КЛЕЕНЫЕ БАЛКИ. Рациональные области применения. Принципы расчета и конструирования

Дощатоклееные балки обладают рядом преимуществ перед другими составными балками; они работают как монолитные; их можно изготовить с поперечным сечением боль­шой высоты; в балках длиной более б м отдельные доски стыкуют по длине с помощью зубчатого шипа и, следовательно, балки не будут иметь стыка, ослабляющего сечение; в дощатоклееных балках можно рационально разме­щать доски различного качества по высоте. Слои из до­сок первого или второго сортов укладывают в наиболее напряженные зоны балки, а слои из досок второго или третьего сортов — в менее напряженные места. В доща-токлееных балках можно также использовать маломер­ные пиломатериалы.

 

Опыт применения дощатоклееных балок показывает, что их надежность зависит от качества склейки и тща­тельного соблюдения технологического процесса изготов­ления. Это возможно только в заводских условиях, в специальных цехах с необходимым оборудованием при качественной сушке пиломатериалов..Работы по изго­товлению балок следует выполнять специально обучен­ным персоналом.

Для пролетов 6—24 м в качестве основных несущих конструкций применяют балки, склеиваемые из досок плашмя (рис. VI.18). Высоту балок принимаютв преде­лах Vs—'/12^ Ширину балок целесообразно, как правило, брать минимальной и определенной из условия опира-ния панелей покрытия и обеспечения монтажной жест­кости. Уклон верхней грани двускатных балок принима­ют в пределах 2,5—10 %.

Дощатоклееные балки, особенно с большим отноше­нием высоты к ширине поперечного сечения, подлежат проверке на устойчивость плоской формы деформирова­ния. В основном следует применять балки прямоуголь­ного поперечного сечения, как более технологичные при изготовлении. Дощатоклееные балки рассчитывают как балки цельного сечения.

Влияние на несущую способность балок размеров, формы поперечного сечения и толщины слоев учитывают коэффициентами условия работы. Нормальные напряже­ния определяют по формуле

Здесь коэффициент условия работы ms учитывает влияние раз­меров поперечного сечения, тсл — толщину слоев.

Значения коэффициента тб для дощатоклееных ба­лок разной высоты h приведены в пункте 3.2.д норм, зна­чения коэффициента тсл — в пункте 3.2.е норм.

В двускатных балках при равномерно распределен­ной нагрузке сечение с максимальным нормальным на­пряжением не совпадает с положением максимального момента. Это сечение находится из общего выражения для нормальных напряжений

Приравняв нулю выражение, полученное после диф­ференцирования, и сделав необходимые преобразования, найдем, что указанное сечение отстоит от опоры на рас­стоянии

Для балок прямоугольного сечения из пакета досок необходимо производить расчет на устойчивость плоской формы деформирования по формуле

где М — максимальный изгибающий момент на рассматриваемом участке /Р; Wgp — максимальный ыомс-нт сопротивления брутто на рассматриваемом участке 1Р.

Коэффициент фи для балок, щарнирно закрепленных от смещения из плоскости изгиба и закрепленных от по­ворота вокруг продольной оси, определяют по формуле

где IP — расстояние между опорными сечениями балки, а при закреп­лении сжатой кромки балки в промежуточных точках от смещения яз плоскости (прогонами, ребрами панелей) расстояние между этими точками; Ь — ширина поперечного сечения; h- — максимальная высо­та поперечного сечения на участке /р; Кф — коэффициент, зависящий от формы эпюры изгибающих моментов на участке 1р.

Устойчивость плоской формы деформирования балок двутаврового сечения следует рассчитывать в тех слу­чаях, когда

где b — ширина сжатого пояса поперечного сечения.

Расчет следует производить по формуле

где ф — коэффициент продольного изгиба из плоскости изгиба. сжа­того пояса; Re — расчетное сопротивление сжатию.

Для гнутоклееных балок (см, рис. VI. 18, в) при изги­бающем моменте М, уменьшающем их кривизну, следу­ет проверять радиальные растягивающие напряжения по формуле

где а0 — нормальное напряжение в крайнем волокне растянутой зо­ны; о1! — нормальное напряжение в промежуточном волокне сечения, для которого определяются радиальные растягивающие напряжения; hi — расстояние между крайним и рассматриваемым волокном; г\ — радиус кривизны линии, проходящей через центр тяжести эпю­ры нормальных растягивающих напряжений, заключенной между крайним и рассматриваемым волокном; /?рэо — расчетное сопротив­ление древесины растяжению поперек волокон.

Скалывающие напряжения проверяют в сечении с максимальной поперечной силой Q. Проверяют по обыч­ной формуле

где Q — расчетная поперечная сила; 5 — статический момент брутто сдвигаемой части поперечного сечения элемента; J — момент инер­ции брутто поперечного сечения элемента относительно нейтральной оси; b — ширина балки, а при двутавровом сечении — ширина стен­ки; 6 = 6ст; Яък — расчетное сопротивление скалыванию при изгибе для клееных элементов.

Если нагрузка приложена к нижнему поясу балок таврового или двутаврового сечения, обязательно дела­ют проверку на отрыв нижней полки по эмпирической формуле

где &ст — толщина стенки; с — ширина опирания нагрузки.

Кроме расчета на прочность балки должны быть про­верены на прогиб от нормативной нагрузки. Полный про­гиб балок может быть получен из общей формулы пере­мещений. Так как в балке, работающей на изгиб, нор­мальная сила отсутствует (Л/я = 0), для определения про­гиба будем иметь известную двучленную формулу

При равномерно распределенной нагрузке первый ин­теграл равен 54н/4/384£7, а второй \A.(qfil2/SGF). Для ба­лок малой высоты, когда //й>20, второй интеграл, учи­тывающий влияние на прогиб касательных напряжений, не имеет большого значения и не учитывается. Однако, когда //й<20, что всегда имеет место в главных балках, для которых это отношение находится в пределах 8—12, второй интеграл дает значительное увеличение прогиба и его следует учитывать. Особенно это- относится к бал­кам двутаврового сечения.

Прогиб двускатных балок определяют с учетом пере­менного по длине момента инерции балок. Наибольший прогиб шарнирно опертых и консольных балок постоян­ного и переменного сечений с учетом влияния касатель­ных напряжений практически вычисляют по формуле

где /о — прогиб балки постоянного сечения высотой h без учете де­формаций сдвига; k — наибольшая высота сечения; I — пролет бал­ки; А — коэффициент, учитывающий влияние переменности высоты сечения, принимаемый 1 для балок постоянного сечения; с—коэф­фициент, учитывающий влияние деформаций сдвига от поперечной силы.

Значения коэффициентов k и с для основных расчет­ных схем балок приведены в табл. 3 прил 4 СНиП П-25-80.

Клеефанерные балки

Клеефанерные балки состоят из фанерных стенок и дощатых поясов. Поперечное сечение клее-фанерной балки может быть двутавровым или коробча­тым. Так как при этом пояса удалены от нейтральной оси, то материал в таких балках используется более эф­фективно.

Фанерная стенка помимо работы на сдвигающие уси­лия может воспринимать и нормальные напряжения (при условии, если волокна наружных шпонов расположены вдоль оси балки). Для лучшего использования несущей способности фанерной стенки целесообразно распола­гать фанеру так, чтобы волокна ее наружных шпонов были направлены вдоль оси балки. При продольном рас­положении волокон наружных шпонов модуль упругости фанеры примерно на 50 % больше, чем при поперечном их расположении, что предопределяет лучшее использо­вание фанеры на сжатие и растяжение при изгибе на ребро. Кроме того, продольное расположение волокон наружных шпонов позволяет стыковать фанеру «на ус». При поперечном расположении волокон этих шпонов стыки можно выполнять только, используя накладки, что менее надежно; к тому же накладки перекрывают "стык стенки лишь в чистоте между поясами и, таким образом, уменьшается момент инерции сечения в стыке.

Клеефанерные балки могут быть постоянной высоты, двускатными, а также с криволинейным верхним поясом (см. рис. VI. 19, б). Радиус кривизны верхнего пояса.кру­гового очертания определяют по уравнению окружности

где R — радиус кривизны верхнего пояса; hcp — высота балки в се­редине пролета; hK — высота балки на ее конце.

Одним из важных преимуществ клеефанерных балок с криволинейным верхним поясом по сравнению с дву­скатными является то, что они не имеют стыка в коньке и поэтому могут быть выполнены полностью безметаль­ными, что делает их более пригодными к применению в помещениях с агрессивной средой, в частности для хими­ческих производств.

Клеефанерные балки с плоской фанерной стенкой ре­комендуется использовать для пролетов до 15 м. Их вы­соту обычно назначают в пределах Vs—Vi2^ при этом следует учитывать стандартные размеры фанерных лис­тов. Толщину стенки принимают не менее 8 мм.

Специфическая особенность клеефанерных балок — наличие в них тонкой фанерной стенки, которая требует специальных мер для ее закрепления от потери устойчи­вости. Придание жесткости фанерной стенке можно обес­печить двумя способами: а) постановкой дощатых ребер

жесткости {см. рис. VI.19); б) устройством волнистой стенки (рис. VI,20). Для придания волнистости стенке на копировальном станке в досках пояса выбирают криво­линейные пазы клиновидного сечения, в которые на клею вставляют фанерную стенку.

Клеефанерные балки, так же как панели покрытия, рассчитывают с учетом различных модулей упругости древесины поясов и фанерной стенки по приведенным геометрическим характеристикам. Приведение осущест­вляют к материалу, в котором находят напряжения. При определении напряжений в поясах приведенные характе­ристики сечения вычисляют по следующим формулам:

где FH, /д, 5щ — соответственно площадь, момент инерция и стати­ческий момент поясов; РФ, /ф и S$ — соответственно площадь, мо­мент инерции и статический момент фанерной стенки; Р.$ — соответ­ственно' модуль упругости фанеры и древесины поясов.

3. Металлодеревянные фермы. Рациональные области применения. Принципы расчета и конструирования. Узлы.