Capacitatea portantă a grinzilor este, în aproape toate cazurile, limitată de flambajul tălpii comprimate. Acesta apare abia atunci când se atinge limita de curgere, după egalizarea tensiunilor peste tot în inima comprimată. Numai prin reazeme laterale puternice poate fi ridicat efortul de margine admis până în domeniul de întărire al oțelului structural. La aprecierea capacității portante trebuie avută în vedere distribuția reală a tensiunilor. Presupunând o distribuție liniară a tensiunilor, capacitatea portantă ar fi subestimată. Fenomenele de instabilitate trebuie examinate în mod deosebit.
Reducerea găurilor în elementele de sprijin solicitate la încovoiere
Pe partea întinsă a elementului acționează slăbirea secțiunii, la fel ca la barele întinse (ruperea benzii întinse pe secțiunea slăbită). Pentru găurile de evacuare, în acest sens se aplică aceleași reguli ca și pentru bara întinsă.
Deoarece găurile umplute cu nituri pe partea comprimată a grinzii influențează foarte puțin repartizarea tensiunilor și a deformațiilor, iar capacitatea portantă este în mare parte limitată de flambajul lateral al cordonului comprimat, mărimea slăbirii secțiunii la grinzile cu secțiuni simetrice nu influențează în mod semnificativ sarcina portantă. De aceea, deja F. Hartmann a pus întrebarea dacă la grinzile simetrice este necesar să se ia în calcul slăbirea prin găuri. La secțiunile nesimetrice (partea comprimată mai puternică) scăderea datorată găurilor pe partea întinsă a grinzii poate deveni determinantă pentru capacitatea portantă. Sub încărcare repetată, găurile au o influență considerabilă, chiar și atunci când se află la o distanță mai mare de fibrele marginale.
Astăzi, în calculul capacității portante a unei secțiuni la încovoiere se folosesc secțiunea brută și secțiunea netă (pe lângă celelalte moduri relevante de rupere). Ruperea după secțiunea brută apare în partea secțiunii care nu este slăbită de găuri. Ruperea după secțiunea netă apare pe secțiunea slăbită de găuri, iar suprafața luată în considerare este suprafața brută redusă cu suprafața tuturor deschiderilor.
Nituri în gât și în cap
La încovoiere, pe lângă tensiunile normale, apar și tensiuni de forfecare, care la elementele cu taloane paralele sunt proporționale cu forța transversală Q. La secțiunile compuse, tensiunile de forfecare din suprafețele de contact dintre profilele laminate individuale sunt preluate de nituri care le îmbină. Distribuția forțelor de forfecare T în inimă este parabolică, iar în taloane aproape rectilinie. La elementele cu taloane grele, T în inimă diferă puțin de valoarea medie Tm, care este adesea suficientă pentru o evaluare preliminară.
Fig. 1
Rivetele din cap (fig. 1b) trebuie să preia împreună forța tăietoare TK < TH. Forța tăietoare dintre lamelele individuale ale tălpii este și mai mică și, în cazul din fig. 1c, se distribuie la un număr mai mare de nituri.
Continuarea elementului portant
Îmbinarea longitudinală a tablei verticale este necesară când înălțimea tablei este mai mare decât lățimile de tablă disponibile. Ea poate fi necesară și din punctul de vedere al execuției și transportului. Plăcile de legătură și nituri în îmbinarea longitudinală a unui element portant trebuie să preia aceeași forță TL pe care ar avea-o tabla neîmbinată în rostul longitudinal. Deoarece slăbirile prin găuri în placa de legătură sunt identice cu cele din tabla verticală, grosimea plăcii de legătură trebuie să fie mai mare sau egală cu grosimea nervurii.
Fig. 2 - Prelungirea longitudinală a tablei verticale
Îmbinarea transversală solicitată la încovoiere poate fi acoperită în diferite moduri cu bride. Fig. 3 prezintă mai multe posibilități de îmbinare de atelier, în care este continuată numai tabla verticală. Dacă bridele sunt doar între cornierele de cordon (fig. 3a), rămân neacoperite fâșii ale tablei verticale sub cornierele de cordon. Atunci cornierele și niturile din zona îmbinării tablei verticale sunt solicitate considerabil mai puternic, de aceea acest tip de îmbinări trebuie limitat la legături mai puțin importante, cu forțe mici. Trebuie acordată întotdeauna prioritate îmbinării complet acoperite. Bridele speciale de pe brațele verticale ale cornierelor preiau tensiunile longitudinale ale acestei fâșii, dar participă doar într-o mică măsură la preluarea forței tăietoare. O anumită îmbunătățire în acest sens o aduce fig. 3c. La forțe mari trebuie urmărită folosirea bridei pe toată înălțimea tablei verticale (fig. 3d), ceea ce presupune întreruperea cornierelor de cordon. Bridele capătă grosimea brațului cornierului; la grosimi mari ale cornierelor se folosesc plăcuțe de egalizare, pentru a economisi grosimea inutilă a bridei.
Fig. 3 - Îmbinare transversală (de atelier) a tablei verticale
Îmbinarea unui element vertical din tablă solicitat la forță tăietoare: Grinda este încărcată în punctul îmbinării numai cu Q (M = 0). Pentru îmbinarea cu distanțe egale între nituri (fig. 4) trebuie presupus că forțele din nituri NiQ corespund aproximativ elementului corespunzător de suprafață e*t al îmbinării, adică forțele din nituri sunt distribuite la fel ca tensiunile tangențiale pe înălțimea grinzii, NiQ = e*t*τi = e*Ti. Totuși, la dimensionare se calculează cu o repartizare uniformă pe toate cele n nituri, NiQ = Q/n.
Fig. 4 - Prelungirea tablei verticale cu repartizarea forței tăietoare
Fig. 5 arată îmbinarea de atelier a tablei verticale (colțarele și lamelele de rigidizare sunt continuate în alt loc).
Fig. 5
Încovoierea cu forță normală: Elemente purtătoare solicitate simultan de momente de încovoiere și forțe normale se dimensionează după aceleași principii și sub ipoteza unei repartizări liniare a tensiunilor. La scăderea completă a niturilor din ambele tălpi, secțiunea utilă și poziția liniei neutre nu depind de cazul de încărcare, astfel încât tensiunile produse de M și N pot fi pur și simplu adunate. Încărcarea niturilor în continuare se obține prin suprapunerea forțelor din cazurile parțiale de încărcare M, respectiv N.
Reazemul și racordarea suportului
Aici va fi analizată doar cea mai obișnuită dintre numeroasele soluții. La evaluare trebuie avute întotdeauna în vedere și forțele suplimentare care rezultă din abaterile de la calculele de rezistență mai mult sau mai puțin idealizate.
Sprijinirea simplă a unui element portant pe cordonul superior al unui alt element de construcție este luată în considerare atunci când este disponibilă o înălțime constructivă mare. Cazul normal este al unei legături rigide cu nituri sau șuruburi. În fig. 6 este prezentată sprijinirea normală a panei continue I în construcții, care evită de asemenea găurirea în tălpile înguste ale profilelor I. În cazul dat, elementele portante trebuie asigurate împotriva răsturnării, precum și împotriva forțelor transversale (fig. 7 și 8). În construcția de poduri, elementele portante sunt adesea cuplate (fig. 9); sprijinirea fixă a grinzii longitudinale pe grinda transversală (fig. 10). La forțe de reazem mai mari, elementele portante trebuie rigidizate cu corniere montate strâns sau cu profile sudate (fig. 8 până la 10). La elementele portante compuse, încărcarea trebuie transmisă în inimă.
Fig. 6 - Fixarea căpriorilor
Fig. 7 și 8
Fig. 9 și 10
Racordarea rebei: În fig. 11 și 12 sunt prezentate îmbinări ale grinzilor I, utilizate în construcții ca racorduri obișnuite. Decuparea primește o rotunjire mare, pentru a se evita fisurarea rebei grinzii. Încastrarea elastică a racordării rebei aduce o anumită creștere a capacității portante. Deformările descrise sunt, desigur, inofensive la solicitări predominant statice, de exemplu la podurile mai vechi.
Fig. 11. - Îmbinări normale ale grinzii I cu secțiunea terminală perpendiculară
Fig. 12 - Conexiuni normale cu capete tăiate ale grinzii I
Îmbinările rigide la încovoiere se execută când este necesară o legătură fără schimbarea unghiului (reazeme continue, colțuri rigide ale cadrelor) sau când există pericolul de rupere prin oboseală la încărcări variabile, mai ales la podurile de cale ferată. Se pot folosi lamele de continuitate, îmbinări rigide la încovoiere, colțuri rigide la încovoiere, colțuri de cadru.
- Lamelele de continuitate – Dacă trebuie conectate elemente de susținere aflate în același plan, atunci cele două talpe superioare se îmbină printr-o lamelă sau o bride de continuitate. Astfel, niturile îmbinării sunt eliberate de forțele de întindere și se evită deformările mari.
Fig. 13 - Racord cu lamelă pentru continuitate
Fig. 14 - Racordul consolelor longitudinale ale podului de pe autostradă; b) ale podului feroviar
- Îmbinări rigide la încovoiere – Acest tip de îmbinare se întâlnește la consolele pline ale pasarelelor podurilor rutiere. La momente mai mici, placa lor verticală este prinsă doar bilateral între cornierele de rigidizare ale grinzii principale. Momentul introdus se repartizează prin rigidizări pe întreaga înălțime a grinzii principale, respectiv se introduce în cordoanele ei ca un cuplu de forțe.
Fig. 15 și 16
- Colțuri rigide la încovoiere – Colțurile rigide la încovoiere dintre stâlpi și grinzi secundare în construcții trebuie proiectate astfel încât unghiul să rămână neschimbat și să nu apară niciun fel de depășiri locale ale tensiunilor. Legături sigure în colțuri se obțin, de exemplu, conform fig. 16 când se folosesc plăci laterale, sau conform fig. 100 când momentul de încastrare în zonele stâlpului este preluat ca un cuplu de forțe.
- Unghiurile ramei – La cadrele poligonale, prelungirea se poate executa în punctul de schimbare dacă diferența de unghi este mică; barele îmbinate se acoperă cu bride, ca în cazul barelor întinse și comprimate. Forțele de rotație sunt concentrate în punctul de schimbare și trebuie preluate de rigidizări. În fig. 101 să se observe diferența dintre acoperirea prelungirii și rigidizare, în funcție de sensul momentului de încovoiere și al forțelor de deviere. În cazul forțelor mari și al unei diferențe semnificative de unghi, se evită ca prelungirea să ajungă în partea puternic curbată a cadrului. Prelungirile lângă colțurile cadrului permit o formă constructivă mai bună și ușurează execuția. Exemplele cu prelungiri universale nituite de o parte și de alta a punctului de schimbare sunt date în fig. 102a și fig. 102b, în care unghiul este format dintr-o parte sudată. În fig. 103 este prezentată legătura rigidă la încovoiere a stâlpului ramei cu traversa continuă.
Fig. 17a
Fig. 17b
Îmbinări înclinate: La îmbinările analizate până acum, nervurile au stat reciproc perpendicular. Dacă însă unghiul nu este drept, atunci colțarele (fig. 18) se răsucesc; la unghiuri foarte ascuțite se folosesc piese de pană. Se folosesc bride de continuitate și piese de reazem, după caz, ca la îmbinările drepte. Tablele îndoite de legătură (fig. 19) sunt solicitate cu o excentricitate mare și cu forțe suplimentare importante. Execuția îmbinărilor oblice se ușurează când se folosesc plăcuțe de legătură sudate (fig. 20).
Fig. 18
Fig. 19
Fig. 20