Обеспечение местной устойчивости стенок и полок стержней
|
В пределах упругой работы материала выражение критического напряжения потери устойчивости тонкостенной прямоугольной пластинки  Коэффициент С зависит от отношения большей стороны пластинки к меньшей (b/a≥i), способа закрепления граней и характера распределения напряжений по ним. Поскольку для алюминия и стали коэффициент Пуассона близок по значению и принят в нормах μ=0,3, критическое напряжение можно записать в виде  График изменения коэффициента C1 в зависимости от характера распределения нормальных напряжений по ширине пластинки, свободно опертой по двум длинным сторонам, представлен на рис. 10.5.  Приравнивая выражение критического напряжения к нормативному пределу текучести материала, можно определить предельное значение отношения ширины пластинки а к ее толщине δ: - при действии нормальных напряжений  - при действии касательных напряжений  Значения коэффициентов C1 и предельных значений а/δ для некоторых основных расчетных схем прямоугольных пластинок приведены в табл. 10.2. Таким образом, можно сделать вывод, что при проектировании алюминиевых конструкций отношение а/δ, определяемое из условия обеспечения местной устойчивости, при всех видах напряженного состояния следует принимать в 1,73√Raл/Rст раз меньшим, чем в конструкциях из стали.  Стенки балок Стенки алюминиевых балок, даже сравнительно небольшой высоты, приходится укреплять поперечными и продольными ребрами жесткости. Поперечные ребра жесткости в соответствии с требованием норм следует ставить при отношении высоты к толщине стенки h0/δcт≥60. Проверки устойчивости стенки балки не требуется, если при отсутствии местного напряжения в сжатой зоне отношение h0/δст не превышает значений, ограниченных кривыми на рис. 10.6.  Так, для сварной или прессованной балки из алюминия марки 1915Т (R=200 МПа) /1о/δст=^55, тогда как для балки из стали класса С38/23 (R=210 МПа), h0/δст≤110, т. е. при одинаковой высоте стенка алюминиевой балки должна быть в 2 раза толще стенки стальной балки. В клепаной балке одинаковой высоты со сварной стенка может быть принята несколько тоньше, что связано с более жестким закреплением стенки в поясах (близким к защемлению). Проверка устойчивости стенки балки производится с учетом всех компонентов ее напряженного состояния: σ, σм и τ. Стенки центрально-сжатых стержней В стержнях, работающих на осевое сжатие, наибольшее отношение высоты стенки h0 к ее толщине δст зависит от прочностной характеристики материала R, условной гибкости λ=λ√R/E, а также от формы (типа) сечения стержня, которая определяет степень закрепления стенки в поясах. Для сварных и прессованных алюминиевых стержней различной формы поперечного сечения наибольшее отношение h0/δст при условных гибкостях λ≤1 и λ≥5 определяется по графику (рис. 10.7), по строенному по формулам табл. 34 СНиП.  Для стержней швеллерной и т.п. формы сечения (тип II) из алюминия 1915Т (R=200 МПа) при малых значениях гибкости λ≤1 (λ=√λE/R=1 √71000/200=19) отношение h0/δст=27. Это примерно на 20 % меньше, чем полученная теоретически для пластинки, шарнирно-опертой по двум длинным сторонам (см. табл. 10.2, схема 2,В). Предельные отношения h0/δст при гибкостях в интервале 1≤λ≤5 вычисляются линейной интерполяцией. В случае недонапряжения значения h0/δст определенные по графику (рис. 10.7), могут быть увеличены в √RφF/N раз, но не более чем на 50 %. По нормам наибольшее отношение h0/δст во всех случаях не должно превышать 120, а для стенки двутавра (тип сечения II-A) быть не более 100.  Графики (рис. 10.8) зависимости h0/δст=f(λ), построенные для стержней двутаврового сечения из алюминия и стали, показывают, что отношение (h0/δст.ал) (h0/δст.ст) остается постоянным в достаточно большом диапазоне гибкостей. Стенки внецентренно-сжатых стержней Для стенок внецентренно-сжатых стержней набольшее отношение h0/δст определяется в зависимости от α=(σ—σ')/σ, характеризующей распределение напряжений по высоте стенки (см. рис. 10.5). При α≤0,5 коэффициент C1 увеличивается медленно, а следовательно, отношение h0/δст может приниматься, как для центрально-сжатого стержня. При α≥1 значение C1 возрастает быстрее. В соответствии с нормами должно соблюдаться условие h0/δст≤100√Kз/σ, где Kз=f(α), принимается по графику (рис. 10.9). В интервале 0,5≤α≤1 отношение h0/δст может приниматься по линейной интерполяции.  В случае укрепления стенки стержня продольным ребром жесткости часть стенки между поясом и ребром рассматривается как самостоятельная пластинка. Сжатые полки стержней Для центрально- и внецентренно-сжатых стержней наибольшее отношение неокаймленного свеса полки b к ее толщине δ определяется в зависимости от расчетной характеристики материала R, условной гибкости X и типа сечения стержня по графику (рис. 10.10) в пределах b/δ≤25. Наибольшая ширина сжатого пояса прессованных сварных и клепаных балок с поясными листами назначается по тому же графику при λ≤1; в клепаной балке, не имеющей горизонтальных листов в сжатом поясе, наибольшие размеры неокаймленных полок уголков принимаются по кривой для IV типа сечения.  Существенное увеличение отношения b/δ может быть достигнуто при использовании прессованных профилей с полками, имеющими утолщения граней (бульбы). Предельное отношение ширины свеса b', измеряемого от центра утолщения (бульбы) до грани примыкающей стенки (полки) к толщине свеса 6 определяется по формуле b'/δ ≤ Kb/δ, С увеличением размера бульб устойчивость полок сильно возрастает. Это видно на рис. 10.11 и 10.12, на которых предельные отношения свеса полки b' (со свесом, подкрепленным бульбой) к толщине δ представлены в зависимости от D/δ и гибкости λ для сжатых стержней из алюминия 1915Т (при отношении b/δ = 7,5...12). Для сравнения на рис. 10.12 показано, как изменяется предельное отношение b/δ для полки сжатого стержня из стали класса С38/23.  |
