Балки из алюминиевых сплавов

Для алюминиевых балок рекомендуется применение сплавов AB(Al + Mg + Si), алюминиево-магниевых (АМг5, АМг6, АМг61), алюминиево-магниево-цинковых (В92). В этих сплавах в зависимости от состояния их термической обработки пределы прочности стыковых сварных со­единений  составля­ют (0,6÷0,9) . Чем прочнее сплав, тем ни­же коэффициент. Для повышения прочности стыковых соединений в отдельных случаях применяют косые швы. Целесообразно приме­нение прессованных, штампованных и гну­тых профилей.

При конструирова­нии алюминиевых балок следует избегать концентрации напряжений, особенно в зонах сварных соединений. На рис. 20 показана конструкция узла сопряжения сварных балок из алюминиевых сплавов. Швы рас­полагаются вне зон наибольших нормальных напряжений и зон со значительными концентраторами напряжений.

 

Рисунок 20 - Конструкция сварного узла балок из алюминиевых сплавов

 

Конструкции из алюминиевых сплавов имеют значительно меньшую жесткость по сравнению со стальными. Балки для различных элементов конструкций имеют следующие значения f_max/ l:

Подкрановые балки (грузоподъемность крана 50 т) …………………………………1/600

Балки междуэтажных перекрытий………………………………………………………………….............1/400—1/200

Балки покрытий……………………………………………………………………………1/250—1/200

 

Если для сварных алюминиевых балок отношение высоты к толщине вертикального листа составляет h _B/s_B<80 для сплава АМг6, h _B/s_B≤70 Для сплава АВТ-1 (термически обработанного и искусственно состаренного), то ребра жесткости не ставятся или их ставят друг от друга на расстоянии a=2,4h. Проверка устой­чивости стенки, подкрепленной только вертикальными ребрами жесткости (рис. 15,а), производится из условия

                                        (2.47)

где σ — расчетное напряжение на верхней кромке вертикального листа;

σ ₀=210(100s_B/ h _B)²;                                            (2.48)

τ =Q/(s_B h _B);                                                     (2.49)

τ₀=10(4,2 + 3,2/ v ²)(100 s _B/ d) ²,                                   (2.50)

где σ ₀ и τ₀ выражены в МПа; d — меньшая из величин а и h_B; v — отношение большей стороны прямоугольника, образуемого сторо­нами а и h _B, к меньшей.

Значение коэффициента U определяется в зависимости от экви­валентного напряжения :

σ_i /[ σ ] _P ……………………………… 0,66 0,75 0,9  1,0

U …………………………………….1,00 0,92 0,7  0,5

 

Ширина ребер жесткости, выраженная в миллиметрах, опреде­ляется из условия b _р= h _в/30+40 (рис. 15), а их толщина s_p≥b_p/12.

 

Рисунок 21 - Определение коэффи­циентов ψ(α) для балок из алю­миниевых сплавов

Проверка общей устойчивости сварных алюминиевых балок, ра­ботающих под действием изгибаю­щего момента М, производится по формуле

                                          (2.51)

Коэффициент φ_в определяется из выражения

                                  (2.52)

где 1_Х и 1_У — моменты инерции се­чения балки относительно главных центральных осей; l — длина бал­ки или расстояние между ее за­креплениями в горизонтальной плоскости; ψ — коэффициент, определяемый по графику, представлен­ному на рис. 21. Параметр α находят из соотношения

.                          (2.53)

Обозначения величин соответствуют рис. 15.

При проверке устойчивости поступают следующим образом: по формуле (2.53) находят α и по графику (рис. 21) находят ψ, а по формуле (2.52)— φ_в. Если значения φ_в >0,67, то вместо φ_в следует принимать коэффициенты :

……………………………0,67 0,8  1,0  1,2  1,4  2,0

……………………………0,67 0,75 0,82 0,88 0,93 1,0

 

Затем проверяют условие (2.51).

 

Опорные части балок

Опорные части балок, чтобы обеспечить шарнирность опирания, часто конструируют в форме выпуклых плит. Изготовление пло­ских плит нерационально. При очень больших нагрузках опорные части выполняют сварными.

Пример конструкции опорной выпуклой плиты приведен на рис. 22. На одной из опор балка, как правило, имеет продольную подвижность, на другой она закреплена болтами или штырями. Ширина опорной плиты b₀ принимается рав­ной (1,1÷1,2) b, длина пли­ты а = (1÷1,5) b.

 

Рисунок 22 - Конструкция опорной части балки

 

Плиты изготовляют стальными: толщина их у конца So=10÷15 мм, ради­ус цилиндрической поверхности R = l÷2 м. Толщина плиты на оси находится из условия ее прочности при работе на изгиб. Реактивные усилия, действую­щие на единицу длины плиты, обозначим q. От нагрузки q на оси плиты образуется поперечная сила

Q=qa/2=A/2.                             (2.54)

Изгибающий момент по оси плиты равен

M=qa²/8=Aa/8.                      (2.55)

Момент сопротивления сечения плиты, ослабленной отверстия­ми штырей, определяется из соотношения

W=(b ₀ —2d)s²/ 6 .                          (2.56)

Требуемая толщина плиты

.                                (2.57)