Балка (конструкція)

Ба́лка (від сер.-в.-нім. balke)[1] — це конструктивний елемент у вигляді стрижня (бруса), який сприймає зовнішні навантаження й передає їх на опори. Найпоширенішим видом деформації балок є згин[2].

Статична балка під рівномірно розподіленим навантаженням

Згин може виникати під дією зовнішніх поперечних сил (зосереджених або розподілених по довжині балки) та моментів пар сил. Опорами балки можуть бути колони, підвіси, стіни.

Балки використовують у конструкціях будинків, мостів, естакад, машин, верстатів тощо.

Види опор балок

За прийнятою класифікацією в опорі матеріалів розрізняють три типи опор:

  • шарнірно-рухома, що накладає заборону на переміщення у певному напрямку (перпендикулярно до опорної поверхні); єдина опорна реакція діє у цьому ж напрямку; опора допускає переміщення вздовж опорної поверхні та поворот балки відносно закріпленої точки (шарніра);
  • шарнірно-нерухома допускає лише поворот балки; реакція цієї опори має дві складові Rx та Ry ;
  • жорстке затиснення виключає можливість переміщень та повороту балки. Реакції затиснення - Rx, Ry та реактивний момент MR.
  • Шарнірно-рухома опора
  • Шарнірно-нерухома опора
  • Жорстке затиснення

Класифікація балок

У залежності від числа опор і способу закріплення розрізняють балки: однопрогінні, багатопрогінні, консольні, із затисненими кінцями, розрізні, нерозрізні тощо. Балка, що перекриває один прогін і має дві опори, називається розрізною. Балка без проміжних шарнірів, що перекриває декілька прогонів і має декілька опор, називається нерозрізною багатопрогінною (статично невизначуваною).

За формою поперечного перерізу розрізняють балки прямокутні, таврові, двотаврові, коробчасті та ін. Найвигідніші (за тримкістю і витратою матеріалу) форми поперечних перерізів балки, що характеризуються концентрацією матеріалу біля верхнього і нижнього країв перерізу, де діють максимальні нормальні навантаження при деформації згину. Прямокутні перерізи доцільні при відносно великій висоті і малій ширині балки. Балка може мати постійний або змінний за розміром поперечний переріз. Останнє дозволяє зменшити її масу.

За призначенням балки поділяють на основні (поздовжні, що перекривають прогін між опорами) і допоміжні (поперечні, що перекривають відстані між основними балками). Система поздовжніх і поперечних балок називається балковою клітиною.

Залізобетонні балки виготовляють монолітними і збірними. Монолітні балки конструюються в більшості випадків як багатопрогінні нерозрізні, зазвичай мають прямокутний або тавровий переріз. У збірному залізобетоні широко застосовують однопрогінні балки різних перерізів: прямокутного, таврового, двотаврового, пустотілого, П-подібного і т. д. Збірні багатопрогінні нерозрізні балки виконуються з декількох елементів, що сполучаються в процесі монтажу.

Набули поширення попередньо напружені залізобетонні балки.

Тримальні характеристики балки залежать від її низки параметрів:

Застосування балок

У сучасних спорудах використовуються, як правило, сталеві, залізобетонні або дерев'яні балки. Одним із найпоширеніших типів поперечного профілю сталевої балки є двотавр. Двотаврові балки використовують при зведенні каркасів будівель і мостів. Також застосовують таврові балки, швелери, балки з порожнистим профілем (зокрема, труби), балки з кутовим профілем перерізу.

Металеві балки застосовують головним чином при великих навантаженнях. Найефективнішими є металеві балки двотаврового (прокатні і складені) і коробчастого (складені) перерізу. Складені балки можуть мати практично необмежену висоту і тримкість.

Дерев'яні балки служать зазвичай для перекриття невеликих прогонів у вигляді однопрогінних і розрізних конструкцій. Виконуються з дощок, брусів, колод; для збільшення тримкості конструкцій застосовують складені перерізи на шпонках, нагелях або клеєні.

Види розрахунків

Розрахунок балки зазвичай проводять на міцність, жорсткість і стійкість за методиками опору матеріалів. Балки розраховують на навантаження: стале (від власної маси і маси конструкції, що спирається на неї) і тимчасове або корисне.

Визначення реакцій опор, згинальних моментів, поперечних сил і прогинів в статично визначних балках проводиться аналітично або графічно на основі рівнянь рівноваги. Статично невизначні нерозрізні балки розраховують зазвичай за допомогою тричленних рівнянь (рівняння трьох моментів) при жорстких опорах і п'ятичленних — для пружних опор.

Для розрахунку балок, що лежать на податливій (наприклад, ґрунтовій) основі, користуються розрахунковими моделями основи.

Підбір поперечного перерізу балок проводять в основному з умови сприйняття згинального моменту (за нормальними напруженнями). Крім того, переріз перевіряють на дію поперечної сили (дотичних напружень) і головного напруження.

В окремих випадках розраховують балки на стійкість.

Див. також

Примітки
  1. Етимологічний словник української мови : у 7 т. : т. 1 : А — Г / Ін-т мовознавства ім. О. О. Потебні АН УРСР ; укл.: Р. В. Болдирєв та ін ; редкол.: О. С. Мельничук (гол. ред.) та ін. — К. : Наукова думка, 1982. — Т. 1 : А — Г. — 632 с.
  2. ДСТУ 2825-94 Розрахунки та випробування на міцність. Терміни та визначення основних понять.

Посилання
This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.