Балка в технике

Балка (от голл. balk) в технике, конструктивный элемент, обычно в виде бруса, работающий главным образом на изгиб. Б. широко применяют в строительстве и машиностроении: в конструкциях зданий, мостов, эстакад, транспортных средств, машин, станков и т. д. Изготовляются Б. в основном из железобетона, металла и дерева. В зависимости от числа опор и характера опорных закреплений различают Б.: однопролётные, многопролётные, консольные, с заделанными концами, разрезные, неразрезные и др. (рис. 1). По форме поперечного сечения различают Б. прямоугольные, тавровые, двутавровые, коробчатые и др. Наиболее выгодные (по несущей способности и по расходу материала) поперечные сечения Б., например двутавровое и коробчатое, характеризуются концентрацией материала у верхнего и нижнего краев сечения, где действуют максимально нормальные напряжения при изгибе (рис. 2). Прямоугольные сечения целесообразны при относительно большой высоте и малой ширине Б.

Б. может иметь постоянное по размеру или переменное сечение; последнее позволяет уменьшить её массу. По назначению Б. разделяют на основные (продольные, перекрывающие пролёт между опорами) и вспомогательные (поперечные, перекрывающие расстояния между др. Б.). Система продольных и поперечных Б. наз. балочной клеткой.

Железобетонные Б. изготовляют монолитными и сборными. Монолитные Б. конструируются в большинстве случаев как многопролётные неразрез-иые, обычно имеют прямоугольное или тавровое сечение; последнее чаще встречается в ребристых конструкциях (при монолитной связи Б. с плитой), реже ‒ в виде самостоятельных Б. В сборном железобетоне широко применяют однопролётные Б. различных сечений: прямоугольного, таврового, двутаврового, полого, п-образного и т. д. Сборные многопролётные неразрезные Б. выполняются из неск. элементов, соединяемых в процессе монтажа. Получили распространение предварительно напряжённые железобетонные Б.

Металлические Б. применяют главным образом при тяжёлых нагрузках. Наиболее эффективны металлические Б. двутаврового (прокатные и составные) и коробчатого (составные) сечения. Составные Б. могут иметь практически неогранич. высоту и несущую способность.

Деревянные Б. служат обычно для перекрытия небольших пролётов в виде однопролётных и разрезных конструкций. Выполняются из досок, брусьев, брёвен; для увеличения несущей способности конструкций применяют составные сечения на шпонках, нагелях или клеёные.

Расчёт Б. обычно производят на прочность, жёсткость и устойчивость по законам сопротивления материалов. Б. рассчитывают на нагрузки: постоянную (от собств. массы и массы опирающейся на неё конструкции) и временную или полезную. Определение опорных реакций, изгибающих моментов, поперечных сил и прогибов в статически определимых Б. производится аналитически или графически на основе уравнений равновесия. Статически неопределимые неразрезные Б. рассчитывают обычно с помощью трёхчленных уравнений (уравнения трёх моментов) при жёстких опорах и пятичленных ‒ при упруго смещающихся. Для расчёта Б., лежащих на податливом (например, грунтовом) основании, пользуются расчётными моделями основания (см. Основания сооружений). Подбор поперечного сечения Б. производят в основном из условия восприятия изгибающего момента (нормальных напряжений). Кроме того, сечение проверяют на действие поперечной силы (касательных напряжений) и главных напряжений. В отдельных случаях рассчитывают Б. на устойчивость. Определение касательных напряжений в Б. впервые было предложено русским инженером Д. И. Журавским.

Лит. см. при статьях Сопротивление материалов, Железобетонные конструкции и изделия. Металлические конструкции. Деревянные конструкции.

Л. В. Касабьян.