Bärförmågan hos en bärande konstruktion begränsas i nästan alla fall av buckling av den tryckta flänsen. Detta inträffar först när flytgränsen har uppnåtts efter att spänningarna jämnats ut över hela den tryckta flänsen. Endast med kraftigt lateralt stöd kan den tillåtna randspänningen höjas till området för konstruktionsstålets förhärdning. Vid bedömning av bärförmågan måste den verkliga spänningsfördelningen beaktas. Med antagande om linjär spänningsfördelning skulle bärförmågan underskattas. Instabilitetsfenomen bör undersökas särskilt.
Avdrag för hål i böjbelastade balkar
På bärarens dragna sida uppstår en försvagning av tvärsnittet som hos dragna stänger (bristning av den dragna remsan längs det försvagade tvärsnittet). För urtagning av hål gäller i detta avseende samma regler som för en dragen stång.
Eftersom hål fyllda med nitar på balkens tryckta sida endast i mycket liten grad påverkar spännings- och töjningsfördelningen, och bärförmågan huvudsakligen begränsas av sidoutknäckning av den tryckta flänsen, har storleken på tvärsnittets försvagning hos balkar med symmetriska tvärsnitt inte någon större inverkan på bärlasten. Därför ställde redan F. Hartmann frågan om det över huvud taget är nödvändigt att vid symmetriska balkar ta hänsyn till försvagningen genom hål. Vid osymmetriska tvärsnitt (den tryckta sidan starkare) kan avdraget för hål på balkens dragna sida bli avgörande för bärförmågan. Vid ofta upprepade belastningar har hål en betydande inverkan, även när de ligger på större avstånd från ytterfibrerna.
I dag används brutto- och nettotvärsnitt vid beräkningen av tvärsnittets bärförmåga i böjning (utöver andra relevanta brottformer). Brott i brutto tvärsnitt uppstår i den del av tvärsnittet som inte försvagats av hål. Brott i netto tvärsnitt uppstår i det tvärsnitt som försvagats av hål, och den yta som beaktas är bruttoytan minskad med arean av alla öppningar.
Nitar i halsen och i huvudet
Vid böjning uppträder, förutom normala spänningar, även skjuvspänningar som hos balkar med parallella liv är proportionella mot tvärkraften Q. I sammansatta tvärsnitt upptas skjuvspänningarna i kontakt-ytorna mellan de enskilda valsade profilerna av nitarna som förenar dem. Fördelningen av skjuvkraften T i livet är parabolisk, i flänsarna nästan rätlinjig. Hos balkar med kraftiga flänsar skiljer sig T i livet endast litet från medelvärdet Tm, som ofta är tillräckligt för en första bedömning.
Fig. 1
Nitarna i huvudena (fig. 1b) ska tillsammans ta upp kraften från livsplåten TK < TH. Kraften från livsplåten mellan de enskilda bärplåtarna är ännu mindre och fördelas i fallet på fig. 1c på ett större antal nitar.
Förlängning av bärverk
Längsgående skarv av vertikala plåten behövs när plåtens höjd är större än de tillgängliga plåtsektionernas bredd. Den kan också vara nödvändig med hänsyn till tillverkning och transport. Klämmor och nitar i en bärares längsgående skarv ska ta upp samma kraft TL som en oskarvad plåt skulle ha i den längsgående skarven. Eftersom försvagningarna av hålen i klämman är lika stora som i den vertikala plåten, måste klämmans tjocklek vara större än eller lika med ribbans tjocklek.
Fig. 2 - Längsgående förlängning av den vertikala plåten
Den tvärgående skarven under böjbelastning kan på olika sätt täckas med förband. Fig. 3 visar flera möjligheter till verkstadsskarv, där endast den vertikala plåten är skarvad. Om förbanden endast ligger mellan flänsvinklarna (fig. 3a), blir remsor av den vertikala plåten under flänsvinklarna utan täckning. Då belastas vinklarna och nitarna i området för den vertikala plåtens skarv betydligt mer, därför bör denna typ av skarvar begränsas till mindre viktiga förbindelser med små krafter. En helt täckt skarv bör alltid prioriteras. Särskilda förband på vinklarnas vertikala ben tar upp längsspänningarna i denna remsa, men deltar endast i ringa grad i upptagningen av tvärkraften. En viss förbättring i detta ger fig. 3c. Vid stora krafter bör man eftersträva förband över hela den vertikala plåtens höjd (fig. 3d), vilket förutsätter att flänsvinklarna måste avbrytas. Förbanden får samma tjocklek som vinkelnbens tjocklek; vid stora vinkeltjocklekar används utjämningsplattor för att spara onödig tjocklek i förbandet.
Fig. 3 - Tvärskarv (verkstadsutförd) av vertikal plåt
Vertikal plåtskarv under belastning av tvärkraft: Balken är vid skarvstället endast belastad av Q (M = 0). För en skarv med lika stora nitaravstånd (fig. 4) bör man anta att krafterna i nitarna NiQ ungefär motsvarar respektive ytelement e*t i skarvförbandet, dvs. att krafterna i nitarna är fördelade liksom skjuvspänningarna längs balkens höjd, NiQ = e*t*τi = e*Ti. Vid dimensionering räknar man dock med en jämn fördelning på alla n nitar NiQ = Q/n.
Fig. 4 - Fortsättning av den vertikala plåten med fördelning av tvärkraften
Sl. 5 visar verkstadsutfört_ skarvstycke för den vertikala plåten (flänsvinklarna och lamellerna har skarvats på annat ställe).
Fig. 5
Böjning med normalkraft: Bärverk som samtidigt belastas av böjmoment och normalkrafter dimensioneras enligt samma principer och under antagandet om en linjär spänningsfördelning. Vid fullständigt bortseende från nitarna i båda flänsarna beror det verksamma tvärsnittet och neutralaxelns läge inte på lastfallet, så att spänningarna från M och N enkelt kan summeras. Belastningen av nitarna nedan erhålls genom superposition av krafter från de partiella lastfallen M, resp. N.
Bärning och anslutning av balken
Här kommer endast den vanligaste av de många lösningarna att behandlas. Vid bedömningen bör man alltid beakta de tilläggskrafter som uppstår genom avvikelser från mer eller mindre idealiserade hållfasthetsberäkningar.
Enkel upplagning av en bärverksdel på den övre flänsen av något annat byggnadselement kommer i fråga när det finns en stor byggnadshöjd att tillgå. Det normala fallet är en fast förbindelse med nitar eller bultar. På fig. 6 visas normal upplagning av kontinuerliga I-bjälkar i byggnadsteknik, vilken också undviker borrning i de smala I-flänsarna. Bärverken ska i förekommande fall säkras mot välvning samt mot tvärkrafter (fig. 7 och 8). Inom brobyggnad sammanpareras bärverk ofta (fig. 9); fast upplagning av en längsgående bärverksdel på en tvärbärverksdel (fig. 10). Bärverken ska vid större upplagskrafter förstyvas med passade vinkelprofiler eller påsvetsade profiler (fig. 8 till 10). Hos sammansatta bärverk ska lasten ledas in i livet.
Fig. 6 - Fastsättning av takstolar
Fig. 7 och 8
Fig. 9 och 10
Fäste för livet: På fig. 11 och 12 visas förbindelser för I-balkar, som används i byggnadsindustrin som normala anslutningar. Utskärningen får en stor avrundning för att undvika sprickbildning i balklivet. Den elastiska inspänningen genom livsförbindelsen medför en viss ökning av bärförmågan. De beskrivna deformationerna är visserligen ofarliga vid huvudsakligen stillastående belastning, såsom t.ex. hos äldre broar.
Sl. 11. - Normala anslutningar för I-balk med vinkelrät ändsnitt
Fig. 12 - Normala anslutningar med avskurna ändar på I-balken
Böjstyva förbindelser utförs när en förbindelse utan vinkeländring krävs (kontinuerliga bärverk, styva hörn i ramar) eller när det finns risk för utmattningsbrott vid varierande belastning, särskilt i järnvägsbroar. Man kan använda kontinuitetslameller, böjstyva anslutningar. böjstyva hörn, ramhörn.
- Kontinuitetsplåtar – Om man behöver ansluta bärverk som ligger i samma plan, sammanfogas båda övre flänsarna med en plåt eller kontinuitetsförband. Därigenom befrias förbandets nitar från dragkrafter och stora deformationer undviks.
Sl. 13 - Anslutning med lamell för kontinuitet
Fig. 14 - Anslutning av längsgående bärverk a) för en motorvägsbro; b) för en järnvägsbro
- Böjstyva förband – Denna typ av förband förekommer vid fulla konsoler för gångbanor på vägbroar. Vid mindre moment är den vertikala plåten endast tvåsidigt ansluten mellan vinklarna som styvar huvudbäraren. Det påförda momentet fördelas genom styvningen över hela huvudbärarens höjd, dvs. införs i dess flänsar som en kraftkoppling.
Fig. 15 och 16
- Vinklar styva vid böjning – Vinklar styva vid böjning mellan pelare och balkar i byggnadstekniken bör konstrueras så att vinkeln är oföränderlig och så att inga lokala spänningsöverskridanden uppstår. Tillförlitliga förband i hörn uppstår t.ex. enligt fig. 16 när flänsplåtar används eller enligt fig. 100 när inspänningsmomentet i pelarens liv upptas som ett kraftpar.
- Hörn i ramar – På polygonala ramar kan en skarv utföras vid brytpunkten om vinkelskillnaden är liten; sammanfogade stänger täcks med bandage som dragna och tryckta stänger. Vridskrafterna koncentreras till brytpunkten och måste tas upp av avstyvningar. På fig. 101 bör man fästa uppmärksamhet vid skillnaden i hur skarven täcks och avstyvningen, beroende på böjmomentets riktning och skärkrafterna. Vid stora krafter och betydande vinkelskillnad undviker man att skarven kommer in i en starkt krökt del av ramen. Skarvar nära ramhörnen medger en bättre konstruktiv utformning och underlättar tillverkningen. Exempel med nitade universalskarvar på båda sidor om brytpunkten visas i fig. 102a och fig. 102b, där vinkeln består av en svetsad del. På fig. 103 visas en böjningsstyv förbindelse mellan en ramstolpe och en kontinuerlig tvärbalk.
Fig. 17a
Fig. 17b
Sneda anslutningar: På de anslutningar som hittills behandlats har ribborna stått vinkelrätt mot varandra. Om vinkeln däremot inte är rät, vrids vinkeljärnen (fig. 18), och vid mycket spetsiga vinklar används kilformade mellanlägg. Använd kontinuitetsförbindningar och upplagstycken i förekommande fall som vid raka anslutningar. Böjda anslutningsplåtar (fig. 19) är förenade med stor excentricitet och betydande tilläggskrafter. Utförandet av sneda anslutningar underlättas när påsvetsade anslutningsplattor används (fig. 20).
Fig. 18
Fig. 19
Fig. 20