Как усилить двутавровую балку от прогиба: Усиление металлических балок, ферм и прогонов — ТехЛиб СПБ УВТ

alexxlab | 31.01.2023 | 0 | Разное

Усиление стальной балки определяется расчетом, который учитывает результаты точного обследования этой конструкции

18 Марта 2017

Усиление стальных балок

Балка – конструктивный элемент, работающий преимущественно на изгиб. Точечные нагрузки на балку и узлы ее опирания образуют другие виды нагрузок, которым балка также должна сопротивляться.

Установка дополнительных швеллеров к существующим – один из способов усиления балок

Стальная балка – традиционная и проверенная временем конструкция. Из недостатков такой конструкции специалисты и застройщики вынуждены считаться с необходимостью борьбы с коррозией и невысокой устойчивостью при пожаре, а также – с относительно высокой стоимостью. Тем не менее, стальные конструкции вообще и балки в частности относятся к наиболее эффективным. Вот только несколько важнейших достоинств:

1. небольшой собственный вес
2. наилучшее сочетание свойств для перекрытия больших пролетов
3. прекрасная пригодность к формированию узлов и соединений несколькими надежными методами
4. точная геометрия и широкий ассортимент стандартных прокатных профилей с  гарантированным качеством, отвечающим ГОСТ.

Достоинства таких конструкций – одно из объяснений распространенной практики усиления. Многие стальные конструкции, в том числе достаточно старые, вполне могут выполнять свои функции долгие годы, для чего нередко требуется  усиление металлических балок – попросту говоря, улучшение их работоспособности.

Необходимость в усилении балок возникает при обнаружении признаков возникновения аварийной ситуации, например – при очевидной сильной коррозии. Идеи реконструкции и изменения нагрузки на такие балки – еще один повод для комплексного обследования ее состояния.

Такое обследование выполняют солидные лаборатории неразрушающего контроля, задача которых при таком обследовании (http://prokontrol.ru/service/kontrol_parametrov_metallicheskix_konstrukcij/) одна – дать надежный материал для принятия правильного конструктивного решения усиления.

Обследование стальной балки для ее усиления

Проверка параметров стальной балки для ее усиления начинается с определения ее главного параметра – прогиба под нагрузкой. Одним из возможных результатов такой проверки может быть объявление этой конструкции аварийной – если прогиб не соответствует нормируемым требованиям к этому показателю. Параллельно проверяется точность геометрии прокатного профиля.

Балку следует проверить ультразвуковыми методами (http://prokontrol.ru/service/ultrazvukovoj_i_vizualno_izmeritelnyj_kontrol/)  на наличие трещин, обращая внимание на места их наиболее вероятного возникновения. При необходимости ультразвуковая аппаратура поможет выяснить степень коррозии – весьма распространенной причине выхода балок из строя во влажной среде.

По результатам точного обследования принимается проектное решение об усилении. В зависимости от результатов обследования и проектных условий нагрузки балки, усиление может быть выполнено устройством дополнительных прокатных профилей, которые совмещаются с этой конструкцией и включаются в совместную работу с ней. Возможно проектное решение и другого типа, к примеру –

усиление двутавровой балки может выполняться только по концам этой конструкции, в  зоне точек опоры.

После выполнения усиления нужно выполнить проверку качества этой работы, прежде всего, проконтролировать геометрию и сварные швы.

Усиление деревянных балок перекрытия – как укрепить межэтажные, чердачные и подвальные лаги по полу и потолку

Основным элементом чердачных и межэтажных перекрытий во многих частных домах является деревянная балка. Срок службы перекрытий из дерева ограничен ввиду свойств древесины, особенно, если она была плохо обработана или подвергалась нагрузке и воздействию влаги.

В следствие таких факторов балка перестает справляться с возложенной на нее функцией (возможно провисание, прогиб, искривление) и потребуется усиление деревянных балок перекрытия.

Помимо повреждений и утраты несущей способности балок пола и потолка (лаг, прогонов), укрепление может быть продиктовано увеличением нагрузки на перекрытие.

 

Когда нужно усиливать деревянные балки перекрытия

• плохое состояние балочной конструкции. Является следствием повреждение древесины. Повышенная влажность, перепады температуры, деятельность различных вредителей (жуков короедов), растрескивание – все это приводит к деформированию балки перекрытия;

• снижение несущей способности. Под собственным весом, постоянной и переменной нагрузкой балки перекрытия могут прогибаться. Согласно нормативам, если прогиб находится в пределах 1:300, то беспокоится не о чем. Например, если балка длиной 2500 мм. прогнулась на 10 мм. это соответствует нормальному значению прогиба. Если показатель прогиба больше – ее следует усилить;

• необходимость увеличения несущей способности балки. Связанная, например, с перестройкой чердака под мансарду или жилое помещение. Такая перестройка приведет к увеличению постоянных и переменных нагрузок на перекрытия второго этажа, что автоматически требует изменения сечения установленных деревянных балок.

В пределах статьи будут приведены несколько распространенных способов усиления перекрытия (ремонт, реконструкция). Но, точно ответить на вопрос, как усилить деревянные балки перекрытия может только профессионал и только после анализа состояния конструкции. Ведь в каждом случае решение будет индивидуально.

Воспользовавшись таблицей можно получить представление о том, какое сечение должно быть у балки при определенной нагрузке.

Допустимое сечение балок при нагрузке

Материал подготовлен для сайта moydomik.net

Способы усиления деревянных балок перекрытия

Основные типы и методы усиления деревянных перекрытий приведены в порядке увеличения трудозатрат и длительности на выполнение работ.

Тип усиления без изменения условий работы

Усиление деревянными накладками

Способ применяется в том случае, когда дерево повреждено. Накладки устанавливаются с двух сторон от балки из бруса (по бокам или сверху и снизу), максимально плотно к ней и скрепляются (затягиваются) насквозь болтом. При этом важно обработать поврежденный участок и накладки противогрибковым раствором. В критическом случае, если участок поврежден сильно – его лучше удалить. Чтобы усилить балку нужно крепить накладку по всей ее длине.

Усиление пролетов металлическими накладками (пластинами) или прутковыми протезами

Стальные пластины используются вместо деревянных, описанных выше. Металл также нужно обработать антикоррозионным раствором. Схема устройства показана на рисунке.

Усиление пролетов балок металлическими накладками и прутковыми протезами

Усиление перекрытия углеволокном (углепластиком)

Современная технология усиления (армирование углеродным волокном). Углеволокно (ленты, листы, пластины, нити, ткань) наклеивается в несколько слоев, пока не будут достигнуты требуемые показатели жесткости балки. Удобство работы и легкость материала приводят к тому, что углепластик приобретает популярность как эффективное средство для восстановления балок и строительных конструкций.

Ниже приведена схема армирования (усиления) балок перекрытия углеволокном.

Усиление балок углеволокномУсиление балок углеволокном – схемаУсиленные балки углеродным волокном

Усиление на торцах деревянными или металлическими протезами

Технология позволяет усилить балку в местах стыка с несущей стеной. Это именно то место, где, за счет перепадов температур повреждение древесины происходит быстрее.

На схеме ниже показана технология усиление протезами из швеллера, прокатного профиля

Усиление протезами из швеллера, прокатного профиляУсиление протезами из швеллера, прокатного профиля – 2

Монтаж пруткового протеза

Прутковый протез системы Дайдбекова выполняется из двух спаренных ферм, которые изготавливаются из обрезков арматурной стали сечением (диаметром) 10-25 мм. Длина протеза должна быть на 10% больше двойной длины сгнившего конца балки, но не более 1,2 м.

Устройство пруткового протеза

1. Установить временные опоры под перекрытие на расстоянии 1-1,5 м от несущей стены, состоящие из стоек и прогона.
2. Разобрать перекрытие снизу на ширину 75 см и сверху – 1,5 м от стены.
3. Отрезать поврежденный участок балки (0,5м)
4. Завести заготовку протеза вертикально в междуэтажное перекрытие и повернуть в горизонтальное положение, сначала надвигая на балку, затем, в обратную сторону задвигая в нишу стены.
5. Сместить и прибить гвоздями сдвижную планку.

Установка пруткового протеза

Усиление балок шпренгельными затяжками

Усиление перекрытий – установка шпренгелей

Тип усиления с изменением условий работы

Усиление деревянных перекрытий такими способами предусматривает существенную перестройку несущей конструкции балочных пролетов.

Изменение условий работы конструкций

Изменение схемы работы

Нестандартные решения

Если нет возможности усилить деревянные балки перекрытия, можно попытаться их разгрузить, т.е., распределить нагрузку с существующих балок на дополнительно установленные элементы.

Усиление перекрытий путем установки опор под несущие балки

Опоры, подпирающие балки снизу, являются хорошим способом перераспределить нагрузку с балки на опору.

Усиление перекрытий – установка опор

Усиление перекрытий путем установки дополнительных балок

Если существующие лаги находятся в целости и сохранности, увеличить их несущую способность можно посредством увеличения их количества. Установка дополнительных деревянных балок позволит увеличить нагрузку на конструкцию. Устанавливая новые лаги нужно обязательно защитить их торцы рубероидом, чтобы избежать повреждения.

Усиление перекрытий – установка дополнительных балок

Надеемся, что из приведенных способов усиления деревянных балок перекрытия вы подберете именно тот, который решит вашу проблему наилучшим образом и с минимальными затратами.

проектирование конструкций – Как усилить двутавровую балку

спросил 5 лет, 6 месяцев назад

Изменено 3 года, 7 месяцев назад

Просмотрено 9к раз

$\begingroup$

Чтобы сэкономить на материале, меня попросили спроектировать непрерывно опертую балку с максимальной способностью к изгибу, равной половине ее максимального изгибающего момента, и усилить балку в определенных интервалах, где ее способность превышена.

Какова осуществимая схема усиления без существенного изменения габаритных размеров балки.

Эта балка будет использоваться в качестве ригеля, где в месте соединения стойки с ригелем будут добавлены ребра жесткости. Это также место, где моментальная мощность будет превышена.

• строительные конструкции
• строительные
• стальные

$\endgroup$

$\begingroup$

Если конструкция вашей балки определяется податливостью при изгибе (а не выпучиванием при боковом кручении/выпучиванием плит и т. д.), то вам необходимо увеличить второй момент площади (I), чтобы увеличить способность к изгибу.

Обычно это делается путем крепления дополнительных пластин к балке, как правило, на полки.

Вот несколько примеров такой стратегии усиления:

Болтовое крепление:

Сварка:

Дополнительную информацию см. в этой статье об усилении существующих стальных балок.

Более сложным и дорогим методом было бы использование балок переменной глубины, как это иногда делается с мостами:

$\endgroup$

2

$\begingroup$

Зубчатая балка. Разрежьте полотно с помощью горелки и повторно приварите полотно с большим расстоянием между полками.

$\endgroup$

1

Зарегистрируйтесь или войдите

Зарегистрироваться через Google

Зарегистрироваться через Facebook

Зарегистрируйтесь, используя электронную почту и пароль

Опубликовать как гость

Электронная почта

Требуется, но никогда не отображается

Опубликовать как гость

Электронная почта

Требуется, но не отображается

Нажимая «Опубликовать свой ответ», вы соглашаетесь с нашими условиями обслуживания, политикой конфиденциальности и политикой использования файлов cookie

.

Лучшее руководство по минимизации прогиба балки — инженер-наставник

Как инженер, я часто сталкиваюсь с тем, что проектирование балки только по напряжению недостаточно. Проходы и настилы рассчитаны на отклонение, потому что человеческий разум чувствует движение, и если движение чрезмерное и слишком сильное, он делает вывод, что конструкция небезопасна.

Другим примером конструкции, рассчитанной на отклонение, является крыло самолета. У коммерческих самолетов крылья очень жесткие по сравнению с крыльями грузовых военных самолетов. Никто не хочет смотреть в окно и видеть, как крыло подпрыгивает на 10-15 футов вверх и вниз во время грозы. Вы бы пришли к выводу, что в любой момент крылья могут оторваться.

Для уменьшения прогиба балки вы можете: уменьшить нагрузку, момент или длину балки; изменить типы поддержки или местоположение; добавить больше опор; увеличьте момент инерции модуля упругости или добавьте другие балки, чтобы разделить нагрузку.

Расчет на прогиб, а не на напряжение, иногда совершенно необходимое. Эмпирические правила при проектировании балки на прогиб:

• Прогиб динамической и статической нагрузки не может превышать L / 240 и
• Прогиб динамической нагрузки не может превышать L / 360

Вы можете использовать мой предельный калькулятор балки, чтобы помочь . Давайте рассмотрим, как каждый из них изменит отклонение луча.

Уменьшить нагрузку/момент

Очевидно, что это самый простой способ уменьшить прогиб, но, скорее всего, маловероятный. Если я проектирую дорожку для одного человека, я не могу легко снизить свой вес (хотя мне нужно сбросить несколько фунтов). Кроме того, существует множество стандартов, которые диктуют требуемые постоянные и постоянные нагрузки. Скорее всего, это нестартер.

https://mentoredengineer.com/the-best-guide-to-solving-statically-indeterminate-beams/

Уменьшить длину луча

Этот вариант также вполне очевиден, но часто невозможен. Вероятно, вы уже оптимизировали это в своем дизайне. Если вы строите мост, вы хотите, чтобы сваи стояли на твердом грунте, но если это невозможно, вы хотите, чтобы они были на мелководье.

Если вы можете перемещать опоры балки, подумайте о том, чтобы один или оба конца были консольными. Подробнее об этом чуть позже.

Возможно, можно сдвинуть опоры ближе

Замена концевых опор

Замена концевых опор позволит увеличить жесткость балки без изменения сечения балки. Вот иерархия опор с их относительной жесткостью по отношению к консольной балке.

1. Фиксированные на каждом конце (48x)
2. Фиксированные на одном конце, с опорой на другом (23x)
3. С опорой на обоих концах (9,6x)
4. Фиксированные на одном конце, направляемые на другом (3x)
5. Консольные на одном конец (1x)

В каждом случае вы можете видеть, что преимущество подъема на одну ступеньку иерархии опор делает одну и ту же балку почти в три раза более жесткой. Если у вас есть консольная балка, добавление опоры под свободный конец изменит жесткость на фиксированную и поддерживаемую балку, увеличив жесткость в 23 раза!

Наиболее распространенная балочная опора, поддерживаемая с обеих сторон, также известная как простая опора. Эта балка уже достаточно жесткая и простая в изготовлении. Однако, если мы сделаем один пролет балки тремя опорами, мы фактически изменим центральную часть на почти неподвижную опору. Я говорю «почти исправлено», потому что опора все еще может вращаться в центральном положении. Однако эта опора все еще прикреплена к другим концам, поэтому на центральной опоре должен пройти некоторый момент. Если эта максимальная нагрузка на балку симметрична относительно центральной опоры, мы можем предположить, что соединение зафиксировано в центре. Это сделает нашу ту же балку в 2,4 раза жестче, чем она была раньше. Это небольшое изменение может похвастаться отличными результатами.

Балка с тремя опорами

Добавление консольной секции на концах

Это способ сохранить ту же общую длину балки при уменьшении расстояния между опорами. Из приведенной выше иерархии можно сказать, что свободно опертая балка в 9,6 раза более жесткая, чем консольная балка. Это означает, что я мог бы фактически выдвинуть балку с одного конца на 10,4% (1 / 9,6)

Добавление консоли к одному концу балки

Например, если бы у меня была свободно поддерживаемая балка длиной 100 дюймов, я мог бы сдвинуть опору на одном конце примерно на 10% от общей длины. Это не только уменьшает прогиб на 31% (результаты зависят от используемых материалов и поперечного сечения), но и при использовании в настиле дает ощущение, что настил растягивается там, где должен. Отличное чувство для владельца колоды.

При необходимости вы можете сделать это на обоих концах балки.

https://mentoredengineer.com/determining-deflection-in-variable-cross-section-beams/

Увеличение момента инерции площади то же самое, только момент инерции площади. I и модуль упругости E можно изменить, чтобы уменьшить прогиб v. В этом разделе мы обсудим момент инерции площади.

Общая форма уравнения балки

Момент инерции площади полностью основан на форме поперечного сечения. По мере увеличения поперечного сечения увеличивается и момент инерции. Фактически, для прямоугольника, если вы удвоите высоту, вы увеличите момент инерции в четыре раза. Однако, если вы удвоите ширину, вы только удвоите момент инерции.

Вот что нужно сделать со следующими конструктивными формами

Круглая труба или труба

Для круглых труб или труб простым решением является утолщение стенки. Например, труба толщиной 1/4 дюйма становится толщиной 3/8 дюйма или сортамент 40 меняется на трубу сортамента 80. Вы увидите лишь умеренное увеличение жесткости по мере утолщения стенки. Этого может быть достаточно, но ваш раздел становится тяжелее. В какой-то момент дополнительный вес может увеличить прогиб.

Наилучшее решение — увеличить наружный диаметр трубы или трубы, сохранив первоначальную толщину стенки. Если это невозможно, подумайте о переходе на квадратную трубу.

Квадратная трубка

Квадратная трубка очень похожа на круглую трубку, но имеет то преимущество, что весь материал находится на внешней кромке и отлично подходит для изгиба как в горизонтальном, так и в вертикальном направлениях (при условии, что балка горизонтальная). Имея это в виду, убедитесь, что плоская поверхность на трубе ориентирована с наибольшим моментом на трубе . Трубка не такая прочная, когда нагружена как алмаз.

Квадратная труба без поворота и с поворотом

Углы

Углы просто не дают хороших лучей. Если у вас возникли проблемы со слишком большим отклонением угла, рассмотрите возможность изменения его формы. Любая форма лучше. Просто сделай это. Вы будете благодарить меня.

Балки с широкими полками

Балки с широкими полками предлагают широкий спектр решений для вашего дизайна. Есть так много разделов на выбор, и часто вам не нужно увеличивать свой рост, чтобы резко изменить силу. 94) Increase Weight Compared
to W16 x 31 W16 x 31 301 – – W16 x 45 586 1. 94 1.45 W16 x 67 954 3,16 2,16

Из таблицы выше видно, что переход от W16 x 31 к W16 x 45 удваивает жесткость при увеличении веса только на 45%. Переход на W16 x 67 удваивает вес и утраивает жесткость.

Если ваша балка с широкими полками подвергается нагрузкам на слабую ось, подумайте о том, чтобы зафиксировать боковые стороны. Вообще говоря, пластины не должны быть очень тонкими, чтобы оказывать большое влияние.

Увеличить модуль упругости

Увеличить модуль упругости в большинстве случаев сложно. Практически единственный способ увеличить это — изменить материал. Если вы уже используете сталь, вы находитесь на вершине пищевой цепи; нет больше возможностей для улучшения.

В области пластмасс и неметаллических материалов гораздо больше возможностей. Часто переход от стандартного пластика к армированному волокном пластику, стекловолокну или углеродному волокну является хорошим шагом.

Ниже приведен список обычных предметов и их модуль упругости, отсортированный от самого высокого к самому низкому. Если вам нужно свести к минимуму прогиб, рассмотрите материал выше в этом списке.

Углеродное усиление

Material	Modulus of Elasticity (ksi)	Material	Modulus of Elasticity (ksi)
Tungsten	59465	Zinc	12000
Monel	48000	Gold	10733
Inconel	31000	Aluminum	10008
Steel	29000	Glass	7252 – 13053
Nickel Steel	29000	Олово	6817
Никель	25000	Хром	5221
6 9 Пластик	21756	Beryllium Copper	2611
Gray Cast Iron	18855	Wood (Douglas Fir)	1885
Silicone	18855 – 26832	Wood (Oak)	1595
Nickel Silver	18500	Medium Density Fiberboard – MDF	580
Aluminum Bronze	17405	Acetal	406
Copper	16969	Polycarbonate	377
Phosphor Bronze	16824	PVC	348 – 595
Titanium Alloy	16000	Nylon 6-6	290 – 580
Brass	14794 – 18130	HDPE	116
Bronze	14504	LDPE	16 – 65

https://mentoredengineer. com/what-to-do-when-your-beam-load-case-isnt-in-a-table/

Добавление других балок для распределения нагрузки

Добавление дополнительных балок в перенос груза может быть эффективным способом минимизации прогиба. Если у нас будет одна балка и мы добавим вторую, наш прогиб сократится вдвое. Превосходно!

Однако, если у нас будет 2 балки и мы перейдем к трем, мы можем получить такое же отклонение, если вы неправильно спланируете расположение балок. Предполагая распределенную нагрузку по ширине балок, центральная балка может принять на себя 1/2 нагрузки, а внешние балки – только по 1/4 нагрузки каждая. Рисунок ниже иллюстрирует этот момент, а уравнения дают нагрузку на каждую балку. 92 или psf), W — ширина конструкции, n — количество балок.

Центральная балка отвечает за 18 дюймов ширины груза, а концы принимают только 9 дюймов нагрузки. Вот почему добавление еще одного луча таким образом контрпродуктивно.

Теперь, чтобы каждая балка несла равную часть нагрузки, нам нужно сдвинуть внешние балки так, чтобы расстояние от центра внешних балок до конца равнялось половине расстояния между балками.