Балки з гнучкою стінкою

До них відносять балки, які можуть нормально експлуатуватися після втрати місцевої стійкості стінки, якщо ця стінка залишається пружною.

Довгий час вважалося, що експлуатувати балки з тонкими стінками неможливо, оскільки втрата місцевої стійкості стінки – це вже є один з граничних станів I групи. Між тим в літакобудуванні, суднобудуванні давно звернули увагу на те, що балки з ”хлопунами” в тонкій стінці працюють достатньо надійно, причому після зняття навантаження ”хлопуни” зникають.

Зменшення товщини стінки в 2…3 рази порівняно зі звичайними зварними балками і в 4…6 разів порівняно з прокатними знижує долю сталі, що витрачається на стінки з 45...55% до 25...35%. Матеріал концентрується в поясах, де ефективність його використання суттєво вища. Завдяки цьому знижується загальна металомісткість, а відповідно і вартість балок. В безреберних балках з гнучкою стінкою, крім цього, зменшується трудовитрати на виготовлення.

Недоліком таких балок є те, що утворення ”хлопунів” (раптове місцеве випучування стінки) іноді супроводжується звуком, схожим на постріл. Тому необхідно, щоб ”хлопуни” утворювалися вже при постійних навантаженнях, і в такому закритичному стані балка працювала на змінні навантаження.

В роботі балки можна виділити три стадії роботи відсіку стінки.

На першій стадії стінка залишається плоскою, і її робота не відрізняється від роботи балки зі звичайною стінкою. Тривалість першої стадії невелика (тим коротша, чим більша ) і залежить від наявності погнутостей, які виникли при виготовленні балки. Закінчується ця докритична стадія роботи відсіку втратою місцевої стійкості стінки.

Далі наступає стадія закритичної пружної роботи стінки. Між деформаціями стінки і навантаженням встановлюється нелінійна залежність. З’являються та розвиваються зони випучування стінки, але при знятті навантаження стінка повертається в початкове положення. Відбувається зміна напруженого стану як в стінці так і в поясах. Втративша стійкість стінка впливає на пояси, викликаючи в них місцевий згин. Друга стадія роботи завершується в момент досягання напруженими величинамиабо в окремих точках стінки чи поясів, або одночасно.

Третя стадія характеризується розвитком пластичних деформацій і в стінці, і в поясах. Прогин балки нарощується. В кінці третьої стадії у відсіках утворюється пластичний шарнір, при якому балка переходить в граничний стан і стає непридатною для експлуатації внаслідок виникнення надмірних залишкових деформацій.

Балки з гнучкою стінкою можуть мати наступні конструктивні рішення:

- з поперечними ребрами (двосторонніми і односторонніми), які приварені до стінки (рис.18.2);

Рис. 18.2.

- з поперечними ребрами, які не зв'язні зі стінкою (рис.18.3);

Рис. 18.3.

- без поперечних ребер (без реберні, рис.18.4).

Рис. 18.4. Перерізи безреберних балок

Поперечні ребра, як і в звичайних балках, встановлюються для збільшення жорсткості в місцях опирання на них інших балок, а також обмеження довжин відсіку. Безконтактні ребра жорсткості, не з’єднані зі стінкою, також виконують це ж призначення, але при цьому трудовитрати на виготовлення знижуються завдяки відсутності швів на стінці. В безреберних балках зменшується металомісткість, а також трудовитрати на виготовлення і приварювання ребер. Однак пояси таких балок майже не закріплені від закручування, а отже повинні мати значну згинальну і крутильну жорсткість.

Балки можуть використовуватись в основному при статичному навантаженні.

В 1981р. в норми проектування стальних конструкцій [1] вперше був включений розділ про додаткові вимоги при проектуванні балок з гнучкою стінкою.