 |
Особенности конструирования сборных балочных лонжеронов
|
|
|
|
В курсе «Сопротивление материалов» было показано, что тонкостенная балка является рациональной конструкцией при работе на поперечный изгиб в своей плоскости. Основные расчетные формулы для балки (1) неудобны при конструировании:
(1)
,
где σ и τ - нормальное и касательное напряжения по высоте балки;
М и Q - изгибающий момент и перерезывающая сила в сечении балки;
I - момент сопротивления сечения изгибу;
S и b - статический момент и ширина балки на расстоянии у от нейтральной оси сечения.
Существенно различное распределение нормальных и касательных усилий между элементами балки (рис. 5.1) позволяет упростить конструирование без заметного снижения точности.
При конструировании пояса учитывают следующие обстоятельства:
1. Сечение пояса обычно ослабляется отверстиями под крепеж для соединения его со стенкой балки и обшивкой. В первом приближении это учитывается снижением допускаемых напряжений:
где σв - предел прочности материала пояса или напряжение, допускаемое по условиям эксплуатации, ресурсу и т.п.
Рисунок 5.1
2. Из эпюры погонных нормальных сил N в сечении балки (рис. 5.1) видно, что на осевую нагрузку работают, в основном, пояса. Пренебрегая работой стенки на изгиб, получим:
(2)
где Pn и Fn - осевая сила в поясе и площадь его поперечного сечения;
Нср - расстояние между центрами тяжести сечений поясов.
В первом приближении можно принять:
Нср = 0,9Н - для поясов уголкового сечения;
Нср = 0,95Н - для поясов таврового сечения.
3. Пояс крепится к стенке балки и к обшивке. Поэтому возможна лишь местная потеря устойчивости полок сжатого пояса (см. лабораторную работу № 1):
(3)
Из (3) определяются размеры каждой полки пояса.
|
|
|
При конструировании стенки имеют в виду следующие особенности:
1. Касательные напряжения по высоте балки достигают заметной величины лишь в стенке, причем значения напряжений слабо изменяются по высоте стенки (см. рис. 5.1). С достаточной точностью
откуда:
, (4)
где Нс и δ – соответственно высота и толщина стенки.
2. Стенка может разрушиться от сдвига, если τ ≥ 
= (0,6 ÷ 0,65) 
, и потерять устойчивость. Последнее крайне неблагоприятно для силовой работы пояса. Условие работы стенки без потери устойчивости:
(5)
где
Е – модуль продольной упругости материала стенки;
а - длина свободного участка стенки.
Уменьшая длину а постановкой подкрепляющих стоек (рис. 5.2), добиваются выполнения условия (5). Подбор сечения стойки, элементов ее крепления к стенке и поясам определяются из условия прочности стойки после потери устойчивости стенкой. Этот вопрос будет рассматриваться в курсах «Строительная механика» и «Расчет самолета на прочность». В первом приближении можно пользоваться статистическими соотношениями:
площадь поперечного сечения стойки F 
,
В основе конструирования соединения пояс-стенка лежит закон парности касательных напряжений (погонных касательных сил) (рис. 5.3):
Тогда условия прочности для заклепочного (болтового) соединения следующие:
(6)
Или
где t и d - шаг и диаметр заклепок (болтов);
i и n - число рядов и плоскостей среза в соединении;
[τз] - допускаемое напряжение на срез заклепки (болта);
Рразр - разрушающее усилие для заклепочного (болтового) соединения по нормали 3АР (ОСТ 1.31100-80) (см. лабораторную работу № 2).
Из (6) для выбранного диаметра d можно определить шаг
(7)
Или
Рекомендации по выбору диаметра d крепежа изложены в лабораторной работе № 2. Остальные параметры соединения подбираются из известных соотношений (см. лабораторные работы № 2, 3).
|
|
|
|
|
|
