Стыки балок

Режим Стыки балок предназначен для проектирования и оценки несущей способности конструктивных решений монтажных стыков двутавровых балок, выполненных на высокопрочных болтах или болтах обычной прочности с использованием накладок или фланцев.

Рис. 1. Конструктивное решение стыка балок на накладках

а	б	в

г д

е ж

Рис. 2. Типы конструктивных решений фланцевых стыков балок

а б

Рис. 3. Примеры типов фланцевых стыков балок с нерегулярным размещением высокопрочных болтов вдоль стенки балки.

Данный режим охватывает широкий спектр конструктивных решений монтажных узлов балок:

стыки балок на накладках с использованием обычных болтовых соединений на болтах нормальной и повышенной точности и соединения на высокопрочных болтах (рис. 1);
фланцевые стыки балок различной конфигурации на высокопрочных болтах (рис. 2);
фланцевые стыки балок различной конфигурации на высокопрочных болтах с нерегулярным их размещением вдоль стенок балок (рис. 3).

Монтажный стык балок на накладках имеет перед фланцевыми стыками то преимущество, что точность изготовления конструкций может быть пониженной. Однако он обычно требует использования гораздо большего количества болтов по сравнению со стыками на фланцах, что определяет сравнительно большую трудоемкость монтажа конструкций. Кроме того, соединение на накладках связано с ослаблением сечения соединяемых элементов отверстиями, что ведет в некоторых случаях к увеличению расхода стали на основные элементы конструкции.

Необходимо заметить, что автоматизированный расчет стыков балок на накладках предусматривает, что размеры поперечного сечения накладок, при помощи которых перекрывается стык балок, принимаются максимально приближенными к размерам поперечного сечения балки. Речь идет как о толщинах накладок, так и об их линейных размерах (в частности, о высоте накладки на стенках балок и ширине накладок на полках балок). В программе не учтены дополнительные напряжения от концентраций напряжений, которые могут возникнуть в том случае, если высоту накладки на стенках балок принять меньшей, чем расчетная высота стенки балки.

Фланцевые стыки чаще всего стремятся запроектировать таким образом, чтобы габариты фланца по высоте практически соответствовали высоте балки (см. рис. 2, а). Если изгибающий момент, действующий в стыке балок, трудно воспринять болтами, расположенными между полками балок, то возникает необходимость в использовании конструктивных решений с выносными рядами болтов, которые увеличивают габарит фланца вниз (см. рис. 2, б, г) или вверх (см. рис. 2, в, д) в зависимости от преобладающего знака момента. При значительных знакопеременных моментах используются конструктивные решения фланцевых стыков с выносными болтами по обе стороны балки (см. рис. 2, е, ж).

При работе этого режима в соответствии с EN 1993-1-1:2005 и EN 1993-1-8:2005 выполняются следующие проверки:

прочности накладок и фланцев;
прочности болтовых и сварных соединений, присутствующих в узле;
ряда конструктивных и сортаментных ограничений.

Главное окно режима Стыки балок включает четыре страницы: Материалы, Соединения, Усилия, Конструкция и Чертеж.

Работа в режиме Стыки балок начинается с назначения материалов, используемых в соединении балок. Определить класс стали для стыкуемых балок можно в диалоговом окне Сталь, которое становится доступным после нажатия кнопки Сталь балки на странице Материалы. Кроме того, в этом режиме предусмотрена также возможность задать классы стали для фланцев и накладок в рассматриваемых узлах, что осуществляется нажатием кнопок Сталь фланцев и Сталь накладок соответственно.

Элементы управления, объединенные в группу Профиль, предназначены для определения типа и размеров поперечных сечений стыкуемых балок. В режиме Стыки балок предусмотрены два типа сечения балок: прокатный или сварной двутавр. Выбор типа сечения осуществляется нажатием соответствующих кнопок ( или ). В соответствии со сделанным выбором изменяется интерфейс правой части страницы Материалы. Для прокатного двутавра, выбранного в качестве типа поперечного сечения балки, в древовидном списке необходимо определить сортамент и номер профиля в данном сортаменте. Если же в качестве типа сечения балки выбран сварной двутавр, необходимо определить размеры поперечного сечения балки: высоту h_w и толщину t_w стенки балки, ширину b_f и толщину t_f полки балки. Толщины полок и стенки можно ввести вручную или же выбрать из выпадающих списков, в которых содержатся сортаментные размеры листовой стали.

Обеспечена возможность графического контроля заданного поперечного сечения балки в специальном информационном окне, которое становится доступным после нажатия кнопки Предварительный просмотр ().

Нажатие кнопки Основная надпись обеспечивает доступ к диалоговому окну, предназначенному для заполнения штампа чертежа, который будет автоматически генерироваться после выполнения проектирования конструктивного решения стыка балок. Принципы работы в диалоговом окне Основная надпись описаны в разделе Жесткие базы колонн.

Страница Соединения предназначена для ввода информации относительно особенностей сварных и болтовых соединений стыков балок. В частности, класс болтов и тип отверстия под болты определяются в выпадающих списках Класс болтов и Тип отверстия, соответственно. При выборе кнопки-маркера Высокопрочные болты предусмотрена возможность использования болтовых соединений на высокопрочных болтах классов 8.8 и 10.9 с регулируемым усилием натяжения в режиме Стыки балок. При этом в выпадающем списке Класс болтов будут доступными для выбора только два класса болтов – 8.8 и 10.9. Отдельно в соответствующем выпадающем списке необходимо задать класс поверхности трения. Тип шайбы в болтовых соединениях задается с помощью соответствующих кнопок выбора (простая (плоская) или же со скошенными кромками). Предусмотрена возможность учета особенностей болтовых соединений при использовании болтов с потайной головкой с помощью выбора кнопки-маркера Болты с потайной головкой и задания в соответствующем поле ввода высоты головки болта.

Для сварных соединений узлов стыков балок на стыковых сварных швах может быть учтен их частичный провар с помощью выбора кнопки-маркера Частичный провар стыкового шва и задания в соответствующем поле ввода глубины провара. Для сварных соединений узлов стыков балок на угловых сварных швах также может быть учтен их глубокий провар с помощью выбора кнопки-маркера Глубокий провар углового шва и задания в соответствующем поле ввода дополнительной толщины наплавленного металла. Кнопки-маркеры, объединенные в группу Особенности, позволяют задать особенности сталей элементов соединений, в частности, в тех случаях, когда сталь принята согласно EN 10025-5 или же подвержена атмосферным влияниям, или же другим влияниям, вызывающим коррозию. Кроме того, предусмотрена возможность учесть особенности болтовых соединений в тех случаях, когда резьба болтов не соответствует EN 1090-1:2009, или же болты в соединении покрыты защитным покрытием, или же болтовые соединения устроены в конструкциях башен и мачт.

На странице Усилия задаются внутренние усилия, действующие в стыке балок: продольное усилие N_Ed, изгибающий момент M_Ed и соответствующая ему поперечная сила V_Ed. При нажатии кнопки Добавить в таблице усилий появляется новая строка, в которую необходимо ввести значения внутренних усилий для текущей расчетной комбинации нагрузок.

При этом, в таблице задания значений внутренних усилий для одной или нескольких расчетных комбинаций нагрузок предусмотрен дополнительный столбец Группа предельных состояний, в котором необходимо определить группу предельных состояний текущей комбинации нагрузок (первая или вторая).

Количество расчетных комбинаций нагрузок произвольно. По умолчанию единицами измерения продольных и поперечных усилий приняты тонны, изгибающих моментов – тонны×метры. Положительное направление внутренних усилий принимается по рисунку, приведенному слева от таблицы усилий.

Таблица может быть заполнена и путем импорта из SCAD данных, описывающих расчетные сочетания усилий (РСУ). Файл с расширением .rsu2 создается в режиме Информация об элементе комплекса SCAD и импортируется по нажатии кнопки $image\ebx_-227029061.gif$ . Отметим, что при создании в SCAD файла .rsu2 следует предварительно оставить в таблице расчетных сочетаний только те комбинации, которые соответствуют сечению стержневого элемента, примыкающего к узлу.

Страница Конструкция содержит кнопки, объединенные в группу Тип узла, которые предназначены для выбора конструктивного решения узла стыка балок. В том случае, когда пользователю необходимо выполнить расчет или проектирование фланцевых стыков балок с неравномерным распределением болтов, он может воспользоваться группой элементов интерфейса Размещение болтов относительно балки, в которой предусмотрена возможность задать равномерное или неравномерное распределение болтов вдоль стенки, а также выбрать конструктивное решение стыка с дополнительным рядом болтов вдоль полок (как правило, растянутых) балки.

Для оценки несущей способности известного (заданного) конструктивного решения узла стыка балок необходимо задать все расчетные параметры узла. К таким параметрам относим размеры и толщины конструктивных элементов, входящих в состав узла, диаметры болтов, размеры, регламентирующие расположение элементов относительно друг друга, катеты сварных швов, количество болтов, количество рядов болтов и др. Расчетные параметры узла вводятся в таблице, расположенной на странице справа. По умолчанию единицами измерения всех линейных размеров являются миллиметры.

При нажатии кнопки Проектирование появляется меню. Если выбран первый пункт Все параметры не заданы, то выполняется автоматизированный подбор всех параметров конструктивного решения узла и при этом предполагается, что параметры конструкции узла не заданы, а заданные ранее их значения игнорируются. Если же выбран пункт меню Некоторые параметры заданы, то для незаданных параметров (тех, которые в списке параметров равны нулю) программа автоматически определит их значения из условий обеспечения необходимой несущей способности и конструктивных ограничений, регламентированных нормами, при фиксированных значениях заданных параметров.

Кроме того, выводится значение максимального фактора K_max (коэффициента использования ограничений) и указывается вид нормативной проверки, при котором этот максимум реализовался, а также выполняется генерация чертежа узлового решения стадии КМ.

При нажатии кнопки Вычислить программа выполняет проверку несущей способности элементов, входящих в состав узлового решения, с заданными параметрами, а также их соединений в соответствии с требованиями EN 1993-1-1:2005 и EN 1993-1-8:2005. В результате выводится значение максимального фактора K_max (коэффициента использования ограничений) и указывается вид нормативной проверки, при котором этот максимум реализовался. Полный перечень проверок и значения соответствующих коэффициентов использования ограничений доступен по нажатию кнопки Факторы.

Используя кнопку Факторы в специальном диалоговом окне Диаграмма факторов можно ознакомиться со значениями всех других коэффициентов использования ограничений. Список выполняемых программой проверок несущей способности элементов и соединений узлов стыков балок представлен в табл. 1.

При переходе на страницу Чертеж выполняется проверка узла аналогично режиму Вычислить. Если результаты анализа параметров элементов узла не противоречат конструктивным и нормативным требованиям, то выполняется генерация чертежа узлового решения стадии КМ.

Функциональные возможности кнопки Отчет, а также элементов управления, расположенных на странице Чертеж, аналогичны тем, которые предусмотрены в режиме Жесткие базы колонн.

На странице Кривые взаимодействия строятся кривые, ограничивающие область несущей способности заданного (или подобранного) конструктивного решения узла стыка балок при действии в нем различных пар внутренних усилий, которые могут возникнуть в примыкающем к стыку сечении балки. Для получения такой кривой необходимо нажать кнопку Показать.

При этом, выбор пары варьируемых внутренних усилий выполняется в выпадающем списке, а все остальные усилия полагаются равными тем значениям, которые заданы в группе Фиксированные значения усилий.

С помощью курсора можно обследовать представленную на графике область несущей способности узла стыка балок. Каждому положению курсора соответствует определенная пара числовых значений варьируемых усилий, величины которых отображаются в соответствующих полях. Нажатие правой кнопки мыши позволяет увидеть список выполненных проверок и значений факторов для набора усилий, соответствующих текущему положению курсора на области построения кривой взаимодействия.

Табл. 1. Список проверок несущей способности элементов и соединений конструктивных решений узлов стыков балок при проектировании по EN 1993-1-1:2005 и EN 1993-1-8:2005

Название фактора	Тип стыка	Ссылка на EN 1993-1-8:2005	Ссылка на EN 1993-1-1:2005
Прочность накладок на полках балок при растяжении	рис. 1		п. 6.2.3, (6.5)
Прочность накладок на полках балок при сжатии	рис. 1		п. 6.2.4, (6.9)
Несущая способность болтов в соединении накладок и полок балок на срез	рис. 1	п. 3.4.1 (2), табл. 3.2, п. 3.6.1, табл. 3.4
Несущая способность высокопрочных болтов в соединении накладок и полок балок при присутствии сил трения	рис. 1	п. 3.4.1 (3), 3.4.1 (4), табл. 3.2, п. 3.6.1, табл. 3.4
Несущая способность болтов в соединении накладок и полок балок на смятие	рис. 1	п. 3.4.1 (2), табл. 3.2, п. 3.6.1, табл. 3.4
Несущая способность болтов в соединении накладок и стенки балок на срез	рис. 1	п. 3.4.1 (2), табл. 3.2, п. 3.6.1, табл. 3.4
Несущая способность высокопрочных болтов в соединении накладок и стенки балок при присутствии сил трения	рис. 1	п. 3.4.1 (3), 3.4.1 (4), табл. 3.2, п. 3.6.1, табл. 3.4
Несущая способность болтов в соединении накладок и стенки балок на смятие	рис. 1	п. 3.4.1 (2), табл. 3.2, п. 3.6.1, табл. 3.4
Прочность накладок на стенках балок на срез	рис. 1		п. 6.2.6, (6.12)
Изгибная прочность узла	рис. 2	п. 6.2.5.1, (6.23)
Прочность сварного соединения между стенкой балки и плитой фланца	рис. 2	п. 4.5.3, (4.1), п. 4.5.4, (4.2)-(4.4)
Прочность сварного соединения между полкой балки и плитой фланца	рис. 2	п. 4.5.3, (4.1), п. 4.5.4, (4.2)-(4.4)
Несущая способность болтового соединения между фланцами на срез	рис. 2	п. 3.4.1 (2), табл. 3.2, п. 3.6.1, табл. 3.4
Несущая способность болтового соединения на высокопрочных болтов между фланцами при присутствии сил трения	рис. 2	п. 3.4.1 (3), 3.4.1 (4), табл. 3.2, п. 3.6.1, табл. 3.4
Несущая способность болтового соединения между фланцами на смятие	рис. 2	п. 3.4.1 (2), табл. 3.2, п. 3.6.1, табл. 3.4
Прочность сечения балки, ослабленного отверстиями, на действие поперечной силы	рис. 1, 2		п. 6.2.6, (6.12)
Прочность сечения балки, ослабленного отверстиями, на действие изгибающего момента	рис. 1, 2		п. 6.2.5, (6.10)
Прочность сечения балки, ослабленного отверстиями, на действие изгибающего момента и поперечной силы	рис. 1, 2		п. 6.2.8, (6.25)
Прочность сечения балки, ослабленного отверстиями, на действие изгибающего момента и продольной силы	рис. 1, 2		п. 6.2.9.1, (6.26)
Прочность сечения балки, ослабленного отверстиями, на действие изгибающего момента, поперечной и продольной сил	рис. 1, 2		п. 6.2.10
Примечания: см. Примечания табл. 1. (Жесткие базы колонн).