Слишком сложно? Тогда запросите консультацию специалиста!
Наша компания занимается тем, что помогает студентам выполнять различные учебные работы на заказ. Вы можете ознакомиться с перечнем выполняемых работ, а так же с их стоимостью на странице с ценами.
Лекция 15
Клеефанерные балки с плоскими и волнистыми стенками: изготовление, конструирование и расчет
В клеефанерных балках используется высокое сопротивление фанерного листа на сдвиг (срез). Форма сечения (двутавровое, коробчатое) - эффективная. Конструкции клеефанерных балок имеют высокие показатели по прочности и жесткости при очень малом собственном весе. Недостаток клеефанерных конструкций - низкая огнестойкость.
15.1. Клеефанерные балки с плоскими стенками[1]
Конструкция. Клеефанерные балки (рис. 15.1) состоят из дощатых поясов, фанерных стенок, ребер жесткости. Сопряжение стенок и поясов - клеевое. Фанерная стенка (фанера марки ФСФ) предварительно раскраивается и соединяется по длине «на ус». В местах швов устанавливаются ребра жесткости, которые обеспечивают устойчивость фанерной стенки. При компоновке сечения следует учитывать стандартные размеры фанерных листов и пиломатериалов. В местах примыкания к стенкам деревянные пояса имеют компенсационные пазы (для снятия температурно-влажностных деформаций). Ориентация волокон в наружных слоях стенки, как правило, соответствует направлению основного силового потока.
Рис. 15.1. Клеефанерная балка с плоскими стенками. Общий вид
Обычно используют следующие соотношения при предварительном назначении размеров балки:
h = 1/8-1/12 L; b/h = 1/5-1/7; hп/h = 1/5-1/6 .
Расчет. Особенностью проектирования клеефанерных балок является их расчет по приведенным геометрическим характеристикам, поскольку они состоят из разномодульных, хотя и родственных материалов. «Приведение» выполняется к наиболее напряженному материалу. В процессе «приведения» фанера, например, заменяется эквивалентным по жесткости количеством древесины:
A пр,д = Aд + A ф 1,2E ф /Eд ; J пр = Jд + J ф 1,2E ф /Eд
Коэффициент 1.2 учитывает увеличение жесткости фанерного листа при изгибе в своей плоскости.
Конструкцию с закомпонованным предварительно сечением следует проверить на прочность, устойчивость и жесткость. В общем случае имеют место 7 проверок (рис. 15.2).
Рис. 15.2. Места возможных разрушений двускатной фанерной балки с плоскими стенками и места соответствующих проверок
n Проверка прочности на действие наибольших нормальных растягивающих напряжений. Проверка выполняется в опасном сечении
s = Mрасч / Wприв.расч £ R ф,р mсл ... mф / gn
Коэффициент mф = 0,8 учитывает ослабление сечение стенки в вертикальном шве.
Положение опасного сечения x определяется из уравнения
d/dx [ M(x) / W(x) ] = 0;
Для двускатной балки с симметричным сечением и равномерной нагрузкой
x =Ö [ g (1 +g ) -g ]L ; g = h оп / Li
n Проверка прочности на действие касательных напряжений в стенке (срез) производится в сечении с наибольшим значением поперечной силы (обычно, в опорном сечении, рис. 15.3) по формуле
t = QSприв, п с / (Jприв S t) £ R ф, ср , (R ф, ср » 6 МПа )
где Q - расчетное (обычно - наибольшее) значение поперечной силы, Sприв, пс- статический момент сдвигаемой части сечения (половина сечения относительно оси X), S t - расчетное значение ширины сечения в том месте, где определяются напряжения.
n Проверка прочности на действие касательных напряжений в зоне контакта стенки и пояса (сдвиг пояса относительно стенки, рис. 15.3) производится в сечении с наибольшим значением поперечной силы (обычно, в опорном сечении) по условной[2] формуле
t = QSприв, п / (Jприв S hп) £ R ф, ск , (R ф, ск » 0,8 МПа )
где Q - расчетное (обычно - наибольшее) значение поперечной силы, Sприв, п- статический момент сдвигаемой части сечения (сдвиг пояса относительно оси X), S hп- суммарная расчетная длина клеевых швов между поясами и стенкой. Смысл данной проверки заключается в том, что меньшие по значению напряжения могут привести к разрушению, поскольку и прочность материала в данном месте ниже. Из рассмотрения структуры формулы очевидно, что увеличение числа швов (S hп) приводит к увеличению прочности. Поэтому так называемое двутаврово-коробчатое сечение имеет преимущество перед коробчатым
Рис. 15.3. К расчету балки на действие касательных напряжений
n Проверка общей устойчивости балки выполняется в опасном сечении x. При этом оценивается устойчивость верхнего (сжатого) пояса как на продольный изгиб (без учета подкрепления стенкой и неравномерности распределения усилия по длине пояса), рис. 15.4
s = Mрасч / Wприв.расч £ jy R ф,р mсл ... mф / gn ,
jy= 3000 / l2 y или jy= 1- 0,8 (l y / 100) 2 , l y = L y / i y = L y / 0.29b .
Очевидно, что увеличение размера b повышает устойчивость балки.
Рис. 15.4. К расчету балки на устойчивость плоской формы деформирования
n Проверка местной устойчивости фанерной стенки от совместного действия изгиба и сдвига (рис. 15.5) производится в нескольких отсеках фанерной стенки, обычно - ближних к опоре, на уровне границы пояса и стенки в сжатой зоне:
sст /scr + t ст / t cr £ 1 или
s ст /ks (100t / hст)2 + t ст / kt (100t / hрасч)2 £ 1
Рис. 15.5. К расчету балки на устойчивость стенки
n Проверка прочности на действие нормальных напряжений в стенке, направленных под углом к волокнам фанеры (рис. 15.6) выполняется в нескольких расчетных сечениях, которые совмещают со швами стенки. Проверка выполняется в растянутой зоне на уровне границы пояса и стенки. Суть проверки заключается в том, что меньшие по величине напряжения способны вызвать разрушение в том случае, когда прочность материала в данном направлении меньше. Проверка выполняется по классическим формулам сопротивления материалов:
sст / 2 + Ö [ (sст / 2 )2+t ст2 ] £ R ф,р,a mф / gn ,
a = 0,5 arctg (2t ст / s ст);
Рис. 15.6. К расчету балки на действие нормальных напряжений, направленных под углом к волокнам (на действие главных напряжений)
n Проверка жесткости балки заключается в выполнении соотношения
f / L £ [f / L] ,
где [fmax / L] - предельный относительный прогиб. Прогиб балки определяется по формуле
f = f0 ( 1 + c (h / L)2) / k ,
где f0 - прогиб, определяемый обычным способом; коэффициент k учитывает влияние переменности высоты и формы сечения балки; коэффициент c учитывает влияние сдвига на величину прогиба (до 50 %).
Клеефанерные балки с волнистыми стенками
Фанерные балки с волнистой стенкой (вертикальный гофр) имеют преимущество в высокоиндустриальном способе их изготовления. Общий вид и детали устройства - см. рис. 15.7. Особенность расчета данных балок связана с тем, что стенка, в силу своей волнистости, не способна воспринимать нормальные напряжения. Поэтому балка рассчитывается как конструкция на податливых связях. Кроме основных проверок на прочность поясов и жесткость балки выполняются проверки устойчивости волнообразной стенки в опорном сечении и проверка прочности по линии контакта пояса и стенки.
Рис. 15.7. Общий вид и детали клеефанерной балки с волнистой стенкой
[1] Исследования клеефанерных балок выполняли Е.Светозарова, С.Корзон, Л.Пантюшина, Ю.Фрицлер
[2] Исследованиями (Е.Светозарова, С.Корзон, Л.Пантюшина) установлено, что расчеты по данной формуле не адекватно отражают характер напряженного состояния и не идут в запас прочности
