Клеефанерные балки с волнистыми стенками

Клеефанерные балки с плоскими стенками

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; h_п/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 = A_д + A _ф 1,2E _ф /E_д ; 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 = M_расч / W_{прив.расч} £ R _ф,р m_сл ... m_ф / g_n

Коэффициент m_ф = 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 / L_i

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 = QS_{прив, п с} / (J_прив S t) £ R _ф, _ср , (R _ф, _ср » 6 МПа )

где Q - расчетное (обычно - наибольшее) значение поперечной силы, S_{прив, 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[1] формуле

t = QS_{прив, п} / (J_прив S h_п) £ R _ф, _ск , (R _ф, _ск » 0,8 МПа )

где Q - расчетное (обычно - наибольшее) значение поперечной силы, S_{прив, п} - статический момент сдвигаемой части сечения (сдвиг пояса относительно оси X), S h_п - 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 h_п) 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 = M_расч / W_{прив.расч} £ j_y R _ф,р m_сл ... m_ф / g_n ,

j_y= 3000 / l² _y или j_y= 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:

s_ст /s_cr + t _ст / t _cr £ 1 или

s _ст /k_s (100t / h_ст)² + t _ст / k_t (100t / h_расч)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:

s_ст / 2 + Ö [ (s_ст / 2 )²+ t _ст² ] £ R _ф,р,a m_ф / g_n ,

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 [f_max / 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] 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