Консольная балка – это жесткий конструктивный элемент, поддерживаемый с одного конца и свободный с другого, как показано на рисунке 1. Консольная балка может быть изготовлена из бетона или стали, один конец которой залит или закреплен на вертикальной опоре. Это горизонтальная балочная конструкция, свободный конец которой подвержен вертикальным нагрузкам.
Консольная балка, один конец которой закреплен, а другой свободен
В зданиях консоль строится как продолжение непрерывной балки, а в мостах – как сегмент консольной балки. Она может быть построена как в монолитном исполнении, так и сегментным методом с предварительным напряжением.
Консольная конструкция позволяет создавать нависающие конструкции без дополнительных опор и креплений. Этот конструктивный элемент широко используется при строительстве мостов, башен и зданий и может придать сооружению неповторимую красоту.
Эта статья объясняет некоторые важные структурные действия и основные понятия консольной балки в строительстве.
Структурное поведение консольной балки
Консольная балка изгибается вниз при воздействии вертикальной нагрузки, как показано на рисунке 2. Консольная балка может быть подвержена точечной, равномерной или переменной нагрузке.
Изгиб консольной балки вниз под действием нагрузки “F” на свободном конце
Независимо от типа нагрузки, она изгибается вниз, создавая выпуклость вверх. Этот изгиб создает напряжение в верхнем волокне и сжатие в нижних волокнах. Поэтому основное армирование производится в верхнем волокне бетонной балки, так как там возникает высокое растягивающее напряжение, как показано на рисунке 4.
Диаграмма сдвигающей силы (SF) и изгибающего момента (BM) консольной балки
Сдвигающая сила на любом участке консольной балки является суммой нагрузок между участком и свободным концом. Изгибающий момент в данном сечении консольной балки равен сумме моментов всех нагрузок, действующих между сечением и свободным концом.
Рассмотрим консольную балку AB длины ‘l’, подверженную точечной нагрузке ‘W’ на конце B. На расстоянии ‘x’ от свободного конца B расположен участок X-X. Тогда сдвигающая сила на участке X-X равна Rx. Тогда поперечная сила на участке X-X равна Rx, что равно W, а изгибающий момент на участке X-X равен Mx, что равно W.x.
Диаграмма изгибающей и сдвигающей силы консольной балки с точечной нагрузкой на свободном конце
Сдвигающая сила на неподвижной опоре A определяется путем сохранения сечения в точке A, что дает сдвигающую силу Ra=W; и момент Ma = W.l., на основе которых строится диаграмма сдвигающей силы и изгибающего момента.
Изгибающий момент консольной балки максимален на неподвижном конце и уменьшается до нуля на свободном конце. Для проектирования консольной балки конструкции определяется диаграмма изгибающих и сдвигающих усилий для всех возможных комбинаций нагрузок. Нагрузка, приложенная к балке, представляет собой комбинацию мертвой нагрузки и живой нагрузки в соответствии с нормами проектирования.
Конструкция консольной балки
Консольная балка под действием структурной нагрузки подвергается напряжениям момента и сдвига. Целью любого процесса проектирования является безопасная передача этих напряжений на опору.
Структурное поведение консольной балки
Изгибающий момент консольной балки изменяется от нуля на свободном конце до максимального значения на неподвижной концевой опоре (рис. 3). Следовательно, при проектировании консольных балок основное армирование обеспечивается верхним волокном бетонной балки, чтобы безопасно выдерживать растягивающее напряжение.
Максимальный пролет консольной балки обычно зависит от следующих факторов:
Обычно для небольших консольных балок пролет ограничивается 2-3 м. Но пролет может быть увеличен либо за счет увеличения глубины, либо за счет использования стальной или предварительно напряженной конструкции. Пролет может быть длинным, при условии, что конструкция может противодействовать моментам, создаваемым консолью, и безопасно передавать их на землю. Детальный анализ и проектирование конструкции может помочь изучить возможность применения длиннопролетных консольных балок.
Консольная балка должна быть правильно закреплена на стене или опоре, чтобы уменьшить эффект опрокидывания.
Применение консольных балок в строительстве
Консольные балочные конструкции используются в следующих областях:
Применение консольных балок в зданиях и мостовых балках
Преимущества и недостатки консольных балок
Важными преимуществами консольных балок являются:
Недостатками консольных балок являются:
Часто задаваемые вопросы
Что такое консольная балка?
Консольная балка – это жесткий конструктивный элемент, который опирается на один конец и свободен на другом. Консольная балка может быть изготовлена из бетона или стали, один конец которой залит или закреплен на вертикальной опоре. Это горизонтальная балочная конструкция, свободный конец которой подвергается воздействию вертикальных нагрузок.
Каков максимальный пролет консольных балок?
Обычно для небольших консольных балок пролет ограничивается 2-3 м. Но пролет может быть увеличен либо за счет увеличения глубины, либо за счет использования стальной или предварительно напряженной конструкции. Пролет может быть длинным, при условии, что конструкция может противодействовать моментам, создаваемым консолью, и безопасно передавать их на землю. Детальный анализ и проектирование конструкции может помочь изучить возможность применения длиннопролетных консольных балок.
Как ведет себя консольная балка под нагрузкой?
Консольная балка изгибается вниз, когда подвергается вертикальной нагрузке. Она может быть подвержена точечной, равномерной или переменной нагрузке.
Независимо от типа нагрузки, она изгибается вниз, создавая выпуклость вверх. Этот изгиб создает напряжение в верхнем волокне и сжатие в нижних волокнах. Следовательно, при проектировании консольных балок основное армирование обеспечивается верхним волокном бетонной балки, чтобы безопасно выдерживать растягивающее напряжение.
Консольные балки и фермы – применение и преимущества
Что такое боковое кручение в балках?
Ламинаты из углепластика для усиления RC-балок на сдвиг
Читайте далее:- Консольные балки и фермы – применение и преимущества.
- Концепция проектирования высотных зданий из железобетона.
- Армированный фибробетон – виды, свойства и преимущества армированного фибробетона.
- Основы проектирования балок.
- Характеристики балок для их анализа и проектирования.
- Строительные технологии для возведения уравновешенного консольного моста.
- Высотные сооружения.