Проверка местной устойчивости элементов балки

Элементы балки составного сечения (сжатые пояса и стенка) могут потерять устойчивость. Сжатые пояса теряют устойчивость под действием сжимающих нормальных напряжений, а стенка – под действием сжимающих нормальных и (или) касательных напряжений. Такая потеря устойчивости называется местной.

Потеря устойчивости одним из элементов балки приводит к потере несущей способности всей конструкции. Поэтому при проектировании балки составного сечения необходимо стремиться к тому, чтобы несущая способность из условия обеспечения местной устойчивости ее элементов была не ниже несущей способности конструкции из условия прочности.

В соответствии с требованиями [3, табл. 30] проверка устойчивости сжатого пояса производится в месте нормальных максимальных напряжений по формуле:

где b_ef = (b_f – t_w) /2 – свес полки; b_f, t_f – ширина и толщина поясного листа; t_w – толщина стенки.

Стенка составной балки имеет, как правило, очень большую гибкость (l _w > 100), поэтому устойчивость стенки обеспечивают укреплением ее специальными ребрами жесткости, которые делят стенку на отсеки. Эти отсеки могут потерять устойчивость независимо один от другого.

Стенки балок укрепляют поперечными ребрами жесткости, если значение условной гибкости стенки превышает 3, 2 при отсутствии подвижной нагрузки. Расстояние между основными поперечными ребрами не должно превышать 2 h_ef, если > 3, 2, и 2, 5 h_ef, если < 3, 2 (где h_ef = h _w – высота стенки). В стенке, укрепленной только поперечными ребрами, ширина их выступающей части b_h должна быть для симметричного парного ребра не менее h_ef / 30 + 40, мм, для одностороннего ребра – не менее h_ef / 24 + 50, мм; толщина ребра t_s принимается не менее .

Суть расчета на устойчивость стенок балок состоит в том, что действительные напряжения s, t, s_loc у расчетной границы стенки в целях обеспечения необходимой безопасности не должны превышать критических s _cr, t _cr, s_{loc , cr}, а также должны выполняться условия:

а) – при отсутствии местного сжимающего напряжения (s_loc = 0);

б) – при наличии местного напряжения (s_loc ¹ 0).

Действующие напряжения s, t у расчетной границы стенки следует вычислять в предположении упругой работы материала на действие средних значений соответственно момента М и поперечной силы Q в пределах отсека; если длина отсека а больше его расчетной высоты h_w, то M и Q следует вычислять для более напряженного участка с длиной, равной высоте отсека. При наличии сосредоточенной сжимающей силы, приложенной непосредственно к верхнему поясу балки, M и Q следует определять под этой сосредоточенной силой. Если в пределах отсека находится место измененного сечения балки, то значения M, Q и W берут по уменьшенному сечению.

Последовательность проверки устойчивости стенок балок, укрепленных только поперечными ребрами жесткости, дана в блок-схеме (см. прил. 2).

Пример