Глава 2. Проектирование балки набора

2.1. Усилия и нагрузки, действующие на балку. Для проектирования балки набора (шпангоута или стрингера) необходимо предварительно установить расчетную схему, а также действующие на балку нагрузки и усилия. В первом приближении эта задача может решаться следующим путем (рис.4):

а) поперечная балка набора (днищевой шпангоут). Изги­бающие моменты в шпангоуте следует определять из расчета соответствующей шпангоутной рамы общепринятыми способами строительной механики корабля. Однако в учебных целях для сокращения вычислительной работы, не относящейся непосред­ственно к изучению специфики судовых железобетонных конст­рукций, допускается вычисление усилий и нагрузок произво­дить следующим упрощенным способом.

Наибольшие изгибающие моменты определяются:

в опорном сечении

; (22а)

в пролетном сечении

. (22б)

Наибольшая перерезывающая сила (в районе опорного се­чения)

; (23)

Здесь	-	нагрузка, приходящаяся на пролет балки, кН; ; (24)
-		нагрузка от давления воды, кН ; (25)
-		нагрузка от веса балки (приближенно), кН (26)
-		пролет балки, м.
, , -		см. п. 1.1.
-		принятая толщина плиты, м.

Горизонтальные сжимающие усилия, действующие на шпан­гоут, можно не учитывать ввиду их малости;

б) продольные балки набора (днищевые стрингеры) участ­вуют одновременно в общей и местной прочности, воспринимая изгибающий момент и осевую силу.

Наибольшие изгибающие моменты определяются:

в опорном сечении

; (27а)

в пролетном сечении

. (27б)

Наибольшая перерезывающая сила (опорное сечение), кН

; (28)

В этих формулах нагрузка определяется так же, как и для шпангоута, имеющего пролет, равный .

Осевое усилие, приходящееся на один стрингер от его участия в общем продольном изгибе корпуса, определяется

. (29)

Здесь	-	момент общего изгиба (задан), кН·м;
-		высота корпуса, м;
-		количество стрингеров (рис. 1);
-		количество продольных переборок.

Знак усилия определяется знаком момента :

при прогибе усилие будет растягивающим, а при перегибе – сжимающим. В пределах длины пролета стрингера считается .

Эксцентриситет для опорного и пролетного сечений бал­ки определяется как

. (30)

Результаты расчета сводятся в табл. 6.

Таблица 6

Усилия, действующие на шпангоут (стрингер)

Сечение	Изгибающий момент, кН·см	Осевые усилия, кН		Эксцентриситет, см
		растяжение	сжатие	растяжение	сжатие
опора
пролет

2.2. Определение размеров реб­ра балки.

Ширина ребра балки . Величина балок набора должна быть не менее

(31)

и находится в пределах 8 - 12 см (реже 6 - 15 см). В первом приближении можно принять согласно (31) и рав­ному ближайшему большему значению, приведенному в табл. 7.

Наиболее распространенным является 10 см. Впоследствии значение должно быть уточнено из условия размещения арматуры по ширине ребра (2.3.1.).

Таблица 7

Размеры ребра балок набора

Ширина ребра Высота ребра	, см
	(6)	8	10	12	(15)
, см	(10)	(15)	(20)	(25)	(30)
	15	20	25	30	35
	20	25	30	35	40
	(25)	30	35	40	45
	(30)	(35)	40	45	50
	–	(40)	45	50	60
	–	–	(50)	60	70
	–	–	–	(70)	(80)

Примечание. В скобках указаны малоприменяемые значения.

Высота ребра балки определяется как

. (32)

Входящее в выражение (32) , полная высота балки, определяется как наибольшее, из следующих значений, т.е.

; (33)

а) из условия восприятия нормальных напряжений при из­гибе

. (34)

Здесь	-	коэффициент запаса прочности (приложение III);
-		призменная прочность бетона, кН/см2 (приложение I);
-		опорный момент, кН·см;

б) из условия восприятия главных растягивающих напря­жений

; (35)

-	перерезывающая сила согласно (23)-(28), кН;

в) из условия обеспечения конструктивной яесткости

; ; (36)

-	коэффициент, большие значения которого относят­ся к коротким балкам ( 3 м), а меньшие – к длинным ( 3 м);

г) из условия обеспечения прочности на восприятие главных растягивающих напряжений при изгибе без использования отогнутой арматуры необходимо, чтобы

(37)

Здесь,	Н/см	; (38)
-		площадь сечения ветви хомута, принимаемая при диаметре хомута 4, 5, 6, 7, 8 мм равной соответственно 0,13; 0,20; 0,28; 0,38; 0,50 см2;
-		предел текучести стали хомутов, кН/см2;
-		шаг хомутов, см. Подробнее см. 2.4.

Величина , найденная из условия (32), может быть на 10-30 процентов больше максимального значения и должна приниматься равной ближайшему большему значению, приведен­ному в табл. 7. Для продольных балок, воспринимающих значи­тельные продольные усилия, высота ребра может потребовать дополнительного увеличения, которое устанавливается в про­цессе проектирования арматуры.