Ребра жесткости

Для повышения устойчивости пластинок металлических конструкций устанавливают негнущиеся ребра жесткости, которые при выпучивании пластинок остаются прямыми и создают для них дополнительные опорные закрепления. Негнущиеся ребра жесткости разбивают пластинку (обычно стенку, а иногда и сжатый пояс) на ряд полей меньших размеров. Деформации стенки внутри каждого такого поля рассматривают как самостоятельные. Уменьшение контурных размеров полей, образованных вследствие постановки ребер жесткости, в значительной мере повышает устойчивость пластинок.
В зависимости от расположения ребер различают:
- продольные ребра жесткости, идущие параллельно сжимающим усилиям; их эффективно применяют в центрально и внецентренно сжатых пластинках, а также в наиболее сжатых частях изгибаемых пластинок;
- поперечные основные ребра — расположенные перпендикулярно направлению сжимающих усилий по всей ширине пластинки; их применяют для усиления изгибаемых пластинок; они особенно эффективны в тех местах, где преобладает влияние скалывающих напряжений;
- поперечные короткие (дополнительные) ребра — расположенные, как и предыдущие, перпендикулярно сжимающим усилиям, но только в зоне наибольших сжимающих напряжений. Короткие ребра — наименее эффективное средство усиления пластинок, а постановка их — трудоемка. Применение коротких ребер жесткости не рекомендуется, но допускается в клепаных балках, а также в сварных — между сжатым поясом и продольным ребром. В двустенчатых балках роль коротких ребер играют короткие диафрагмы, устанавливаемые для поддержания рельсов. Эти диафрагмы доводят до продольных ребер жесткости.

Ребра жесткости в сварных конструкциях обычно выполняют из двух одинаковых пластин, расположенных в одной плоскости с двух сторон стенки, — парное симметричное ребро (рис. II—30). Реже взамен пластин ставят два неравнобоких уголка, приваренных к стенке по перу (рис. II—30, б). Во всех случаях швы делают сплошными, угловыми, наиболее тонкими. В клепаных конструкциях ребра осуществляют из уголков, предпочтительно неравнобоких, приклепанных к стенке по меньшей полке (рис. II—30, в и г). Между уголками и стенкой помещают прокладки толщиной, равной толщине поясных уголков. Торцы уголков ребер жесткости в клепаных конструкциях доводят до выкружек поясных уголков при отсутствии больших сосредоточенных и подвижных грузов. Если же такие грузы есть, ребра жесткости должны быть плотно пригнаны (пристроганы) к уголкам сжатого пояса.
Торцы ребер жесткости в сварных балках приваривают к сжатому поясу, а чтобы устранить пересечение сварных швов, внутренние углы пластин, образующих ребра, между поясом и стенкой скашивают, как показано на рисунке II—30, д (катет у стенки 6—8 см, у пояса 4 см). В многопролетных балках и в балках с консолями напряжения в поясах меняются по знаку в зависимости от эпюры моментов; в соответствии с этим меняется и крепление торцов ребер жесткости, которые всегда приваривают только к сжатым поясам. Если по верхнему растянутому поясу перемещаются подвижные грузы, то торцы поперечных ребер должны быть фрезерованы и тщательно подогнаны к этому поясу (до приварки ребер к стенке).
Торцы промежуточных ребер жесткости не следует приваривать к растянутому поясу балок. Швы поперек растянутого пояса резко концентрируют напряжения, что приводит к преждевременному появлению трещин от усталости материала и при резких перепадах температуры. Торцы опорных ребер всегда приваривают к нижнему поясу.

Стенки балок следует укреплять поперечными ребрами жесткости, если b/δ>70√2100/R. Расстояние между поперечными (основными) ребрами должно быть не более 2b при b>100 δ и не более 2,5b при b<100 δ. В местах приложения к поясу больших неподвижных сосредоточенных грузов следует устанавливать поперечные ребра.
Ширину bр половины симметричного поперечного ребра жесткости, выступающей с одной стороны стенки (см. рис. II—30), при отсутствии продольных ребер назначают по эмпирической формуле:

В размер bp включают и толщину прокладки под уголком клепаных балок. Толщина ребер жесткости δр, необходимая для создания достаточной жесткости и устойчивости их свободного края, должна быть не менее bp/15, а для сталей высокой прочности — не менее bp/12.
Если в балках, арках и т. п. есть продольные ребра жесткости, то поперечные ребра служат для них опорами и потому оказываются дополнительно нагруженными. По этой причине жесткость их и момент инерции следует увеличивать на 20—25% по сравнению с величиной, определенной по формуле II—85. СНиП предлагает определять требуемый момент инерции поперечного ребра при наличии одного продольного ребра по формуле:

а для стали высокой прочности Ip=6 bδ3.
Ширина bк.р половины, выступающей с одной стороны стенки короткого ребра жесткости должна быть не менее 2/3 ширины основного ребра b. Длина коротких ребер жесткости должна быть не менее 0,3 высоты стенки и не менее 0,4 а1, где a1 — расстояние между осями двух соседних коротких ребер, или между коротким и основным поперечным ребром (рис. II—29,б). При наличии продольных ребер длину коротких поперечных назначают равной расстоянию b1 между сжатым поясом и продольным ребром.
Необходимый момент инерции продольного ребра жесткости определяют по формулам таблицы II—25 в зависимости от отношений b1:b; а:b и толщины стенки δ.
При расположении ребер жесткости только с одной стороны стенки момент инерции их вычисляют относительно оси, совпадающей с ближайшей к ребру гранью стенки.
При встрече продольных ребер балки с поперечными прерывают продольные; поперечные (основные) идут непрерывно. Для устранения пересечения сварных швов внутренние углы продольных ребер срезают (катет у стенки 6—8 см, у поперечного ребра 4 см; см. рис. II—30, д).

Размер продольных ребер жесткости для усиления сжатых по всей ширине стенок стоек и других подобных элементов (рис. II—22) можно определить по формуле:

Формула (II—87) действительна в пределах 0≤α≤1, то есть для центрального и внецентренного сжатия, когда нормальная сила не выходит за пределы ядра сечения.
Если принять в качестве предела ширину стенки сжатого элемента (стойки) b = 150δ и толщину ребра δпр.р=0,75δ для центрально сжатой стойки (α = 0), то из формулы II—87 получится:

Приравняв полученное наибольшее значение требуемого I'пр.р к значению Ip для ребра из двух приваренных полос или из двух приклепанных уголков, можно определить требуемую величину свободного выступа ребра жесткости при δпр.р=0,75δ:

Что и рекомендовано нормами: bпр.р≥10δ и δпр.р≥0,75δ.
Для продольных ребер, расположенных с одной стороны, ширину следует назначать bпр.р≥13δ при δпр.р≥0,75δ.
Продольные ребра жесткости сжатых элементов в отличие от балок являются основными и идут непрерывно по всей длине сжатого элемента. Для их пропуска в диафрагмах (поперечных ребрах) делают вырезы. Площадь поперечного сечения продольных ребер включают в общую расчетную площадь всего сжатого элемента. Такое включение немного уменьшает rx и существенно увеличивает ry поперечного сечения и часто бывает полезным. Поэтому размер продольных ребер целесообразно принимать несколько больше минимального, указанного выше.