4.2 Определение размеров зоны пластических деформаций

Длина участка балки, на котором в момент образования пластического шарнира весь пояс переходит в пластическое состояние, называется зоной пластических деформаций. Эта величина определяется по формуле:

(32)

Область пластического деформирования располагается в средней части балки, симметрично относительно середины пролета. Расстояние x₁ от левой (или правой) опоры до начала этой области:

(33)

В зоне развития пластических деформаций не допускается появление местных нагрузок в стенке. Поэтому в области, ограниченной участком протяженностью под каждой балкой настила или вспомогательной балкой должно стоять поперечное ребро жесткости в соответствии с рисунком 4.

Рисунок 4 – Схемы размещения балок

а – для первого варианта компоновки площадки

б – для второго варианта компоновки площадки

Ширина поперечного ребра b_h и его толщина t_h определяются из условия обеспечения устойчивости и пропуска околошовной зоны поясного сварного шва (ширина этой зоны принимается равной 40мм):

(34)

(35)

При этом минимальная толщина ребра по техническим соображениям (сопротивление возможным механическим повреждениям) не должна быть менее шести миллиметров.

4.3 Проверка устойчивости в зоне пластических деформаций

Для того чтобы определить расстояние от левой опоры до сечения в зоне пластических деформаций, в котором нужно проверить устойчивость стенки, следует предварительно расставить балки настила (для первого варианта компоновки) или вспомогательные балки (для второго варианта) на главной балке. При размещении балок (и, соответственно, расстановке поперечных ребер жесткости) следует помнить о том, что балка настила (или вспомогательная балка) не устанавливается на опорную торцевую диафрагму главной балки, то есть по координационным осям балки настила или вспомогательные балки не размещаются, а сдвигаются от координационных осей на полшага. Следовательно, первая балка располагается на расстоянии (или ) от разбивочной оси, а следующая и все остальные, соответственно, на расстоянии а₁ (или b) в соответствии с рисунком 4.

Если в результате расстановки балок оказывается, что в середине пролета главной балки установлена балка настила (или вспомогательная балка), то сечении, в котором надо проверить устойчивость стенки находится на расстоянии X₂:

для первого варианта компоновки площадки

(36)

для второго варианта компоновки

(37)

Если же в середине пролета нет балки настила или вспомогательной балки, то независимо от варианта компоновки расстояние X₂:

(38)

Стенки балок симметричного сечения следует рассчитывать на устойчивость. Расчет на устойчивость стенок балок симметричного сечения с учетом развития пластических деформаций при отсутствии местного напряжения (σ_loc=0) следует выполнять по формуле:

(39)

где M_x – изгибающий момент в расчетном сечении главной балки пролетом L от расчетной равномерно распределенной нагрузки q на расстоянии x от опоры, вычисляемый по формуле:

(40)

(41)

Касательное напряжение τ следует вычислять по формуле:

(42)

поперечная сила Q_x:

(43)

Если условие устойчивости не выполняется требуется либо изменить толщину стенки, либо изменить класс стали. Рекомендуется вначале увеличить толщину стенки t_w. При этом толщина t_w не должна быть более 18 мм (более толстая стенка существенно увеличит массу главной балки). Если это изменение не приведет к желаемому результату (условие устойчивости опять не выполнится), то тогда можно изменить класс стали (сталь класса С255 заменить на сталь С275 или С345 на С390 и т.п.). В этом случае придется вновь пройти весь путь проектирования сечения главной балки.