Конструкции балок с перфорированной стенкой

Разновидности балок с перфорированной стенкой связаны со схемами резов стенки. Прежде всего, резы могут быть симметричными и несимметричными относительно середины исходного двутавра. При симметричном резе балка типа I образуется из двух половинок разных двутавров 1 со вставками на опорах или двутавров 2—без вставок. Балки типа II можно создать из одного исходного двутавра, но в этом случае нижнюю часть нужно разрезать на элементы 2 и 3, развернуть их, сварить в середине и предусмотреть вставки на опорах. Балки типа III пригодны для прогонов. В этом случае появляются обрезки. При несимметричном резе (тип IV) предусматриваются вставки на одном конце.

По предложению ЦНИИПСКадвутавры с перфорированной стенкой можно компоновать из заготовок, полученных от разных исходных двутавров. При этом половинка из более мощного двутавра устанавливается в сжатой зоне и может быть из менее прочной стали (с Ry = 210... 260 МПа), а половинка из менее мощного двутавра устанавливается в растянутой зоне и принимается из более прочной стали (с Ry = 320... 360 МПа). Благодаря такой компоновке легче обеспечить местную устойчивость стенок сжатых поясов - тавров. Основные параметры, необходимые для реза стенки, указаны на рисунке 11.3. Обычно h1= 0,6... 0,75h0 (h0 — высота исходного двутавра), а > 90 мм, с > 250 мм, а = 40... 70°.

Рисунок 11.3 – Основные параметры балки с перфорированной стенкой

Параметры связаны между собой следующими зависимостями h₁ + h_f1 = h₀₁; h₂ + h_f2 = h₀₂; b₁ = h₁ + h_f1; b₂ = h₂ + h_f2; шаг отверстий s == 2 (a + b/tg α); h_f = (h₀ - b)/2; h = 2h₁, или h₁ + h₂.

С целью снижения степени концентрации напряжений в углах отверстий можно использовать криволинейные резы, при которых появятся небольшие отходы. Весьма эффективен метод закругления углов окон радиусом до 2,5, при этом концентрация напряжений снижается в 2,5... 3,5 раза.

Возможно создание балок с перфорированной стенкой переменной высоты благодаря резу стенки на участке, наклоненном к оси балки. В ЛИИЖТе разработан метод реза по кривым и создания криволинейных балок путем стягивания двух половинок и последующей сварки.

С целью повышения несущей способности двутавров с перфорированной стенкой их высоту можно увеличить за счет вставок между выступами стенки, но при этом возрастает трудоемкость изготовления. Возможна компоновка балок из элементов с зигзагообразным резом по стенке и тавра из разных марок стали.

а – рез с отходом, б – рез с закруглениями в углах Рисунок 11.4 – Стенки балок с криволинеными резами. Большое значение имеет технология изготовления балок с перфорированными стенками. В частности, разработана поточная технология изготовления их на специализированных участках. На таком участке предусматривается использование многооперационного манипулятора, включающего двухрезаковую машину типа СГУ и два сварочных полуавтомата.

а – с наклонным резом стенки, б – с криволинейным резом, в – с вставками, г – из разных элементов Рисунок 11.5 – Разновидности балок с перфорированной стенкой

Манипулятор состоит из центрального поворотного и двух боковых подвижных в горизонтальной плоскости кондукторов. Траверсы кондукторов снабжены пневматическими прижимами для удержания разрезанных половинок двутавров, так как под влиянием остаточных напряжений они могут выгибаться. Между боковыми и средними траверсами кондукторов укладываются два двутавра и прижимаются полками к соответствующим траверсам. Производится одновременная резка стенок двутавровгазорезательной машиной по копиру. Затем крайние траверсы вместе с прижатыми к ним разрезанными половинками двутавров перемещаются в поперечном направлении, а центральный кондуктор с двумя другими половинками поворачивается на 180° вокруг продольной оси до совмещения с выступами раздвинутых половинок. После этого производится сварка. Производительность такого участка составляет 45... 50 тыс. м перфорированных балок в год.

С целью снижения расхода металла надо ограничивать количество поперечных ребер жесткости и применять их только на опорах, а также в местах приложения значительных сосредоточенных сил. Так как в перемычках толщина стенок достаточно большая (1/75... 1/95 высоты стенки), то в этих зонах можно опирать плиты или прогоны без устройства ребер, чего нельзя делать в пределах отверстий. Узлы опирания балок с перфорированной стенкой показаны на рисунке. Область применения таких балок — прогоны пролетом 12 м.

В ЦНИИПСКе разработана серия бистальных прогонов, которые по расходу металла не отличаются от решетчатых с веерной решеткой, но проще в изготовлении, причем коэффициент загрузки вагонов при транспортировке в 5... 7 раз выше. Эти балки могут использоваться качестве путей для тельферов и подвесных кран-балок; балок рабочих площадок и перекрытий с пролетом до 12 м; стропильных и подстропильных балок с пролетом до 18м, а в неразрезном варианте — до 24 м (при этом в зоне промежуточной опоры сечение балки должно быть без отверстий. Наличие отверстий в стропильных балках дает возможность пропускать в них различные коммуникации с габаритами до 0,8... 1,0 м); балок жесткости в различных комбинированных системах.

а – опорный участок; б – выпуск верхнего элемента; в – консоль из двух швеллеров Рисунок 11.6 – Узлы опирания балок

Область применения балок с перфорированной стенкой ограничивается несущей способностью таких балок, образованных из самых мощных прокатных двутавров, если необходимо, со вставками.