядочное количество материала. Кроме того, так как любая балка, например, перемычка или плита перекрытия имеет определенные участки, предназначенные для опирания, то такую балку можно рассматривать как двухконсольную балку с двумя шарнирными опорами у которой опорные участки - это консоли балки, правда при относительно небольших размерах таких участков большого смысла в этом нет. Если Вы не знаете, какое опирание будет у Вашей конструкции, то принимайте шарнирное бесконсольное. Самое худшее, что при этом может случиться, это запас конструкции по прочности в 1.5-2 разаТем же, кто надеется немного сэкономить на изготовлении конструкции, придется читать статью до конца. Ну а теперь о главном: почему в строительной механике и сопромате используются такие понятия, как шарнирные опоры и жесткое защемление на опорах и как с этим жить? В большинстве случаев расчет строительной конструкции является упрощенным и приближенным, это позволяет выполнить расчет максимально быстро и просто. Например, нужно рассчитать перемычку из прокатного профиля, которая будет укладываться на раствор, используемый при возведении кирпичной стены. Чтобы выполнить расчет максимально точно, нужно кроме нагрузки, действующей на перемычку, также знать не только длину пролета, но и полную длину перемычки с учетом опорных частей, прочность кладочного раствора и прочность кирпича на сжатие, геометрическую форму кирпичей, силу сцепления металла с раствором и силу трения между металлом и раствором, возможные дефекты кладочного раствора, прокатного профиля, прямолинейность профиля, разность отметок опорных площадок и много чего еще. Однако строительная механика, если принять для перемычки шарнирное опирание без консолей, позволяет упростить расчет до минимума при использовании следующих допусков и расчетных предпосылок: 1. Перемычка рассматривается как однородное тело, обладающее изотропными свойствами, т.е. одинаковыми физико-механическими свойствами во всех направлениях. Это позволяет рассматривать перемычку как абсолютно плоский прямолинейный стержень лежащий на оси х. Ось х проходит через центр тяжести поперечных сечений стержня. Нагрузка приложена по оси у, т.е. попадает на ось х, проходящую через центры тяжести поперечных сечений. 2. Так как стержень абсолютно плоский, то опорные участки перемычки сводятся к двум опорным точкам А и В, при этом внутренние напряжения действующие на опорные участки по оси у сводятся к сосредоточенным нагрузкам, которые в данном случае представляют собой опорные реакции. Так как опорные площадки и опорные участки балки сведены к точкам, то и сосредоточенные опорные реакции прикладываются в опорных точках. Таким образом при расчетах используется не полная длина перемычки, а пролет балки l - расстояние между опорными точками. 3. Сила действия равна силе противодействия, например, общая нагрузка, действующая на перемычку равна сумме опорных реакций. 4. Сила сцепления металла с раствором и сила трения, возникающая при перемещении балки по оси х, принимаются достаточными для обеспечения неподвижности балки по этой оси в опорной точке А и не учитываются для опорной точки В. Другими словами в точке А балка смещаться по оси х не может, а в точке В может свободно. 5. Так как перемычка под действием нагрузки будет прогибаться, то на расчетной схеме нужно как-то обозначить расстояние между землей и перемычкой. Наиболее полно данным расчетным предпосылкам отвечает следующая расчетная схема:
Рисунок 219.2. Шарнирно опертая безконсольная балка. Суть данной расчетной схемы следующая: наша перемычка представляет собой стержень, который шарнирно соединен с тремя условными опорными стержнями, имеющими бесконечно большую прочность, жесткость и длину, достаточную для того, чтобы обеспечить свободный прогиб балки и при этом смещение балки в точке В из-за изменения линейных размеров при прогибе будет происходить только по оси х. Сила трения в шарнирах равна 0, опорные стержни также шарнирно соединены с землей. При этом вертикальные стержни, обозначенные на рисунке 2 фиолетовым цветом, параллельны оси у, а горизонтальный стержень, обозначенный на рисунке 2 синим цветом, расположен на оси х, как и основная балка. Данное положение опорных стержней обеспечивает геометрически неизменяемую конструкцию. Это позволяет заменить опорные стержни тремя опорными реакциями и при расчетах обойтись тремя основными уравнениями равновесия, здесь мы никаких расчетов не производим, а потому и уравнения равновесия не приводятся (значения моментов, определенных, исходя из уравнений равновесия, даны на рисунке 219.1.а). В принципе при такой расчетной схеме расчет перемычки занимает не более получаса, причем больше всего времени уходит на сбор нагрузок. Изображаться шарнирные опоры могут по-другому, особенно для консольных балок, например так, как показано на рисунке 219.1.а), одна из опор при этом может обозначаться условно скользящей, но как бы шарнирные опоры не изображались физический смысл расчетной схемы для шарнирного закрепления на двух опорах остается неизменным. Данную расчетную схему можно принимать для большинства строительных конструкций, имеющих две опоры и при этом относительно небольшую площадь опирания, например, при расчете деревянных, металлических и железобетонных балок перекрытия (если железобетонные балки будут изготавливаться отдельно от плиты перекрытия), для половых досок и железобетонных плит перекрытия, опирающихся на две стены, для перемычек. При этом влияние гвоздей, шурупов или раствора на работу конструкции можно не учитывать. Но если длина опорных частей больше 1/3 длины пролета для перемычек или больше 1/8 части длины пролета для плит перекрытия в зданиях со стенами из тяжелых материалов, то имеет смысл проверить, нельзя ли рассматривать данную конструкцию, как защемленную на опорах.С точки зрения строительной механики жесткое защемление на опорах, показанное на рисунке 219.1.б), можно заменить опорными стержнями следующим образом:
Рисунок 219.3. Замена защемления на опорах шарнирными опорами Для того, чтобы защемление считалось жестким, значение l' должно быть значительно меньше l или стержень на участках АА' и ВВ' должен быть абсолютно жестким, при соблюдении одного из этих условий угол поворота поперечного сечения балки в точках А и В будет равен 0 или стремиться к 0. В реальности первое условие выполнимо, только если наша балка будет на опоре приварена (для металлических каркасов) или приварена и забетонирована (для железобетонных каркасов), причем не на глаз, а согласно расчету. Или нагрузка сверху и снизу на опорные участки балки l' будет значительно больше, чем нагрузка на балку, например при достаточном защемлении железобетонной плиты перекрытия между кирпичами стены. Но и этого мало. Такая балка, защемленная на двух опорах (рисунок 1.б) или имеющая 6 опорных стержней (рисунок 3), является трижды статически неопределимой балкой, со всеми вытекающими отсюда последствиями. В данном случае, как уже говорилось, расчетами мы не занимаемся, да и нет в этом необходимости, основные расчетные формулы приведены на рисунке 1.б, но использовать полученные знания уже можем. Ну и главное отличие жестко защемленной опоры от шарнирной: угол поворота поперечного сечения балки (стержня) на жестко защемленной опоре всегда равен 0 вне зависимости от того, где и как приложена нагрузка, а на шарнирных опорах угол наклона поперечного сечения как правило максимальный. Это и дает в итоге столь ощутимую в конечном счете разницу значений прогибов. Примеры влияния длины опорных участков1. А теперь рассмотрим наиболее приближенный к реальности случайПеремычка над проемом в кирпичной стене имеет опорные участки некоторой длины, к перемычке приложена равномерно распределенная нагрузка, проще говоря, на перемычку опирается кирпич. Такую перемычку можно условно рассматривать как двухконсольную балку на двух шарнирных опорах с равномерно распределенной нагрузкой. Требуется подобрать длину консолей так, чтобы изгибающий момент на опорах был равен максимальному моменту в пролете. Задача, не смотря на всю сложность формулировки, очень проста. Так как для безконсольной балки на двух шарнирных опорах максимальный изгибающий момент будет равен ql2/8, то для консольной балки с таким же пролетом l нам необходимо подобрать такую длину l', чтобы соблюдалось условие Мmax дляпролета = Мна опорах = ql2/16. Почему так, здесь объяснять не буду, поверьте на слово (впрочем, по просьбам учащихся я написал отдельную статью об особенностях расчета косольных балок с симметрично загруженными консолями). Таким образом момент на опоре от распределенной нагрузки будет ql2/16 = ql'2/2. Следовательно длина опорных участков перемычки должна составлять l' = l /(√8) ≈ 0.3535l Например для перемычки, укладываемой над пролетом длиной 2 метра, длина одного опорного участка должна составлять не менее 0.7 м, а суммарная длина опорных участков должна составлять не менее 1.4 м, чтобы перемычку можно было рассчитывать как двухконсольную балку на двух шарнирных опорах. И если для перемычки над двухметровым пролетом такая длина опорного участка - это много, то для перемычки над проемом в 1 метр длина опорных участков в 36 см уже не кажется такой большой по сравнению с минимально требуемой в 25 см и таким образом иногда можно подобрать такие размеры перемычки, которые позволят чуть ли не в 2 раза сэкономить на материалах. Тут есть свои особенности, которые при расчетах необходимо учитывать:
Учесть эти особенности можно поправочным коэффициентом, например, 1.2 или 1.3. Если мы умножим значение момента на поправочный коэффициент 1.5, то это уже получится жестко защемленная балка. 2. Еще один примерПлита перекрытия опирается на кирпичную стену шириной 77 см (именно такая толщина стен часто требуется для обеспечения необходимой теплоизоляции современными строительными нормами, если стена дополнительно не будет утепляться), пролет плиты l = 4 метра, длина опорных участков на плиту перекрытия l' = 0.6 м. Распределенная нагрузка на плиту перекрытия q1 = 500 кг/м, распределенная нагрузка от веса кирпичной стены (в зависимости от марки и состава кирпича, высоты кладки и других причин) q2 = 4000 кг/м. Требуется проверить, можно ли рассматривать такую плиту как балку, жестко защемленную на опорах, или как консольную балку на шарнирных опорах. Примечание: если длина опорного участка балки меньше высоты поперечного сечения балки, то нагрузка от веса стены из-за перераспределения напряжений не учитывается и балка рассматривается, как безконсольная на шарнирных опорах. В данном случае, если высота балки h находится в пределах 10-20 см, то длина опорного участка балки значительно больше высоты сечения и потому нагрузку от веса стены нужно учитывать, при этом нужно учитывать нагрузку от всей ширины стены, так как длина опорных участков сопоставима с толщиной стены. Момент на опорах будет равен Мопор = 4000·0.62/2 = 720 кг·м, момент в пролете для безконсольной балки на шарнирных опорах Mпролета = 500·42/8 = 1000 кг·м, таким образом максимальный момент в пролете плиты перекрытия составит 280 кг·м, это меньше чем 1000/3 = 333 кг·м и потому такую плиту перекрытия следует рассматривать как жестко защемленную на опорах. Примечание: Даже в этом случае угол поворота поперечных сечений в начале опорных участков не будет равен нулю, так как и балка и материал стены имеют не бесконечно большую жесткость. Это означает, что для более точного расчета значение пролета жестко защемленной балки следует принимать больше фактического расстояния между стенами, на которые опирается балка. Более того, расчетное значение пролета может быть даже больше длины самой балки, особенно если модуль упругости балки значительно больше модуля упругости стенового материала. 3. Еще один примерПлита перекрытия опирается на кирпичную стену шириной 51 см (именно такая толщина стен до сих пор часто делается), пролет плиты такой же l = 4 метра, длина опорных участков на плиту перекрытия l' = 0.38 м. Распределенная нагрузка на плиту перекрытия q1 = 500 кг/м, распределенная нагрузка от веса кирпичной стены (в зависимости от марки и состава кирпича, высоты кладки и других причин) q2 = 4000 кг/м. Требуется проверить, можно ли рассматривать такую плиту как балку, жестко защемленную на опорах, или как консольную балку на шарнирных опорах. Момент на опорах будет равен Mопор = 4000·0.382/2 = 288.8 кг·м, момент в пролете для безконсольной балки на шарнирных опорах Mпролета = 500·42/8 = 1000 кг·м, Таким образом максимальный момент в пролете плиты перекрытия составит 711.2 кг·м, это больше чем 333 кг·м и потому такую плиту перекрытия следует рассматривать как консольную балку с шарнирными опорами. Примечание: если рассматривать такую плиту перекрытия как безконсольную балку на шарнирных опорах, то максимальный изгибающий момент, на который нужно рассчитывать поперечное сечение, будет на 40% больше. Однако как и в первом примере, все не так просто и для учета неучтенных обстоятельств желательно использовать поправочный коэффициент. Конечно же опорные площадки, на которые будет опираться балка, нужно отдельно просчитать на прочность. |
19-03-2013: Евгений Здравствуйте! Подскажите, пожалуйста, при расчете стены на прочность куда прикладывается сосредоточенная сила(равная опорной реакции)от плиты перекрытия с временными нагрузками? по середине площадки опирания плиты или как? я так понимаю, что с эксцентриситетом от оси стены, только с каким? И если на среднюю несущую стену опираются 2 плиты, то как в этом случае прикладывать сосредоточенные силы, чтоб рассчитать стену на прочность? Заранее благодарю за ответ 19-03-2013: Доктор ЛомПодробный ответ на ваш вопрос в статьях "Расчет стены на прочность" (http://doctorlom.com/item237.html) и "Расчет опорной площадки стены на смятие" (http://doctorlom.com/item246.html). Эти статьи вышли позже, но теперь поставил ссылку в самой статье. 27-07-2013: ВладСпасибо большое за вашу работу. Давно искал, чтобы кто-нибудь мне это доступно объяснил. Из ваших объяснений почти всё понял. (перечитаю ещё раз, пойму больше) Но не понятно откуда берётся вот это: 1000/3 = 333 кг·м Почему делите на 3? Откуда взялась 3? Где я это упустил? И ещё консольно-шарнирная, бесконсольно шарнирная, защемленная - это три типа балок, или разные названия. 27-07-2013: Доктор ЛомДело в том, что для жестко защемленных балок максимальный момент в пролете в три раза меньше, чем для шарнирно опертых бесконсольных, но еще меньше быть уже не может, поэтому значение для шарнирно опертой балки было разделено на 3. После чего сравнивались значения для принятия решения по расчетной схеме. Любая балка может быть жестко защемленной или иметь шарнирные опоры. При этом если длина шарнирно опертой балки больше чем расстояние между опорами, то значит у балки есть консоли. Жестко защемленная балка может иметь всего одну опору и тогда она может так и называться - консольная балка, пример - балконная плита 25-06-2014: Валерий Мальцевплиты пустотные 220мм безопалубочного формования без верхней арматуры как глубоко можно заводить в стены 16-этажного здания? какой здесь нужен расчёт? в альбомах не даны чёткие критерии. Вопрос к Вам, доктор Лом. В КН 2014 06 25, Ср. 01-07-2014: Доктор ЛомЭто будет зависеть от конструктивной схемы здания и параметров плиты. В любом случае отсутствие верхней арматуры значительно ограничивает длину опорной площадки. 18-11-2014: ученикДок, дачный вопрос. Бочка с водой стоит на эдаком "столе". Диаметр бочки 0,5 м, емкость 200 л. Стол 1 х 2 м, "ножки" по габаритам крышки стола. Бочка по короткой стороне - по оси симметрии стола, по длинной - край бочки по краю "стола". Как примерно распределяется нагрузка на "ножках" по короткой и длинной сторонам и какие расчетные схемы для крышки стола: по короткой - балка с распределенной нагрузкой на среднем участке 0,5 м и по длинной - с распределенной на участке 0,5 м от начала, плюс собственные веса? Да еще же и опорный участок бочки в форме круга, по ребру бочки? 19-11-2014: Доктор ЛомЗадача в сформулированном вами виде достаточно сложна (думаю, вы даже не подозреваете насколько) и просто ответить на ваш вопрос не получится. Для начала, если ножки будут приварены к крышке, а кроме того врыты в землю или забетонированы, то у вас будет не балка на шарнирных опорах (крышка стола), а рама (с соответствующим креплением на опорах), причем чем больше длина ножек и чем меньше их жесткость, тем сильнее будет влияние ножек на общую прочность рамы. Кроме того, прочность рамы должна быть обеспечена сварными швами согласно расчету. При очень коротких или очень жестких ножках крышку стола можно рассматривать как жестко защемленную балку. При очень длинных ножках крышка стола может рассматриваться как шарнирно опертая балка Далее, крышка стола представляет собой пластину, опертую по углам. При этом нагрузка на нее передается по контуру бочки (по окружности) только при условии бесконечно большой жесткости пластины или при нагрузке, влияние которой на прогиб пластины при имеющейся прочности можно не учитывать. Кроме того, прогиб пластины будет приводить к смещению центра тяжести бочки, а значит и к перераспределению нагрузки, что при расчетах также необходимо учитывать. К слову сказать, даже расчет пластины, опертой по контуру, на действие равномерно распределенной нагрузки - достаточно сложная задача. Потому мой вам совет: рассчитывайте крышку как балку, на которой стоят 2 бочки с водой, при этом нагрузка является равномерно распределенной, а ножки, как стойки (колонны) с шарнирным закреплением сверху и снизу. А для пущей надежности можете умножить значение нагрузки на коэффициент надежности по нагрузке 1.5. 20-11-2014: ученикДок, спасибо большое. Я примерно так и планирую, это для варианта, если одна бочка пустая. Раскосы от средин сторон стола к "ножкам" помогут перенести нагрузку на опорные ножки? высота ножек 2 м. Я так понимаю, нагрузка на ножках = опорным реакциям + е? 21-11-2014: Доктор ЛомПри раскосах у вас точно будет рама. Раскосы не только будут дополнительно передавать нагрузку от крышки ножкам, но и обеспечивать геометрическую неизменяемость системы в соответствующих плоскостях. Для упрощения расчетов вы можете рассматривать ножки как стойки длиной от крепления раскоса до низа с жестким защемлением в месте крепления раскоса в соответствующей плоскости. А нагрузка на все ножки при упрощенном расчете будет одинаковой, приблизительно 100 кг (если расчет на 2 бочки по 200 л). 06-02-2015: АлексейЗдравствуйте. Никак не пойму один момент: почему при определении "Максимального момента в пролете плиты" (таким образом максимальный момент в пролете плиты перекрытия составит 711.2 кг·м), Вы вычетаете из Mпролета Mопор (1000-288,8= 711,2) 06-02-2015: Доктор ЛомПросто ответить на ваш вопрос не получится, посмотрите статью "Консольная балка с загруженными консолями", ссылка на статью в первом примере. 13-08-2015: ЮрийОбоснуйте пожалуйста применение равенства Мmax для пролета = Мна опорах. Я вот не вижу логики в нём. Я считаю, если мы хотим получить схему, эквивалентную жёсткой заделке, то мы должны стремиться получить в ней тот же характер распределения усилий. Другими словами (ql^2)/12=(ql'^2)/2, Откуда l’=l/?6?0.41l. Подставим это выражение в формулу момента в пролёте для схемы с консолями q(l^2-4l’^2)/8=q(l^2-4l^2/6)/8=[ql^2-2al^2/3]/8=[ql^2/3]/8=ql^2/24, получился момент в пролёте для схемы с жёсткой заделкой. Всё логично. 13-08-2015: Доктор ЛомДля начала я ни на чем не настаиваю, а лишь привел пример применения приведенных выше теоретических выкладок. Стремления к схеме, эквивалентной жесткой заделке, у меня не было изначально, потому что:Во-вторых, равенство моментов в пролете и на опорах позволяет максимально эффективно использовать материал балки, например металлической или деревянной. Соответственно сечение такой балки при максимальном моменте М =(ql^2)/16 может быть меньше, чем при М =(ql^2)/12. А в-третьих, общая длина балки (с учетом опорных участков) при этом будет меньше, чем при условии жесткой заделки, а потому с учетом предыдущего пункта стоимость такой балки может быть ощутимо меньше. 17-08-2015: waxgemОК) Полностью согласен с максимальной экономичностью решения. Единственное "но"- годится для небольших пролётов, и нужно смотреть по ситуации рациональность применения (для малых нагрузок перемычка конструктивная с минимальным опиранием) 26-10-2016: polivalkinЗдравствуйте, подскажите значение постоянной EI или где его взять? 26-10-2016: Доктор ЛомEI - это не постоянная, а произведение модуля упругости Е на момент инерции I. Значение модуля упругости зависит от материала балки (больше подробностей смотрите в статье "Расчетные сопротивления и модули упругости для различных строительных материалов"), а значение момента инерции от геометрической формы поперечного сечения балки (больше подробностей смотрите в статье "Момент инерции и момент сопротивления"). |
doctorlom.com
ТИПЫ СОПРЯЖЕНИЙ
Сварные конструкции. Расчет и проектирование
Взаимные сопряжения элементов выполняют жесткими, частично жесткими и шарнирными. Абсолютно жестких н идеально шарнирных сопряжений не существует. Каждое соединение является частично жестким. Однако в зависимости от степени приближения соединения к абсолютно жесткому или шарнирному их условно рассматривают как жесткие или шарнирные.
Отнесение к категории жесткого, частично жесткого или шарнирного соединения зависит от способа конструктивного оформления и от общей расчетной схемы конструкции. Поясним сказанное следующими примерами:
1. Балка большого пролета с малым моментом инерции поперечного сечения относительно горизонтальной оси крепится к двум коротким стойкам, обладающим большой жесткостью в плоскости изгиба (рис. 11.1, а).
Элемент работает под нагрузкой Р, как брус с защемленными концами.
2. Короткая и жесткая балка прикреплена к длинным стойкам, имеющим малые моменты инерции поперечных сечений в плоскости изгиба. При любой конструкции соединения брус работает как свободный, опертый по концам, так как шарнирность создается гибкостью стоек (рис. 11.1, б).
3. При различных соотношениях между жесткостями соединяемых элементов конструкция (рнс. 11.1, а) работает под нагрузкой, как рама. Необходимо произвести ее статический расчет прочности. Изгибающие моменты и поперечные силы являются расчетными усилиями при проверке прочности соединения.
4. Балка (рис. 11.1, г), соединенная с двумя другими, имеет частично жесткие сопряжения. Величины изгибающего момента соединения зависят от соотношения между жесткостью при изгибе средней балки и жесткостью при кручении крайней. При жесткой средней балке и маложестких крайних изгибающий момент в соединении мал; при жестких крайних балках и гибкой средней он приобретает заметную величину.
5. Конструкция (рнс. 11.1, б) представляет собой неразрезную многопролетную балку. На средних опорах образуются изгибающие моменты; сопряжения работают как жесткие. В крайних опорах изгибающие моменты отсутствуют, сопряжения работают как шарнирные.
Раньше, чем приступить к проектированию соединения элементов, необходимо произвести его статический расчет.
Рис. 11.1. Схема сопряжений балок: а — балка жестко аащемлена яа опорах: 6 — балка имеет шарнирные опоры: а — жесткость соединения определяется усилиями в ране; а — аакреплення балки приближаются к шарнирным; д — соединении иа крайних опорах приближаются к шарнирным, на промежуточных — к жестким
В тех случаях, когда можно сделать выбор между жесткими и шарнирными сопряжениями, следует иметь в виду следующие обстоятельства:
шарнирные сопряжения проще в изготовлении; жесткие требуют наложения большого количества швов;
жесткие сопряжения повышают жесткость всей конструкции, а также ее устойчивость; например, прогиб балки,
свободно опертой на опоры, значительно больше, чем той же балки, у которой концы защемлены;
жесткие сопряжения повышают степень статической неопределенности системы, что в ряде случаев оказывается целесообразным; например, в балке при шарнирных опорах и равномерной нагрузке расчетный изгибающий момент М=(//’/8; в балке с защемленными концами при том же нагружении — M—qPI 12.
В сварных конструкциях наиболее часто применяют сопряжения жесткого типа. Расчетным усилием для них, как правило, является изгибающий момент. Если момент не может быть определен на основе статического расчета, то сопряжение целесообразно конструировать равнопрочным основным сечением изгибаемых элементов. При этом расчетный момент
М = [о]рГ,
где W — момент сопротивления поперечного сечения прикрепляемого элемента; 1о]р — допускаемое напряжение.
Условие прочности сопряжения записывается на основе методов сопротивления материалов следующим образом: сумма моментов внутренних сил в элементах, составляющих сопряжение, равна или больше расчетного момента Л!.
Корректность проектирования и монтажа дымохода влияет на безопасность использования отопительной системы. Узнать подробности этого процесса вы можете на сайте http://dymari.kiev.ua/. Требования к проектированию дымоходов Основной критерий к установке дымохода – …
Если вы ищете качественные и недорогие металлопластиковые конструкции, их вы можете заказать на «ОкнаПроект» - сайте, на котором представлена вся подробная и полезная информация. В частности, у нас вы можете …
Наиболее часто холодные трещины возникают в легированных сталях в тех случаях, когда металл под действием термического цикла сварки претерпевает закалку. В этих случаях холодные трещины при сварке появляются в результате …
msd.com.ua
Виды опор балок (сопромат)
Существуют виды опор балок (рис. 7.2):
шарнирно неподвижная опора;
шарнирно подвижная опора;
жесткая заделка.
 |
Шарнирно неподвижная опора
Шарнирно неподвижная опора (рис. 7.2, а, опора А) - это закрепление конца балки, при котором балка может поворачиваться, но не может перемещаться ни в горизонтальном (влево или вправо), ни в вертикальном (вверх или вниз) направлениях, то есть не может перемещаться ни в каком направлении. В шарнирно неподвижной опоре может возникнуть реакция, которую удобно представить в виде двух составляющих: вертикальной (
) и горизонтальной (
).
Шарнирно неподвижная опора на расчетной схеме условно изображается посредством двух стерженьков. Нижние их концы шарнирно прикреплены к «земле», а верхние концы соединены между собой и с балкой шарниром.
Шарнирно подвижная опора
Шарнирно подвижная опора (рис. 7.2, б, опора B) - это устройство, в котором конец балки может свободно перемещаться в горизонтальном направлении, может поворачиваться при изгибе, но не может перемещаться в вертикальном направлении. Со стороны шарнирно подвижной опоры может возникнуть только вертикальная реакция (
). Шарнирно подвижная опора изображается посредством одного стерженька, шарнирно соединенного и с землей, и с балкой.
Жесткая заделка
Жесткая заделка - это закрепление (рис. 7.2, в), при котором конец балки не может ни поворачиваться, ни перемещаться. В заделке могут возникнуть реактивный момент 
(момент жесткой заделки) и реакции 
и 
. Балка при жестком закреплении показывается заделанной в часть стены, которая штрихуется.
|
|
sopromato.ru
Опорные узлы балки | buildingbook.ru
Опорные узлы балки.
Сопряжения балки со стальными колоннами.
Опирание балки на стальную колонну может быть шарнирным или жестким.
При возможности лучше всего опирать балку сверху и передавать нагрузку по центру профиля колонны. При боковом креплении балки, помимо сжимающей нагрузки в колонне дополнительно возникает момент от действия этой силы из-за того, что появляется эксцентриситет и соответственно это приводит к увеличению нагрузок и перерасходу металла в колонне.
Опирание балки на колонну сверху.
При опирании балки на колонну сверху рекомендуется передавать нагрузку через ребро. Размеры ребра рассчитываются из расчета на смятие по формуле:
где F — опорная реакция балки;
Ар — площадь смятия опорного ребра;
Rр — расчетное сопротивление стали смятию торцевой поверхности.
Чтобы вся нагрузка передавалась через ребро оно должно не много выступать, но не более 1,5 толщины ребра, обычно это 15-20 мм. Ребро необходимо снизу сострогать, чтобы нагрузка передавалась всей площадью ребра.
Т.к. узел шарнирный для фиксации балки достаточно 2-х болтов с одной стороны. Диаметр болтов принимается 16-20 мм. С затяжкой лучше не переусердствовать — это не фрикционное соединение 🙂
Толщина опорной площадки обычно принимается 20-25 мм, толщина ребер 8-12 мм.
Если имеется угол кровли, ребро нужно сострогать под необходимым углом и добавить шайбы, имеющие скос для болта.
Опирание 2-х балок на колонну сверху.
Аналогично предыдущему варианту опираем балки через ребро на оголовок колонны.
Балки соединяем между собой с помощью болтов. Сверху болты устанавливать не стоит если конечно вы не хотите создать жесткий узел. Между 2-мя ребрами устанавливаем пластинки для того, чтобы не стянуть балки вместе (это может нагрузить колонну моментом на противоположном конце балки).
Также есть вариант опереть 2-е балки на оголовок колонны следующим способом
В этом варианте балка нижней полкой ложиться на оголовок колонны.
Для передачи поперечной силы балка усиливается ребром, ребро устанавливаем так, чтобы при монтаже оно оказалось прямо над полкой колонны. Балки соединяем болтами при помощи накладной пластины (для симметричной передачи нагрузки лучше использовать 2-е пластины с 2-х сторон). Как и в предыдущем варианте нет необходимости соединять балки болтами сверху, чтобы не создать жесткий узел.
Ребра на колонне, в этом случае, не нужны.
Между 2-мя балками оставляем не большой зазор около 10-20 мм.
Шарнирное опирание балки на колонну сбоку
При боковом креплении необходимо в расчетах колонны учитывать эксцентриситет.
При шарнирном опирании нагрузка передается через опорное ребро на опорный столик. Столик обычно делают из листовой стали или неравнополочного уголка. Высоту опорного столика определяют из условия прочности сварных швов. Целесообразно приварить столик по 3-ем сторонам. Ширину столика делают на 20-40 мм больше ребра балки, чтобы опорное ребро полностью легло на опорный столик.
Диаметр отверстий делают на 3-4 мм больше диаметра болтов чтобы балка не повисла на болтах, а полностью легла на столик.
Опорное ребро балки рассчитывается на смятие по той же формуле, что и для балки опертой сверху.
При шарнирном опирании ребра в колонне не требуются. Между опорным ребром и колонной монтируется прокладка толщиной примерно 5 мм.
Жесткое сопряжение балки с колонной при помощи болтового соединения
Создать жесткое соединение можно с помощью болтового соединения или сварки. Болтовое соединение более технологично — все детали изготавливаются и окрашиваются на заводе, на строительной площадке необходимо лишь установить и затянуть болты.
В данном узле поперечная сила воспринимается также как и в шарнирном узле с помощью опорного столика. Момент передается с помощью болтов на стенки колонны. Между опорным ребром балки и колонной необходимо установить стальные прокладки для плотного прилегания балки и колонны (зазора после затяжки быть не должно).
Количество и диаметры болтов для верхнего пояса необходимо рассчитать исходя из возникающего момента в заделке балки. Болты применяются только высокопрочные. Необходимо контролировать затяжку болтов.
Стенки колонны укрепляются ребрами жесткости.
Жесткое сопряжение балки с колонной при помощи сварного соединения
При жестком соединении балки с колонной при помощи сварки, используют накладки, которые крепятся к балке болтами и привариваются к балке и колонне.
_____________________________________________________________________
Как найти опорные реакции читайте в статье Построение эпюр балки
Как подобрать сечение стальной балки читайте в статье Расчет балки
buildingbook.ru
