Местная устойчивость элементов сечения при различных напряженных состояниях

Местная устойчивость

При выполнении расчетов конструкций выполняется проверка общей и местной устойчивости. Эта проверка необходима, так как в сжатых элементах возможно обрушение и потеря несущей способности из-за нагрузок меньших, чем требуются для разрушения. Под общей потерей устойчивости понимается явление, при котором нагрузка превышает определенное критическое значение, что приводит к потере первоначальной формы элемента. Под местной устойчивостью понимается явление при котором элемент остается в прежней форме, но его отдельные части искривляются. Первой наступает местная потеря устойчивости, которая может перерасти в общую потерю устойчивости.

Потеря общей устойчивости начинается с кручения поперечного сечения, балка отклоняется, изгиб происходит в вертикальной и горизонтальной плоскости. Выпучивание элемента становится причиной того, что он исключается из работы балки, при этому уменьшается рабочее сечение, оно престает быть симметричным, смещается центр тяжести, что приводит к общей потери устойчивости.

Устойчивость балки зависит от ширины пояса, конструктивной формы, схемы балки, отношения пролета с ширине пояса.

Чтобы избежать потери местной и общей устойчивости:

• подбирают сечение с большей шириной пояса;
• увеличивают толщину пояса или уменьшают свес;
• устанавливают ребра жесткости (продольные и поперечные).

Проверка на общую устойчивость не выполняется, если передача нагрузки осуществляется через сплошной жесткий настил, который непрерывно опирается на сжатый пояс балки и связан с ним болтами, сваркой или винтами, а также если значения условной гибкости сжатого пояса меньше предельных значений.

Самым эффективным способом для увеличения устойчивости является установка ребер жесткости. Достаточно установить их на одной стороне стенки, для того, чтобы существенно повысить устойчивость балки. Парная установка применяется на тех элементах, которые повержены воздействию динамических и подвижных нагрузок. Ребра приваривают к верхнему поясу и стенке, чтобы избежать избыточных сварочных напряжений сварка по нижнему поясу не выполняется.

Рисунок 1. Обеспечение местной устойчивости. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Местная устойчивость элементов сечения при различных напряженных состояниях

Потеря общей устойчивости может коснуться различных элементов:

• стенки и полки центрально сжатых элементов от действия нормальных и равномерно распределённых по сечению напряжений;
• полки изгибаемых элементов от действия нормальных и равномерно распределённых по сечению напряжений;
• стенки внецентренно сжатых стержней от нормальных неравномерно распределенных напряжений;
• стенки изгибаемых элементов от нормальных неравномерно распределенных напряжений.

Потеря устойчивости происходит при упругой и упругопластической работе. Местная устойчивость теряется под действием нормальных и касательных напряжений, которые могут действовать как по отдельности, так и совместно.

Задача на потерю местной устойчивости решается путем расчета отдельных элементов, составляющих стержень, как пластин, соединенных между собой жестко, шарнирно или упруго. Применяют условие равенства работы напряжений, которые появляются в пластинах и работы внешних сил. Как правило поперечные ребра жёсткости устанавливают в местах приложения сосредоточенных нагрузок на опорах. На чертежах ребра жесткости показывают как и остальные элементы. Тонкие стенки, попадающие в разрез в ортогональных проекциях, показывают разрезанными, но не заштриховывают.

Потеря местной устойчивости одной конструкции может стать причиной обрушения всего здания. Сложный и слаженный механизм работает как система до тех пор, пока все входящие в него элементы отвечают предъявляемым к ним требованиям. Как только один из элементов цепочки выпучивает и изгибает, он перестает работать согласно расчету, что приводит к уменьшению расчетного сечения и потере общей устойчивости, которая может затронуть все остальные элементы.