Подбор сечений
При подборе сечений балок важное значение имеет правильный выбор их высоты. От высоты балок зависят вес и вертикальная жесткость пролетного строения, условия его изготовления, перевозки и монтажа.
Во многих случаях при езде поверху от высоты балок зависит высота насыпи на подходах к мосту, а следовательно, и стоимость этих подходов.
Так как при работе балки на изгиб материал ее наиболее полно используется в поясах и значительно меньше у нейтральной оси, то при подборе сечения балки выгодно стенку принимать высокой и тонкой, размещая материал главным образом в поясах.
Минимально допустимая толщина стенок клепаных балок 10 мм; сварных главных балок— 12 мм. Ограничения эти вызваны стремлением замедлить ощутимое ослабление листов коррозией, а для сварных балок, кроме того, уменьшить сварочные деформации.
При заданном расчетном изгибающем моменте М площадь поперечного сечения балки F и, следовательно, ее теоретический вес можно представить в виде функции от высоты балки h и толщины ее стенки б. Можно найти минимум этой функции, приравняв к нулю производную.
Во многих случаях высоту балок назначают меньше оптимальной по условиям веса, стремясь уменьшить строительную высоту пролетного строения или облегчить условия его изготовления, перевозки и монтажа.
Минимально допустимая высота балок определяется требованиями вертикальной жесткости пролетного строения.
В существующих автодорожных мостах с разрезными главными балками, имеющими сплошные стенки, отношение высоты балок к пролету колеблется в пределах V12— V20.
Соответственно повышенной жесткости неразрезных балок минимально допустимая высота их в серединах пролетов может быть уменьшена по сравнению с разрезными балками.
Серьезное значение имеет выбор формы поперечного сечения и размеров поясов главных балок. Балкам, не работающим совместно с железобетонной или стальной плитой, придается, как правило, симметричное двутавровое сечение.
Размеры поясных уголков в клепаных балках должны быть связаны с мощностью пакетов горизонтальных листов, прикрепляемых уголками к стенке.
Толщина пакета горизонтальных листов, включая полки поясных уголков и накладки в стыках, не должна быть более 4,5 диаметра заклепочного отверстия, а число склепываемых тел в пакете не должно превышать 7 при диаметре заклепок 23 мм и 8 — при диаметре заклепок 26 мм.
При клепке в два пневматических молотка, один из которых заменяет поддержку, или же на скобе толщина пакета может быть увеличена до 5,5 диаметра, а число склепываемых тел увеличено до 8 при заклепках d = 23 мм и до 9 при заклепках d = 26 мм.
Площадь поясных уголков, прикрепляющих к стенке горизонтальные листы, должна соответствовать площади последних, составляя, примерно 30% всей площади пояса.
Когда эту рекомендацию в случаях мощных балок трудно реализовать из-за ограниченности сортамента уголкового проката, можно часть необходимой площади балки разместить в виде вертикальных листов (ламелей) между стенкой балки и поясными уголками или перейти к двухстенчатым балкам.
Ширина верхних поясов продольных и главных балок железнодорожных мостов с ездой на деревянных поперечинах по условиям работы поперечин на смятие должна быть не меньше 240 мм.
Ширина свеса а поясного пакета листов клепаных балок, считая от наружного ряда заклепок поясных уголков до кромок листов из углеродистой стали, должна быть не больше 12 26, где 26 — толщина пакета. При листах из низколегированной стали а должна быть не больше 10 26.
Для обеспечения плотности пакета листов пояса расстояние Ь от края пакета до ближайшего ряда заклепок должно быть не больше 120 мм и 86, где 6 — толщина наиболее тонкого листа пакета.
Толщина листов в клепаных балках должна быть не более 20 мм по условиям прокалывания отверстий на дыропробивных станках.
Удачно подобранное сечение балки должно удовлетворять требованиям прочности, выносливости, технологичности (удобствам изготовления и монтажа) и в конечном счете экономичности по затратам материала и труда при обеспеченной надежности в эксплуатации.
Значения расчетных изгибающих моментов по длине балки изменяются. Подбор сечения балки производится, в первую очередь, в сечении с максимальным изгибающим моментом. По мере уменьшения изгибающих моментов, сечения балки уменьшают за счет, главным образом, площади поясов.
В сварных балках уменьшают толщину и ширину горизонтальных листов; в клепаных балках — число листов в поясных пакетах. Возможность такого уменьшения должна быть предусмотрена при подборе сечения балки в месте максимального изгибающего момента, где пояса должны быть достаточно мощными.
Сечения балки, начиная с которых площадь их может быть безопасно уменьшена, определяют обычно графически, при помощи эпюры материалов.