ГОССТРОЙ СССР

СОШМЕТАЛЛОСТРОЙНИИПРОНКТ

Центральный ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский и проектный институт строительных металлоконструкций имени Н.П.Мельникова

ЦНИШРОЕКТСТАЛЬКОНСТРУКЦИЯ им.Мельникова

РЕКОМЕНДАЦИИ

ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ БИСТАЛЬНЫХ БАЛОК

Москва 1985

где а - коэффициент, принимаемый по формулам в зависимости от вида нагрузки и величины предельной пластической деформации:

и = 125 tip,    - для статической нагрузки;

гг * 400 tip,    - для подвижной нагрузки;

- условный изгибающий момент, равный

а) в неразрезных балках со свободно опертыми концами - большему из значений

(1.5)

(1.6)

где символ т&х означает, что следует найти максимум всего следующего за ним выражения;

б)    в однопролетных и неразрезных балках с защемленными концами М_е, в 0,5 М₃ , где М₃ - наибольший из моментов, вычисленных как в балках с шарнирами на опорах;

в)    в балках с одним защемленным и другим свободно опертым

концом значения    следует определять по формуле (1*5).

Расчетное значение поперечной силы Ц следует принимать в месте действия М_тазе . Если М_тах - момент в пролете, следует проверить опорное сечение балки.

При учете такого перераспределения изгибающих моментов для

10

бистапьных балок группы 4 согласно п.1.5 принцип суперпозиции нагрузок неприменим, и линии влияния не должны использоваться.

I.I2. Для бистальных балок переменного сечения по длине расчеты на прочность с учетом развития пластических деформаций следует выполнять для всех сечений в местах с наиболее неблагоприятными сочетаниями усилий М и GL

2. ВЫБОР МАРОК СТАЛЕЙ И КОНСТРУКТИВНЫЕ ФОРШ БИСТАЛЬНЫХ БАЛОК

2.1. В бистальных балках применяются стали с пределом текучести 215-590 МПа (22-60 кгс/м*Г), марки стали назначаются в соответствии с табл.50 СНиП П-23-81. В поясах бистальных балок используется сталь более высокой прочности, чем в стенках. Соотношение расчетных сопротивлений стали поясов R^ и стали стенки R_w должно назначаться из условия экономии расхода стали, уменьшения стоимости конструкции, а также обеспечения ее выносливости и рекомендуется не менее 1,4, но не более 2,0. Для полного использования расчетного сопротивления стали поясов должно выполняться условие , определяемое формулой

^Rw/f * ««р*    .    (2.1)

где £_Хр - принятая величина предельных продольных пластических деформаций в стенке (от £_i(ti i_im до 1,5 t_{ip iLirt} ).

2.2. Сечения бистальных балок принимаются симметричными или асимметричными двутавровыми или коробчатыми с равными или разными площадями поясов. В зависимости от величины асимметрии сечения и соотношения воспринимаемых усилий оба либо один из поясов выполняются из стали более высокой прочности (рис.2 а,б,в,г).

При преобладании одноосного или двухосного изгиба рекомендуются симметричные или асимметричные сечения с малой величиной асимметрии и обоими поясами из стали большей прочности (рис.2 а,б). При одноосном изгибе и большой асимметрии сечения возможно решение с одним меньшим поясом из стали более высокой прочности (рис.2 в). При одноосном изгибе со значительной величиной продольной силы предпочтительнее сечение с одним большим поясом из стали более высокой прочности (рис.2 г,з). Это решение может быть рациональным

для сталежелезобетонных конструкций, в которых стальная часть изгибаемой балки растягивается продольной силой, равной сжимающему усилию в железобетонной плите.

Количественные значения параметров, определяющие выбор указанных типов сечений, приводятся в п.п. 2.3; 2.4; 2.5 и 2.6.

2.3.    В симметричных сечениях при двух поясах из более прочной стали при одноосном изгибе напряжения в поясах равны расчетному сопротивлению, Ry , эпюра напряжений для этого случая показана на рис.2 д. В асимметричных сечениях при одноосном изгибе и двух поясах из более прочной стали возможно недоиспользование прочностных характеристик большего пояса (напряжение в нем меньше R у ).

Эпюра напряжений, соответствующая граничному случаю между полным

и неполным использованием прочности большего пояса, изображена на рис.2 е. В таблицах I, 2, 3 и 4 пунктирная ступенчатая линия при принятых расчетных сопротивлениях поясов R^ и стенки , а также геометрия сечения (отношений Rg/fli ъ R${ ft ^ )* разграничивает случаи полного использования прочности стали поясов (область справа внизу) и случаи недонапряжения пояса большей площади ( область слева вверху). Поэтому при одноосном изгибе в случае попадания в область недонапряжения большего пояса рекомендуется изменять геометрию в сторону уменьшения его асимметричности, либо перейти на использование в поясах менее прочной стали.

2.4.    В сечениях с большой асимметрией и относительно небольшой площадью стенки при одноосном изгибе напряжение в большем поясе может оказаться меньшим расчетного сопротивления стали стенки R _w . Характерная эпюра напряжений для случая, когда напряжение в большем поясе равно Ryv , приведена на рис.2 ж. В таблицах 1,2,

3 и 4 сплошная ступенчатая линия при принятых значениях R у и R _w, а также геометрии сечения, показывает область (слева вверху от линии), в которой в большем поясе напряжение меньше R_w . Поэтому при одноосном изгибе в случае попадания в указанную область следует, не изменяя приведенных в разделе 3 расчетных формул и коэффициентов, принять больший пояс из той же марки стали прочности, что и стенку (рис.2 в).

2.5.    В случае двухосного изгиба и двухосного изгиба с продольной силой следует применять сечения с двумя поясами из стали с более высокой прочностью,выбирая соотношения расчетных сопротивлений

R^ и R ^ , а также геометрию сечения из условия минимума массы металла и наименьшей стоимости конструкции. Эпюры напряжений для этих случаев приведены на рис.2 и,к. Коробчатые сечения при двухосном изгибе требуют специальных методов расчета.

2.6.    При одноосном изгибе с продольной силой, догружающей больший пояс, в зависимости от значений расчетных сопротивлений

R/ и R_w и геометрии, сечения следует применять:

а)    асимметричное сечение с обоими поясами из стали большей прочности при продольной силе £ Ng (рис.2 б);

б)    асимметричное сечение с одним большим поясом из стали

с расчетным сопротивлением Rf и меньшим поясом из стали с расчетным сопротивлением Ry^ при продольной силе N?¹ Mg (рис.2 г). Расчетные формулы и коэффициенты принимаются по разделу 3. Значение продольной силы Ng определяется формулой

V    ⁽²-²⁾

Эпюра напряжений, соответствующая случаю воздействия силы A/g при одноосном изгибе, показана на рис.2 з. При значениях продольной силы N^r Ng напряжения в меньшем поясе меньше расчетного сопротивления стали стенки Ryy , при значениях N = N g эти напряжения равны R _w , а при    Ng - больше R_w , так как    при

увеличении продольной силы N нейтральная линия эпюры напряжений смещается к меньшему поясу.

2.7.    Конструирование бистальных балок следует выполнять с учетом тех же требований, что и для моностальных балок.

2.8.    При назначении марок сталей следует обращать внимание на их свариваемость,подбор соответствующих сварочных материалов и режима сварки пояса и стенки. Соединения сталей одной или двух марок могут приниматься любого типа в соответствии с общими указаниями действующих нормативных документов.

3. РАСЧЕТЫ ПРОЧНОСТИ

3.1. Изгибаемые элементы

Расчет прочности бистальных балок следует выполнять с учетом ограниченного развития пластических деформаций по формулам:

14

УДК 624.21.072.2

Настоящие Рекомендации разработаны в развитие главы СНиП Д-23-81 "Стальные конструкции. Нормы проектирования", стандарта СЭВ СТ СЭВ 384-76 "Строительные конструкции и основания. Основные положения по расчету" , а также "Рекомендаций по расчету стальных конструкций на прочность по критериям ограниченных пластических деформаций" (ЦНИЙпроектстальконструкция им. Мельникова, 1985).

В Рекомендациях рассмотрены вопросы проектирования бисталь-ных балок, работающих на статическую, подвижную многократно повторную (в частности вибрационную) нагрузки, а также вопросы уточненных расчетов вышеуказанных конструкций на прочность по критерию ограниченных пластических деформаций с учетом влияния касательных напряжений, местного воздействия подвижной нагрузки, приспособляемости, выносливости и местной устойчивости.

С учетом действующих норм проектирования мостов Рекомендации могут быть использованы при проектировании бистальных пролетных строений. На проектирование тонкостенных бистальных балок настоящие Рекомендации не распространяются.

,'С) Центральный ордена Трудового Красного Знамени научно-ис-следовательский и проектный институт строительных металлоконструкций им. Н.П.Мельникова Госстроя СССР СЩШпро-ектстадьконструкция им. Мельникова), 1985

ОГЛАВЛЕНИЕ

1.    Общие положения .................... 5

2.    Выбор марок сталей и конструктивные

формы бистальных балок ............. 12

3.    Расчеты прочности ................ 14

3.1.    Изгибаемые элементы........... 14

3.2.    Изгиб с продольной силой ...... 15

3_С3. Расчетные коэффициенты ........ jg

3.4.    Учет влияния местных    напряжений зд

3.5.    Учет влияния касательных

напряжений .................... 30

4.    Обеспечение общей и местной устойчивости .............................. 31

5.    Расчет выносливости ................ 33

6.    Определение прогибов бистальных

балок.............................. 33

7.    Особенности расчета подкрановых

балок.............................. 34

8.    Примеры расчета.................... 35

9.    Главные области применения и экономический эффект ....... 43

ОСНОВНЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ ^ipkw предельная величина пластической составляющей интенсивности деформации;

-    расчетное сопротивление по пределу текучести стали стенки;

-    расчетное сопротивление по пределу текучести стали полки;

R_5vy - расчетное сопротивление сдвигу стали стенки; t - касательное напряжение;

6 с • местное сминающее напряжение в стенке балки;

Е - модуль упругости стали;

-    площадь сечения большего пояса бистапьной балки;

-    площадь сечения стенки бистальной балки (или двух стенок при коробчатом поперечном сечении);

-    площадь сечения меньшего пояса балки;

Яу - площадь двух поясов;

W_x,_m-_n- минимальный момент сопротивления сечения балки;

моменты инерции сечения относительно его осей X и У; л, о - координаты рассматриваемой точки сечения относительно его осей X и У (ось X перпендикулярна стенке);

5*    -    статический момент сдвигаемой части сечения относи

тельно нейтральной оси; t уу - толщина стенки; h - высота балки;

-    высота стенки балки; key “ расчетная высота стенки;

Sy - ширина пояса балки;

tj. - толщина пояса балки;

h. - высота сжатой зоны стенки, определяемая из условия равновесия сжимающего и растягивающего усилий в сечении балки;

Ь₂ - высота растянутой зоны балки;

6# - расчетная ширина свеса сжатой полки балки;

М М_а>Мг продольная сила и изгибающие моменты относительно

* осей X и У;

GL - поперечная сила в сечении балки;

№ - расчетный изгибающий момент в середине проверяемого _н на устойчивость отсека стенки;

М - изгибающий момент от нормативных нагрузок.

4

I. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1.    Рекомендации выпускаются для практического использования в объединении Союзметаллостройниипроект с целью го лучения дополнительной экономии стали и снижения стоимости балок, выполняемых из двух марок стали (бистальных), при одновременном увеличении их равнопрочности, а также с целью всесторонней апробации новой методики расчета бистальных конструкций.

1.2.    Бистальные балки могут применяться в качестве подкрановых балок под краны облегченного и нормального режимов работы, в покрытиях и перекрытиях общественных и производственных зданий (в том числе в качестве ригелей рам), в рабочих площадках, в пролетных строениях автодорожных и железнодорожных мостов.

1.3.    Рекомендации распространяются на расчеты бистальных балок на прочность, устойчивость стенок и свесов поясов, а также на выносливость при действии статических, подвижных и вибрационных нагрузок, вызывающих изгиб в плоскости стенки, двухосный изгиб и изгиб с осевыми силами.

1.4.    Развитие пластических деформаций при расчете прочности бистальных балок учитывается двумя способами:

а)    по ранее разработанному способу расчета, при котором пластические деформации учитываются только в стенках балок за счет разности пределов текучести материала стенок и поясов при сохранении работы поясов в пределах упругости;

б)    по предлагаемому дополнительно настоящими Рекомендациями способу расчета, при котором по аналогии с моностальными конструкциями учет ограниченных пластических деформаций разрешается не только в стенках, но и в поясах бистальных балок, выполняемых из сталей более высокой прочности. При этом для возможности учета плоского напряженного состояния в стенках, ограничению подлежат интенсивности пластических деформаций £.

1.5.    Для расчета на прочность по первой группе предельных со

стояний, гарантирующей от полной потери эксплуатационной пригодности вследствие развития пластических деформаций, устанавливаются следующие группы бистальных балок, отличающиеся нормами предельных интенсивностей пластических деформаций 6^    :

I группа, для которой расчеты прочности выполняются в предпо-

ложении упругой работы поясов и развития пластических деформаций в стенке за счет разности    и    R_w - балки при расчетном сопротивлении стали поясов Ry “ R и. / ^и.    *    найденном по временному

сопротивлению, меньшим расчетного сопротивления по пределу текучести,

2    группа, для которой 6-    ■    0,1%    - балки, непосредст

венно воспринимающие подвижные и вибрационные нагрузки: подкрановые балки под краны с режимной группой эксплуатации IK ... 5К согласно ГОСТ 25546-82 (с применением коэффициента условий работы

X_t = 0,95); балки рабочих площадок; балки бункерных и разгрузочных эстакад; балки транспортерных галерей; балки под краны гидротехнических сооружений; балки стальных и сталежелезобетонных мостов и т.п.

3    группа, для которой ^ip, tim ⁼ ® ,2% - балки, работающие под статическими нагрузками: балки перекрытий и покрытий; ригели рам; ригели фахверка; балки, поддерживающие технологическое оборудование; ригели эстакад и другие изгибаемые, растянуто-изгибаемые и сжато-изгибаемые конструктивные элементы.

4    группа, для которой    =    0,4%    - балки, работающие

под статическими нагрузками, но не имеющие зон чистого (без поперечных сил) изгиба и продольных ребер жесткости, не воспринимающие местных (локальных) нагрузок и отличающиеся повышенной общей устойчивостью согласно п. 5.20 СНиП 11-23-81 и повышенной устойчивостью стенок и свесов поясов согласно разделу 4 настоящих Рекомендаций.

В случае, если ограничение i- в стенке приводит к недона-пряжению в поясе согласно формуле (2.1), предельные значения ^р»Еьт ^{в стенке в} местах ее применения к поясу увеличиваются в пределах до 5055, если условия устойчивости стенки этому не препятствуют.

1.6. Балки выполняют из одной марки стали (моностальными) и рассчитывают без учета развития пластических деформаций в следующих случаях:

- если усилия в балке меняют знак, а в стенке в зоне ее соединения с поясом

^<w<s „-J* s(?_mul-T_aJ^t'4,eR_wr_e, (1.1)

что может привести к знакопеременной текучести; здесь 6_тах, с?_т-_п ,

Т и    -    соответственно    максимальные    и    минимальные нор-

maoc    *

мальные и касательные напряжения, вычисленные по огибающим эпюрам

напряжений в предположении упругой работы материала;

- если продольная сила N > 0J (Rj /Гу t    R .

1.7.    При упругопластическом расчете бистальных балок пределы текучести сталей поясов и стенки принимаются равными их расчетным сопротивлениям R/ и R, w соответственно. Диаграммы работы материала (рисЛ) приняты с закруглениями от напряжений 0,9 Ryfw)

на участке, соответствующем упругой работе, до деформаций 1,1 R/(yy)/E при напряжениях Rjf#) .За закруглением следует площадка текучести. Для стали с пределом текучести 590 МПа (60 кгс/мм^)площадка текучести на диаграмме отсутствует, расчетное сопротивление определяется в соответствии с разделом 4 СНиП П-23-81.

В поясах балок учитывается только одноосное напряженное состояние, поэтому в них ограничивается продольная пластическая деформация 6_хр . В месте соединения пояса со стенкой, исходя из совместности деформаций, деформация б_лр в поясе меньше продольной пластической деформации в стенке на величину (Rj- *w)/t •

При одноосном изгибе, в том числе с продольной силой,предельное значение пластических деформаций всегда достигается в стенке балки (рис.2 д,е,ж,з), а при косом изгибе, в том числе с продольной силой, как правило, предельные пластические деформации развиваются на краю полки (рис.2 и,к).

1.8.    Расчет прочности бистальных балок рекомендуется выполнять в форме проверки условных напряжений в определенных точках сечения. Для этого в формулы расчета в предположении упругости вводятся поправочные коэффициенты С_х и Сц , учитывающие изменение воспринимаемого бистальным сечением изгибающего момента при развитии ограниченных пластических деформаций по сравнению с изгибающим моментом, воспринимаемым моностальным сечением из стали с расчетным сопротивлением Rj при упругой работе. Коэффициенты С_л и С вычислены для случая одноосного изгиба при дейст-

7

I) м 0,5

0

I

вии только продольных напряжений 6_Х и, следовательно, при ограничении продольных деформаций £_лр , численно равных значениям ДЛЯ соответствующих групп балок.

Воздействие напряжений    и    в    стенке, создающих

плоское напряженное состояние и требующих ограничения интенсивности пластических деформаций 6i_p , учитывается умножением коэффициентов С_Л на коэффициенты Ки К{ос соответственно.

Выпуклость и асимметричность кривых взаимодействия изгибающих моментов и продольной силы за пределом упругости учитывается при помощи коэффициентов д и X Все перечисленные коэффициенты вычислены по специальной программе на ЭШ с использованием диаграмм работы стали согласно рисЛ, гипотезы плоских сечений и условий равновесия,

1.9,    Для увеличения точности расчета прочности разрешается составление и использование специальных программ расчетов на ЭВМ, основанных на рассмотрении упругопластической работы бистальных сечений и на непосредственной проверке ограничения интенсивности пластических деформаций по формуле

^fip * ^£<р,    >    ч.2)

к которой в неявной форме сводится предлагаемый Рекомендациями расчет в форме проверки условных напряжений.

1.10.    При расчете бистальных балок следует учитывать коэффициенты надежности по назначению    ,    коэффициенты    условий    ра

боты З'р и коэффициенты условий работы соединений {g , принимаемые по СНиД Д-23-81.

I.II» Для неразрезных и защемленных бистальных балок постоянного в пределах каждого пролета двутаврового сечения следует учитывать перераспределение опорных и пролетных моментов в связи с развитием пластических деформаций в предельном состоянии.

Расчетные значения изгибающего момента следует определять по формуле

и-^м_тал,    (1.3)

где М_таос - наибольший изгибающий момент в пролете или на опоре, определяемый из расчета неразрезной балки в предположении упругой работы материала;

9