Опирание балок на колонну (39)

Опирание балок на колонну (39) соединяет оголовок колонны с одной или двумя балками с помощью торцевой пластины. Торцевая пластина приваривается к оголовку колонны и крепится болтами к нижней полке второстепенной детали.

Создаваемые объекты

• Торцевая пластина
• Элементы жесткости
• Болты
• Пластины-шайбы (опционально)

Применение

Пример	Описание
	Опирание с торцевой пластиной и элементами жесткости.

Порядок выбора

1. Выберите главную деталь (колонну).
2. Выберите первую второстепенную деталь (балку).
3. Выберите вторую второстепенную деталь (балку).
4. Щелкните средней кнопкой мыши, чтобы создать соединение.

Для задания размера и положения торцевой пластины и ребер жесткости служит вкладка Рисунок.

	Описание
1	Расстояние между первой и второй второстепенной деталями.
2	Расстояние между торцевой пластиной и второстепенными деталями.
3	Расстояние от кромки главной детали до торцевой пластины. При задании положительных значений кромки торцевой пластины перемещаются ближе к оси колонны; следовательно, размер пластины уменьшается. При задании отрицательных значений размер пластины увеличивается. Значение по умолчанию — 10 мм.
4	Зазор между элементами жесткости и полкой второстепенной балки. Значение по умолчанию — 0 мм.
5	Положение элементов жесткости. По умолчанию элементы жесткости размещаются в той же плоскости, что и полки колонны. При задании положительных значений элементы жесткости смещаются вправо, отрицательных — влево.

Срез торца балки

Задает способ срезания торца второстепенной балки.Балка показана в виде сбоку.

Параметр	Описание
	По умолчанию Прямоугольная Этот параметр можно изменить с помощью автоматических стандартов.
	Прямоугольная Торец второстепенной балки срезается под прямым углом.
	Косой срез Торец второстепенной балки срезается параллельно кромке главной детали.

Для задания свойств торцевой пластины, ребер жесткости и пластин-шайб служит вкладка Детали.

Задайте толщину, ширину и высоту торцевой пластины, элементов жесткости и пластин-шайб.

Параметр	Описание
Торцевая пластина	По умолчанию ширина определяется расстояниями по горизонтали от кромок до группы болтов, а высота — расстояниями от левой и правой кромки колонны до кромок пластины. По умолчанию толщина торцевой пластины составляет 0.5*диаметр винта.
Ребра жесткости	По умолчанию высота равна расстоянию между полками второстепенной балки. Если ширина не задана, ширина элемента жесткости определяется исходя из ширины полки. Значение по умолчанию для толщины элемента жесткости — 1.5*толщина стенки второстепенной балки с округлением вверх до 8, 10, 12, 16, 20, 25, 30, 35, 40, 45, и т. д.
Шайбы	Пластины-шайбы — это небольшие прямоугольные пластины, используемые в качестве шайб между головкой болта и полкой второстепенной балки. Если толщина не задана, пластины не создаются.

Параметр	Описание	По умолчанию
Номер позиции	Префикс и начальный номер для номера позиции детали. Некоторые компоненты имеют вторую строку полей, где можно ввести номер позиции сборки.	Начальный номер детали для использования по умолчанию задается на вкладке Компоненты (меню Файл > Настройки > Параметры).
Материал	Марка материала.	Материал для использования по умолчанию задается в поле Материал детали на вкладке Компоненты (меню Файл > Настройки > Параметры).
Имя	Имя, отображаемое на чертежах и в отчетах.

Для задания типа и размеров фасок, а также ориентации торцевой пластины и ребер жесткости служит вкладка Параметры.

	Описание
1	Тип и размеры фаски. При выборе варианта «Без фаски» может возникнуть конфликт между элементом жесткости и скруглением двутаврового профиля. Кроме того, можно задать размеры фаски по вертикали и по горизонтали. При выборе дуговой фаски горизонтальный размер используется в качестве радиуса, а вертикальный размер не учитывается.
2	Выберите, перпендикулярны или параллельны элементы жесткости полке второстепенной балки.
3	Размер зазора до торцевой пластины. Задайте предельную величину зазора между торцевой пластиной и второстепенной или главной деталью. Зазор следует использовать, когда балка слегка изогнута или наклонена в вертикальной плоскости: по нему определяется, достаточно ли мал угол на торце, чтобы можно было оставить торец балки прямым. Если фактический зазор меньше этой величины, торец балки остается прямым. Если фактический зазор больше, торец балки подгоняется к торцевой пластине.
4	Выберите ориентацию торцевой пластины.

Для задания свойств болтов служит вкладка Болты.

Размеры группы болтов

1	Выберите, как измеряются размеры, определяющие положение группы болтов по вертикали. Сверху:от верхнего края второстепенной детали до крайнего верхнего болта. Посередине:от центральной линии болтов до центральной линии второстепенной детали. Снизу:от нижнего края второстепенной детали до крайнего нижнего болта.
2	Размер, определяющий положение группы болтов по вертикали.
3	Расстояние от болта до кромки. Расстояние до кромки — это расстояние от центра болта до кромки детали.
4	Число болтов.
5	Расстояние между болтами. Значения расстояний между болтами разделяются пробелами.Необходимо ввести значения всех расстояний между болтами.Например, для 3 болтов вводится 2 значения.
6	Размер, определяющий положение группы болтов по горизонтали.
7	Выберите, как измеряются размеры для задания положения группы болтов по горизонтали. Слева:от левого края второстепенной детали до крайнего левого болта. Посередине:от центральной линии второстепенной детали до центральной линии болтов. Справа:от правого края второстепенной детали до крайнего правого болта.

Базовые свойства болтов

Параметр	Описание	По умолчанию
Размер болта	Диаметр болта.	Возможные размеры определены в каталоге комплектов болтов.
Стандарт болта	Стандарт болта для использования в компоненте.	Возможные стандарты определены в каталоге комплектов болтов.
Допуск	Зазор между болтом и отверстием.
Резьба в детали	Определяет, может ли резьба быть внутри деталей болтового соединения (при использовании болтов с участками без резьбы). При использовании болтов с резьбой под головку этот параметр не действует.	Да
Монтажный/заводской	Определяет, монтажным или заводским является соединение.	Монтажный

Продолговатые отверстия

Можно создать продолговатые отверстия, отверстия с резьбой или отверстия завышенного размера.

Параметр	Описание	По умолчанию
1	Вертикальный размер продолговатого отверстия.	0 (создается круглое отверстие).
2	Горизонтальный размер продолговатого отверстия или величина свободного хода болта в отверстии завышенного размера.	0 (создается круглое отверстие).
Тип отверстия	Продолговатый — создаются продолговатые отверстия. Завышенного размера — создаются отверстия завышенного размера или с резьбой. Без отверстия: отверстия не создаются.
Развернуть пазы	Когда в качестве типа отверстий выбран вариант Продолговатый, этот параметр позволяет повернуть продолговатые отверстия.
Пазы в	Деталь (детали), в которых создаются продолговатые отверстия. Возможные варианты зависят от компонента.

Комплект болта

Флажки определяют, какие объекты компонента (болт, шайбы и гайки) входят в комплект болта.

Чтобы создать только отверстие, снимите все флажки.

Чтобы изменить комплект болтов в существующем компоненте, установите флажок Использовать при изменении и нажмите кнопку Изменить.

Увеличение длины болта

Задает, насколько будет увеличена длина болта.Этот параметр используется, например, когда нужно увеличить длину болтов в связи с покраской.

Размещение болтов в шахматном порядке

Параметр	Описание
	По умолчанию Без смещения болтов Этот параметр может быть изменен АвтоСтандартами.
	Без смещения болтов
	В шахматном порядке, тип 1
	В шахматном порядке, тип 2
	В шахматном порядке, тип 3
	В шахматном порядке, тип 4

Для определения отверстий для цинкования в торцевой пластине служит вкладка Отверстия.

Параметр	Описание
Стандарт болта	Выберите стандарт болта.
Тип болта	Выберите тип болта, чтобы указать, монтажным или заводским является болтовое соединение.

Количество отверстий

Центром группы отверстий является средняя точка балки или средняя точка вута (при наличии вута). Группы отверстий состоят из 0, 1, 2 или 4 отверстий.

Параметр	Описание
	По умолчанию Без отверстий Этот параметр может быть изменен АвтоСтандартами.
	Без отверстий
	1 отверстие
	2 отверстия
	4 отверстия

Положения отверстий

Табл. 1.

	Описание
1	Расстояние по горизонтали между центром второстепенной балки и верхним отверстием.
2	Расстояние по горизонтали между центром второстепенной балки и нижним отверстием.
3	Расстояние по вертикали между центром второстепенной балки и верхним отверстием.
4	Расстояние по вертикали между центром второстепенной балки и нижним отверстием.
5	Диаметр нижнего отверстия.
6	Диаметр верхнего отверстия.

См. ссылку ниже:

Вкладка «Общие»

См. ссылку ниже:

Вкладка «Проектирование»

См. ссылку ниже:

Вкладка «Расчет»

См. ссылку ниже:

Создание сварных швов

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

 

Posted in Стальные конструкции Tagged Прочностной расчет, Стальные конструкции

Опирание стальной балки на жб стену

Обновлено: 07. 10.2022

Нюансы монтажа балок.

Чтобы осуществить опирание балки на кирпичную стену, чаще всего используют опоры, выполненные из стали.
При опирании перекрытий на кирпичную стену между торцом и балкой перекрытия необходимо делать вентилируемый воздушный зазор.
Такой факт, как опирание балки на стену из кирпича, подразумевает, что конец балки может деформироваться достаточно свободно. В момент прогиба балка должна проворачиваться, а под воздействием температурных режимов она должна сместиться по оси (продольной).
Именно в этом случае эксплуатация будет безопасной и надежной и обойдется без дополнительного напряжения. Для достижения этой цели используются подвижные и неподвижные опоры.
К важным функциям такого процесса, как установка балок, относится обеспечение связи имеющегося перекрытия с конструкцией, поддерживающей его, например, со стеной (столбами). Наиболее важными факторами для надежности и прочности возводимого соединения перекрытия и опоры являются: степень глубины, на которую заделываются балки, их анкеровка в стене и, конечно, оптимальный выбор конструкции опирания.

В строительстве этап заделки балок в стену является наиболее важным и ответственным. Конструкции перекрытий должны отвечать высоким требованиям надежности и прочности, так как именно они являются гарантией безопасности всех проживающих в доме.
Первое, что необходимо выполнить, – это отесать торцевые концы балок под углом, равным 60 градусам.
Выполнить обработку торцевых концов балок при помощи антисептического состава. Еще одним действием, характерным для этого этапа, является процедура обработки смолой.
Далее необходимо обернуть концы балок толем и уложить их таким образом, чтобы они не достигали задней стенки гнезда, примерно на 40 мм (+- 10 мм).
После того как балка уложена, ее стороны (боковые и верхнюю) заделывают при помощи раствора, в который в качестве составляющей входит щебенка.
При имеющейся толщине стен, равной 2,5 кирпичам (это приблизительно 640 мм) либо больше, балки, точнее их концы, не замазывают раствором. Для этого более подходит другой вариант заделки.
Так как балка своими торцевыми концами имеет опору на стены (обычно, не более чем в 150 мм), понятно, что между ее концом и стенкой гнезда (задней) есть свободное пространство, примерно 100 мм.
Такое расстояние подойдет для того, чтобы соблюдалась воздушная прослойка и чтобы была выполнена укладка теплоизоляции. Что касается гнезда, то его дно подлежит выравниванию при помощи бетона, затем наносится слой битума и два толевых слоя.
Верхнюю часть гнезда и его боковые стены укрывают при помощи толя.

А вот для задней стенки используют просмоленный войлок. Этот слой войлока прижимается при помощи доски, прошедшей антисептическую обработку. Ее толщина обычно соответствует 25 мм.
Обратите внимание, что конец балки должен быть уложен таким образом, чтобы пространство, получившееся между ним и доской, составляло примерно 40 мм.
Если же стены вашего дома менее вышеназванного размера, например, в два кирпича, то вам подойдет следующий способ.
Так же, как и в первом случае, задняя стенка гнезда укрывается просмоленным войлоком в два слоя.
Затем изготавливается ящик с тремя стенками, его поверхность просмаливается, и он устанавливается в гнездо, им прижимается уложенный ранее войлок.
Если же заделка балок происходит при устройстве чердачного перекрытия, и стены при этом отвечают толщине в два кирпича, то особое внимание необходимо уделить гнездам, точнее их защите. Как и в вышеназванном примере, необходимо изготовить ящик с тремя стенами, просмолить его поверхность и обить войлоком.
Балки, расположенные вблизи дымоходных труб, располагают на расстоянии не меньше, чем 400 мм до ее внутренней поверхности.
Конечно, случается и так, что балку невозможно расположить на более дальнем расстоянии от дымохода. При таких обстоятельствах осуществляют врубку балки в конструкцию ригеля.
А сам ригель врубают уже в две балки, в результате чего происходит их ослабление. Уменьшение ослабления добивается укладкой балок более толстым концом по отношению к дымоходной трубе.
При строительстве кирпичного, каменного и других подобных им строений необходимо соблюдать условие, при котором между стеной и крайними балками будет иметься зазор минимум в 50 мм. Его заделку производят с использованием рейки. Не забудьте, что рейка и балка отделяются друг от друга при помощи слоя толя либо слоя рубероида.

Инструменты
перфоратор;
дрель;
молоток;
кисть;
болгарка;
топор.
Кроме того, различные уровни, рулетка и т.п.

Нюансы анкерного крепления и устройства узла опирания балки Схема минимальной длины опирания плиты перекрытия на стену
Схема минимальной длины опирания плиты перекрытия на стену.
Для того чтобы придать жесткость, необходимо выполнить дополнительное крепление балок. Крепление выполняется не всех балок, а через одну.

Для этого при выполнении кирпичной кладки производится установка стального анкера. Он располагается таким образом, что его конец не доходит до наружной стены (ее поверхности), примерно на 12 см.
Делается это для исключения возникновения, так называемых, «мостиков холода». Другой его конец выступает в помещение на расстояние около 20 см.
Крепление анкера и деревянной балки осуществляется при помощи стальной накладки, сечение которой равно 50 на 6 мм, а также гвоздей с диаметром около 5 мм.

Существуют и такие варианты заделки, при которых она считается открытой. Но, учтите, что при выборе подобного способа в помещении должна быть нормальная влажность (меньше, чем 60%) и достаточно хорошая вентиляция перекрытия, а еще будет необходимо выполнить достаточную теплоизоляцию гнезда, в частности, его задней стенки.
Нужно знать, что в данном случае при имеющейся кирпичной стене стенка гнезда должна иметь толщину минимум 46 см. Если толщина все же меньше, то необходимо дополнительное утепление.
Если толщина стены соответствует размеру в два кирпича, то опирание балки (узел) выполняют следующим образом. В стене выполняется гнездо, глубина которого соответствует 25 см (примерно, один кирпич).
Вертикальная стенка гнезда покрывается теплоизоляционным материалом, в качестве которого можно использовать антисептированный либо минеральный войлок. Нижняя часть гнезда укрывается толем, желательно в два слоя.
После чего выполняется установка деревянного короба. Он изготавливается с использованием просмоленной антисептированной древесины. С помощью него осуществляется прижатие войлока. Балка перекрытия должна опираться на поверхность короба (нижнюю его часть), на глубину примерно в 15 см.
Но учтите, что необходима воздушная прослойка между балкой и поверхностями короба. В качестве варианта такой конструкции можно рассматривать установку короба из дерева, который имеет три стороны вертикального характера и одну горизонтального (верхняя часть). Нижняя горизонтальная поверхность полностью отсутствует.

При такой установке конец балки с антисептической обработкой будет иметь опору в гнезде на рубероид (два-три слоя). А по боковым, торцевой и верхней сторонам балки будут располагаться деревянные поверхности короба.
Если толщина ваших стен соответствует размеру в 2,5 кирпича и более, то опирание балки необходимо выполнить в гнездо, глубина которого составит 25 см. Гнездо, его нижняя часть, подлежит обработке при помощи битума, сверху которого укладывается толь в два слоя, либо рубероид.
Поверхности, расположенные по бокам и сверху, тоже укрываются при помощи толя. Задняя поверхность гнезда должна быть хорошо изолирована с помощью теплоизоляционного материла, например, войлока (минерального). Прижатие войлока к стене выполняется при помощи деревянной доски с толщиной в 2,5 сантиметра.
Не забудьте о четырехсантиметровой воздушной прослойке между балкой перекрытия и поверхностями гнезда.

Ряд дефектов, допускаемых при монтаже балки (ригеля) и стропильной фермы
Как и любой другой вид строительных работ, монтаж железобетонных балок и ригелей может

быть выполнен с различными дефектами. Наиболее часто встречающимися считаются:
смещение оси балки (ригеля) с оси колонны;
смещение балки (ригеля) в плоскости рам поперечного характера;
неверно выполненное соединение балки (ригеля) с колонной;
осуществление укладки балки (ригеля) на стену из кирпича без обеспечения специальной опорной подушки;
имеющееся отклонение ригеля (его плоскости) от вертикали;
выполнение монтажных работ с использованием балки (ригеля) с имеющимися явными дефектами.
Вернуться к оглавлениюДефекты и их последствия
При имеющемся смещении оси балки (ригеля) с оси колонны появляются дополнительные усилия в колонне изгибающих моментов, которые действуют в перпендикулярном направлении по отношению к плоскости рам поперечного характера. Следствием таких дефектов является снижение несущей способности колонн.
Если же имеется смещение балки (ригеля) в плоскости рам поперечного характера, то одна из опор площадки будет иметь меньшую длину при сравнении с проектной.
Это может вызвать продергивание арматуры (продольной), появление трещин и разрушение балки (ригеля). И еще, так как площадь опирания маленькая, возможно появление разрушения бетона в месте опоры, поскольку происходит его смятие либо скалывание.

Еще один дефект предусматривает отклонение балки (ригеля), точнее его плоскости, от вертикали. Это становится возможным в результате перекоса закладной детали опорного характера в балке. В результате этого появляются крутящие моменты, на которые конструкция балки (ригеля) не рассчитана.
В основном все вышеназванные дефекты могут быть допущены и при выполнении монтажных работ по установке железобетонной фермы. Последствия, вызванные этими дефектами (при монтаже фермы), также схожи с вышеназванными.
Хочется отметить, что изготавливая фермы, особое внимание необходимо уделить процедуре армирования узлов. Если будет выполнена анкеровка высокой степени надежности в узлах фермы, то это гарантирует хорошую прочность.
Еще один важный момент: менять такие параметры, как количество и диаметральный размер арматуры (конструктивной), не получив согласие проектной организации, не представляется возможным, точнее, не допускается. Железобетонные фермы хранятся и перевозятся только в вертикальном положении.
Выполняя монтаж фермы, до того как будете осуществлять установку плит, не забудьте проверить такое качество, как устойчивость сжатого пояса в плоскости горизонтального характера.

Опорные узлы балки

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:

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.

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

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

Читайте также:

  
• Как оштукатурить стену с окном
  
• Стены разрушь тьму удалить
  
• Расстояние от стены до смесителя на столешницу
  
• Как снять кабель канал со стены
  
• Набор для покраски стен ванночка 350х330 валик иск мех 250 мм fit

Изгиб балки

Введение

На этой странице рассматривается классическая теория изгиба балки, которая является важным фактором почти во всех структурных проектах и анализы. Хотя это менее очевидно, это также относится к изгибу колонны. также. И это на самом деле второй мотив этого страницу, чтобы заложить основу для предстоящего обсуждения теории потери устойчивости колонны.

Цель здесь не в том, чтобы охватить все аспекты изгиба балки. Особенно, такие темы, как определение нейтральной оси, теорема о параллельной оси и расчет отклонений балки не рассматривается.

---

Радиус кривизны

Радиус кривизны является основным для изгиба балки, поэтому он будет рассмотрел здесь. Обычно обозначается греческой буквой \(\rho\), и может рассматриваться как радиус круга, имеющего ту же кривизну, что и часть графика, кривая дороги или любой другой путь. Когда путь прямой, \(\rho\) бесконечен, а когда путь имеет острый кривая в нем, \(\rho\) мала.

Нам понадобится аналитическое выражение для радиуса кривизны, поэтому он будет развиваться здесь. Начните с любой функции \(y = y(x)\), как показано на рисунке. Напомним, что длина дуги \(s\) связана с \(\rho\) через \(\rho \, \theta = s\), где \(\theta\) — угол дуги. В дифференциальной форме это \(\rho\, d\theta = ds\). Теперь разделите обе части на \(dx\). 9{3/2} } \]
Интересно, что любое выражение, включающее радиус кривизны, кажется, всегда содержит появляются в знаменателе. И это не исключение, даже если это определяющее уравнение.

Также интересен тот факт, что многие механические приложения связаны с изгибом, но в малых масштабах. Обсуждаемый здесь изгиб балки не является исключением. В таких случаях, наилучший подход состоит в том, чтобы определить ось x вдоль луча таким образом, чтобы \(y\) отклонения и, что более важно, деформированный наклон, \(y’\), будут оба быть маленькими. Если \(y’ \lt \lt 1\), то \(y’\) можно пренебречь в приведенном выше уравнении. Это дает гораздо более простое выражение. 93} \]
, где \({\bf v}\) — вектор, определяемый параметрически как \({\bf v} = {\bf v}(x(t), y(t), z(t))\), \({\bf v’}\) — его первая производная, \({\bf v»}\) — его вторая производная, и \(|. ..|\) представляет длину вектора, т. е. квадратный корень из суммы квадраты его компонентов.

---

Деформация изгиба

Напомним, что длина дуги \(L\) связана с радиусом кривизны \(\rho\) через \(L = \rho\, \theta\), где \(\theta\) — угол.

Все становится сложнее, когда принимается во внимание толщина. На рисунке ниже объект начальной длины \(L_o\) изогнут как показано. Поскольку он имеет конечную толщину, различные его части растягиваются, или сжатые, разные количества. Внешняя часть балки растянута больше всего, потому что находится дальше всего от тот центр. Математически все части согнуты под одним и тем же углом \(\theta\), но \(\rho\) варьируется по толщине, поэтому количество \(\rho\, \theta\) тоже меняется, а значит, и \(L\) меняется.

Следующий шаг — принять сознательное решение, чтобы избежать путаницы, связанной с наличием множества различные радиусы кривизны по толщине изогнутого объекта. Это осуществляется в два этапа.

Сначала найдите тот \(\rho\), который удовлетворяет \(\rho \, \theta = L_o\). Обратите внимание, что \(\rho\) — это вычисляемый результат, а \(\theta\) и \(L_o\) — входные данные. Обратите также внимание, что длина в уравнении равна \(L_o\), исходной, недеформированной длине, не деформированный. Этот шаг устанавливает одно уникальное значение \(\rho\) для поперечное сечение, а не иметь несколько значений, что может привести к большой путанице.

Нейтральная ось

Место в поперечном сечении, где \(\rho\, \theta = L_o\) известно как нейтральная ось . Это единственное место, где окончательная деформированная длина такая же, как исходная недеформированная длина, поэтому растяжения не происходит… из-за изгиба. Не предполагайте, что нейтральная ось должна быть посередине. поперечного сечения объекта. Это не обязательно так, особенно если объект состоит из разных материалов с разными жесткость.

Оговорка «из-за изгиба» в предыдущем абзаце присутствует, потому что объект также может быть одновременно нагружен растяжением (или сжатием), что растягивает его пока каждая точка в его поперечном сечении не станет длиннее (или короче, если сжато), чем исходная длина, \(L_o\).

Второй шаг состоит в том, чтобы ввести переменную \(y\) как расстояние от нейтральной оси до любого другого радиуса в поперечном сечении, как показано на рисунке ниже. В результате радиус кривизны при любом \(y\) равно \((\rho — y)\), а окончательная длина в любой точке \(y\) определяется выражением

\[ L = (\rho — y) \тета \]
Напомним, что \(L_o = \rho \, \theta\). Теперь деформация \(\эпсилон\) может быть выражена как

\[ \epsilon_x = {L — L_o \over L_o} = { (\rho — y) \theta — \rho \, \theta \over \rho \, \theta} \]
, который упрощается до

\[ \epsilon_x = — {y \over \rho} \]
Это ключевой результат деформации объекта. Он показывает, что деформация равна нулю при \(y=0\), нейтральной оси и линейно изменяется от нее. Если объект толстый, то \(y\) может принимать на больших значениях, а на тонких объектах — нет. Именно поэтому толстые объекты обладают большей жесткостью на изгиб, чем тонкие предметы.

Кроме того, радиус кривизны в знаменателе объясняет многие эффекты изгиба. Когда объект не согнут, то \(\rho\) бесконечно, и деформации, естественно, равны нулю. Когда объект изгибается, \(\rho\) уменьшается, и уравнение показывает, что деформации будут увеличиваться.

Наконец, обратите внимание, что деформация является нормальной деформацией и на самом деле является продольной, по длине балки. Обычно ось \(x\) выравнивают вдоль длина балки, создающая деформацию \(\epsilon_x\).

---

Напряжение при изгибе

Теперь, когда у нас есть выражение для напряжения, разработка выражения для напряжения уже невозможна. будь проще. Умножьте деформацию на \(E\), модуль упругости, чтобы получить стресс, \(\sigma_x\).

\[ \sigma_x = — {E \, y \over \rho} \]
Хотя этот шаг был невероятно простым, на самом деле он довольно глубок в том, что пренебрегали простотой. Напомним со страницы на Закон Гука, согласно которому каждый компонент нормального напряжения зависит от всех трех компонентов нормальной деформации. Но здесь у нас просто умножил деформацию на \(E\), чтобы получить напряжение. Этот шаг имеет ключевое предположение встроены в него… что на балку не действуют боковые нагрузки/напряжения. В таких случаях уравнения «срабатывают» так, что \(\sigma_x = E \, \epsilon_x\), как в одноосное растяжение. Это происходит в большинстве балок, потому что они тонкие по сравнению с их длина. 92) } \epsilon_x \]
, где \(\nu\) — коэффициент Пуассона материалов. Понятно, что напряжение для данного деформация в этом случае выше, чем при классическом одноосном растяжении.

---

Изгибающие моменты и напряжения

Изгибающий момент \(M_z\) в поперечном сечении из-за поля напряжений вычисляется по формуле

\[ М_з \; знак равно \int_A r \times dF \; знак равно — \int_A y \, \sigma_x dA \]
, где \(y\) — плечо момента, а \(\sigma_x dA\) — сила.

92 дА \]
Всегда помните, что значения \(y\) отсчитываются от нейтральной оси, что соответствует \(y = 0\).

Уравнение изгибающего момента теперь можно записать в виде

\[ M_z = {E \, I_{zz} \over \rho} \]
, что является очень важным уравнением.

Малый изгиб Приблизительно

Напомним, что мы обсуждали ранее, что когда уровень изгиба мал и \(y’ \lt \lt 1\), то \(\rho\) может быть близко аппроксимируется \(y»\). Это дает

\[ M_z = E \, I_{zz} y» \qquad (\text{когда} \;\; y’ \lt \lt 1) \]
, что является еще одним очень важным и полезным уравнением.

Теперь… вернитесь к этим двум уравнениям

\[ M_z = {E \, I_{zz} \over \rho} \qquad \qquad \text{and} \qquad \qquad \sigma_x = — {E \, y \over \rho} \]
и узнайте, что оба содержат \(E / \rho\). Решение каждого уравнения для этого отношения дает

\[ {E \over \rho} = {M_z \over I_{zz} } \qquad \qquad \text{and} \qquad \qquad {E \over \rho} = -{y \over \sigma_x} \]
Итак, приравняйте два уравнения, чтобы получить одно из самых известных уравнений в машиностроении.

\[ \sigma_x = — {M_z \, y \over \; I_{zz} } \]

---

Трехмерная гибка

Полный трехмерный изгиб включает в себя отклонения в двух направлениях, \(y\) и \(z\). Напряжение, \(\epsilon_x\), теперь зависит от обеих координат.

\[ \epsilon_x = {z \over \rho_y} — {y \over \rho_z} \]
Умножьте на \(E\), чтобы получить напряжение.

\[ \sigma_x = {E \, z \над \rho_y} — {E \, y \над \rho_z} \] 92 dA — {E \over \rho_y} \int_A y \, z \, dA \\ \\ \\ & & & = & {E \over \rho_z} I_{zz} — {E \over \rho_y} I_{yz} \end{эквнаррай} \]
Уравнения можно компактно записать в матричной форме как

\[ \оставил\{ \матрица { Мой \\ \\ M_z } \Правильно\} знак равно \оставил[ \матрица { \; I_{yy} и -I_{yz} \\ \\ -I_{yz} & \; I_{zz} } \Правильно] \оставил\{ \матрица { Е / \rho_y \\ \\ E / \rho_z } \Правильно\} \]
Это показывает, что момент инерции на самом деле является тензором. 92\).

Наконец, если \(I_{yz} = 0\), все значительно упрощается до

\[ \sigma_x = {M_y \, z \над I_{yy} } — {M_z \, y \над I_{zz} } \]

Реакции балок и диаграммы.

Дополнение по сопротивлению материалов для энергетики

Основной корпус

Диаграммы

Цели обучения

По окончании этой главы вы должны уметь:

• Определять реакции свободно опертых, выступающих и консольных балок
• Рассчитайте и начертите диаграммы поперечных усилий и изгибающих моментов балок, подверженных сосредоточенным нагрузкам, равномерным распределенным нагрузкам и их комбинациям.

Обзор балок

Балки – это конструктивные элементы различного инженерного назначения, такие как крыши, мосты, механические узлы и т. д. В целом балка представляет собой тонкую, прямую, жесткую конструкцию, изготовленную из изотропных материалов и, что наиболее важно, подвергается нагрузкам, перпендикулярным их продольной оси. Если бы вместо перпендикулярных нагрузок тот же элемент конструкции подвергался бы продольным нагрузкам, его называли бы колонной или стойкой. Если бы тот же элемент подвергался крутящему моменту, его называли бы и рассматривали как вал. Поэтому при идентификации механических или конструктивных компонентов очень важно учитывать способ нагрузки.

Обратите внимание, что когда дело доходит до ориентации, балки могут быть горизонтальными, вертикальными или с любым промежуточным наклоном (например, погруженные в воду пластины, анализируемые в гидромеханике)… при условии, что нагрузка перпендикулярна их главной оси.

Опоры балки:

Тип опоры	Похоже на	Символ	Реакции
Ролик, также называемый простой подвижный раздвижной			Только вертикальная реакция Позволяет горизонтальное перемещение Позволяет вращение
Закрепленный, также называемый шарнирный			Вертикальная реакция Горизонтальная реакция Позволяет вращение
Фиксированный			Вертикальная реакция Горизонтальная реакция Момент реакции

Нагрузки на балку ^[1] :

Нагрузки	Символ	Примеры	Покрытый
Точка, также называемая концентрированный		колеса автомобиля столбцы человек на трамплине	Да
Униформа Распределенная		Вес балки снеговая нагрузка на ферму крыши	Да
Переменная Распределенная		гидростатическая нагрузка на подводную поверхность свая из заполнителя балка переменного сечения	Да
Концентрированные моменты		компоненты машин	Нет

Типы балок:

Типы	Диаграмма	Примеры	Покрытый
Простые балки или просто поддерживаемые		Короткопролетный мост	Да
Нависающие балки		опорные балки для патио трамплин для прыжков	Да
Консольные балки		крышка входа в здание нависающие дорожные знаки	Да
Составные балки		компоненты машин	Нет
Неразрезные балки		Длиннопролетный мост трубные опоры	Нет

Решение для балочных реакций

При нахождении реакций рекомендуются следующие шаги:

1. Нарисуйте схему тела без балки
2. Заменить равномерную распределенную нагрузку (если есть) эквивалентной точечной нагрузкой
3. Решите ΣM _A = 0 (сумма моментов относительно опоры A). Это даст вам R _B (реакция на поддержке B).
4. Решите ΣM _B = 0. Это даст вам R _A .
5. Используя R _A и R _B , найденные на шагах 3 и 4, проверьте, выполняется ли ΣV = 0 (сумма всех вертикальных сил).
   1. Обратите внимание, что шаги 4 и 5 можно поменять местами.
   2. Для консольной балки используйте ΣV = 0, чтобы найти вертикальную реакцию на стене, и ΣM _стена = 0, чтобы найти реакцию момента на стене. Нет никакого другого уравнения для проверки ваших результатов.

Диаграммы поперечных сил и изгибающих моментов

Обратите внимание:

«Сдвиговые силы — это внутренние силы, возникающие в материале балки для уравновешивания внешних сил, чтобы обеспечить равновесие всех частей балки.

Изгибающие моменты — это внутренние моменты, возникающие в материале балки, чтобы уравновесить стремление внешних сил вызвать вращение любой части балки». [3]

Перерезывающую силу в любом сечении балки можно найти путем суммирования всех вертикальных сил слева или справа от рассматриваемого сечения.

Аналогично, изгибающий момент в любом сечении балки можно найти, сложив моменты слева или справа рассматриваемого сечения. Опорной точкой момента является рассматриваемое местоположение.

По соглашению внутренние силы сдвига, действующие вниз, считаются положительными. Они противодействуют восходящим внешним силам. Следовательно, при представлении поперечных сил их можно рисовать в направлении внешних сил. Это визуально проще, чем следовать соглашению о знаках.

Моменты по часовой стрелке обычно считаются отрицательными, а моменты против часовой стрелки считаются положительными. При представлении изменения изгибающего момента обратитесь к следующей таблице, показывающей качественные кривые изгибающего момента в зависимости от формы графиков поперечной силы.

.

При построении диаграмм поперечной силы и изгибающего момента, несмотря на важность соблюдения знаков, постоянство имеет решающее значение. Например, рассмотрим простую балку, нагруженную точечной нагрузкой, приложенной к нагрузке UD. Запустив диаграммы на опоре А, глядя на страницу, вы получите следующее:

Теперь переверните луч по горизонтали на 180º (или измените точку наблюдения, глядя на луч с противоположной стороны) и нарисуйте диаграммы, начиная с той же точки A. Диаграммы будут выглядеть следующим образом:

Обратите внимание, что хотя диаграммы поперечной силы выглядят как зеркальные изображения (перевернутые по горизонтали), диаграмма изгибающего момента не затрагивается. Кроме того, наиболее важный результат этого анализа показывает, что максимальная сила сдвига и величина изгибающего момента всегда будут одинаковыми.

Контрольные точки диаграммы направленности

При построении диаграммы направленности учитывайте следующее:

Диаграммы поперечной силы:

• На концах свободно опертой балки поперечная сила равна нулю.
• На стене консольной балки поперечная сила равна вертикальной реакции на стене. На свободном конце балки поперечная сила равна нулю.
• На любом сегменте балки, к которому не приложены нагрузки, поперечная сила остается постоянной (горизонтальная линия).
• Точечная нагрузка или реакция на диаграмме поперечной силы вызывает резкое изменение графика в направлении приложенной нагрузки.
• Равномерная распределенная нагрузка, действующая на балку, представлена ​​прямолинейной поперечной силой с отрицательным или положительным наклоном, равной нагрузке на единицу длины.

Диаграмма изгибающих моментов:

• На концах свободно опертой балки изгибающие моменты равны нулю.
• На стенке консольной балки изгибающий момент равен реакции момента. На свободном конце изгибающий момент равен нулю.
• В месте, где поперечная сила пересекает нулевую ось, соответствующий изгибающий момент имеет максимальное значение.
• Форма кривой изгибающего момента между двумя точками балки показана в двух приведенных выше таблицах.
• Изменение изгибающего момента между двумя точками на балке равно площади под диаграммой поперечной силы между теми же двумя точками.

Приведенные выше рекомендации помогут вам в создании диаграмм пучков; они также служат проверкой.

При решении диаграмм балок в классе и дома вы можете проверить свои ответы с помощью этого бесплатного онлайн-калькулятора балок: SkyCiv Cloud Engineering Software

Задача 1: Укажите максимальные значения поперечной силы и изгибающего момента.

Задача 2: Укажите максимальные значения поперечной силы и изгибающего момента.

 

Задача 3: Балка длиной 24 м свободно поддерживается на расстоянии 3 м от каждого конца. Балка несет точечную нагрузку 18 кН на левом конце и 22 кН на правом конце балки. Балка весит 400 кг/м. Нарисуйте диаграммы балок и определите место на балке, где изгибающий момент равен нулю.

Задача 4: Простая нависающая балка длиной 112 футов выступает над левой опорой на 14 футов. Балка несет сосредоточенную нагрузку в 90 тысяч фунтов на расстоянии 12 футов от правого конца и равномерно распределенную нагрузку в 12 тысяч фунтов на фут на высоте 40 футов. участок с левого конца. Нарисуйте диаграммы балки и определите поперечную силу и изгибающий момент в сечении на расстоянии 50 футов от левого конца.

Проблема 5: Предложите улучшение этой главы.

 

 

 

---

1. Нажмите на диаграммы, чтобы развернуть ↵

сил — Распределение веса наклонного объекта

Задавать вопрос

Спросил 5 лет, 2 месяца назад

Изменено 4 года, 8 месяцев назад

Просмотрено 10 тысяч раз

$\begingroup$

У нас есть стержень длиной 1 м и незначительной высотой по сравнению с длиной, масса 10 кг равномерно распределена (центр тяжести в центре). Он наклонен на тета градусов к горизонтали и опирается на две опоры на двух крайних концах, причем одна опора выше другой. Каково распределение веса (сил) на обеих опорах?

При расчетах мы находим, что, несмотря на наклон, линии действия направленных вверх сил реакции обеих опор равноудалены от центра тяжести, поэтому силы на обеих опорах должны быть равными, чтобы не было результирующего вращающего момента. Таким образом, обе опоры должны нести 50% веса независимо от угла наклона.

Однако из опыта мы знаем, что нижняя опора несет больший вес, чем верхняя опора, и по мере увеличения угла наклона до 90 градусов весь вес смещается на нижнюю опору, а на верхнюю опору — нет. Это кажется нелогичным, потому что, если вес на обеих опорах неравный, а их линии действия равноудалены от центра при наклоне, то должен быть вращательный момент, и объект должен вращаться.

Так как же правильно рассчитать распределение веса в зависимости от угла наклона? Обратите внимание, что я рассматриваю случай, когда высота пренебрежимо мала, поэтому опоры находятся на равном расстоянии от центра независимо от угла наклона.

• силы
• крутящий момент
• статика
• момент

$\endgroup$

4

$\begingroup$

См. рисунок выше. При условии, что стержень прочно закреплен в точках «А» и «В», т. е. в точках «А» и «В» нет скольжения, хотя он может поворачиваться, как на шарнирах, а на рисунке вниз действует сила тяжести (действующая как сила $F_C $), поддерживающие силы в точках «A» и «B» всегда будут равны $F_C/2$. Изменения θ не меняют отношения. Даже в вертикальном состоянии, когда «А», «В» и «С» лежат на вертикальной линии, стержень одинаково поддерживается в точках «А» и «В». Применяем немного статики.

Установка A в качестве центра вращения, вертикальные силы составляют: $$F_BL\cos\theta = 0,5F_CL\cos\theta$$ $$следовательно\qquad F_B = 0.5F_C$$

Аналогично, установив B в качестве центра вращения, вертикальные силы будут: $$F_AL\cos\theta = 0,5F_CL\cos\theta$$ $$F_A = 0. {\circ}$, так как стержень испытает полная нормальная (направленная вверх) сила в точке «А». 9{\circ}$, как и в исходном условии выше.

$\endgroup$

$\begingroup$

Вы исправляете, что нормальные реакции на каждом из стержней будут одинаковыми, но вы пренебрегаете тем фактом, что также присутствуют силы трения.

Пусть стержень $AB$ имеет центр масс посередине в точке $C$ и весит $mg$.

Общую схему с силами трения, действующими на обоих концах стержня, нарисовать сложно, поэтому я нарисовал схемы с силами трения, действующими только на один из концов.

На левой диаграмме показана возможная конфигурация без трения в точке контакта $B$, а на правой диаграмме — без трения в точке контакта $A$.

Надеюсь, это даст вам представление о том, как вы могли бы анализировать более общую ситуацию?

Ссылаясь на левую диаграмму.
На стержень действуют три силы: его вес $mg$, сила $X_1$ на конце $A$ и сила нормальной реакции $R_2$ на конце $B$, где отсутствует трение.