Конструирование элементов балочной клетки

= =15,66 см. Принимаем 18 см.

Окончательные размеры уменьшенного сечения:

h=110 см,   h_w =106 см,   t_w=1,2см,  b_f1=18 см,    t_f =2 см. 

Уточняем  значение площади сечения пояса:

A_f1 =18∙2= 36 см². 

Вычисляем геометрические характеристики уменьшенного сечения

= =329054 см⁴;

= =5982,8 см³.

Проверяем прочность сварного стыкового шва  в месте изменения  сечения. 

    = =17,93 кН/см² < 0,85∙23=19,55 кН/см².

Проверяем прочность балки в месте изменения  сечения по приведенным напряжениям  от совместного действия М₁ и Q₁ , предварительно определив , и S_f1:

= =17,279 кН/см²;

= =1944 см³;

= =2,1126 кН/см²;

где - нормальные напряжения в уровне поясных швов, - касательные напряжения в уровне поясных швов, S_f1- статический момент уменьшенного пояса.

,

      Прочность балки в месте изменения сечения  обеспечена.

4.4.1 Проверка прочности по касательным напряжениям на опоре

 

Вычисляем статический момент полусечения  балки на опоре:

            S₁ =(b_f1t_f) +( ) = (18 ) + =3114,42 см³.

Проверка  прочности по касательным напряжениям:

= =3,198 кН/см² < 0,58·23∙1=13,34 кН/см².

Прочность балки на опоре обеспечена. 
 

4.5 Расчет поясных швов

 

Сдвигающую  силу, приходящуюся на 1 см длины шва определяем:

             = =3,99 кН/см.

Принимаем электроды Э46,

R_wf=20кН/см² – расчётное сопротивление срезу по металлу шва, ,  

R_wz=0,45·36=16,2 кН/см² – расчетное сопротивление срезу по металлу границы сплавления, ,    γ_wf=γ_wz=γ_c=1

Для определения  опасного сечения углового шва сравниваем произведения:

= =22 кН/см² - по металлу шва;

=1,15·16,2·1=18,63 кН/см² - по металлу границы сплавления.

                  18,63 кН/см² < 22 кН/см².

          Опасное сечение проходит по  металлу границы сплавления, проверку необходимо выполнять по:

          ,       

где n - число швов, n=2 при двустороннем поясном шве. 

    Задаемся минимальным катетом  исходя из толщины свариваемых  элементов - k_f = 6 мм, и проверяем прочность сварного шва:

3,99 < 2·1,15·0,6·16,2·1=22,356 - прочность шва обеспечена при катете шва k_f = 6 мм.

4.6 Проверка общей устойчивости главной балки

 

     Для рабочих площадок промышленных зданий чаще всего используются пониженное сопряжение балок или сопряжение в одном уровне, при которых передача нагрузки на главные балки происходит не только через другие балки, но и непосредственно через настил, непрерывно опирающийся  на верхний сжатый поиск балки и удерживающий балку от потери устойчивости. Таким образом, проверки общей устойчивости балки не требуется, что соответствует требованиям норм п.5.16 [4].

4.7 Проверка местной устойчивости стенки и конструирование ребер жесткости

 

     Толщина стенки назначалась из условия укрепления ее только поперечными ребрами жесткости.

С целью  выяснения необходимости проверки местной устойчивости стенки, определяем ее условную гибкость и проверяем  выполнения условия:

            , где h_ef = h_w, t = t_w.

            - местная устойчивость стенки обеспечена, проверка не требуется.

Так как  =3,01 < 3,2 - стенку следует укреплять поперечными ребрами жесткости на расстоянии не более 2,5h_ef =2,5·106=265 см.  Если поперечные ребра ставить только в местах крепления к главной балке второстепенных балок, шаг которых 300 см, это условие не выполняется, поэтому принимаем шаг ребер жесткости 150 см. 

Определяем  размеры ребер жесткости: ширина ребра b_h =1060/30+40 = 75 мм.

Из  расчета  крепления  вспомогательной  балки  болтами  нормальной точности  d=18 мм  вычисляем минимальную ширину ребра:

 b_min = 3d_отв+10=3·18+10=64 мм.  Окончательно назначаем ширину ребра 80 мм.

      Толщина ребра t_s = = =0,5346 см. 

В соответствии с сортаментом на листовую сталь  принимаем t_s=6 мм.

4.8 Расчет опорного ребра главной балки

 

      Ширину  опорного ребра принимаем равной ширине уменьшенного сечения пояса: b_h = b_f1 = 18 см.  Толщину опорного ребра вычисляем из расчета на смятие, предварительно определив расчетное сопротивление смятию  R_p = R_u = 35 кН/см².    

= =1,073 см,

Принимаем t_h = 1,5 см.

Выступающая часть опорного ребра a_h < 1,5t_h = 1,5·1,5 = 2,25 см.

Принимаем a_h=2 см.

Устойчивая  часть стенки, включающаяся в работу ребра на продольный изгиб

              =21,547 см.

      Площадь сечения условной стойки: 

А=b_ht_h+ct_w=18×1,5+21,547·1,2=52,8564 см²

      Момент  инерции опорного ребра относительно оси y-y:

J_y = t_hb_h³/12+ ct_w³/12=(1,5∙18³)/12+(21,547×1,2³)/12=732,103 см⁴

      Радиус  инерции:

см.

      Высота  опорного ребра:

h_h=h+a_h-t_f =110+2-2=110 см.

      Гибкость  опорного ребра из плоскости балки:

l_y=h_h/i_y =110/3,7216=29,557 

Коэффициент продольного изгиба j - по табл. 72 [4], j = 0,9343.

      Проверяем устойчивость опорного ребра:

            s= R_pg_c= =13,68 кН/см² < R_yg_c=23 кН/см² - устойчивость опорного ребра обеспечена. 

      Проверяем крепление опорного ребра к стенке балки по формуле:

                    , где l_w - расчетная длина шва, принимаемая с учетом неравномерной работы сварного шва по длине.

          Принимаем автоматическую сварку  электродами Э46, расчетное сопротивление  металла шва R_wf = 20 кН/см² по табл. 56 [4].  Катет шва назначаем k_f = 1см, b_f = 1,1 по табл. 34* [4].  l_w = 85k_fb_f =85·1·1,1=93,5

             3,28 кН/см² ≤ 20 кН/см² - прочность шва обеспечена с большим запасом. По табл. 38 [4] принимаем минимально возможный катет k_f = 6 мм и выполняем проверку: l_w = 85k_fb_f =85·0,6·1,1=56,1

20 кН/см². 

      Окончательно  принимаем шов k_f = 6 мм.

      Учитывая  большой запас прочности, проверку шва по металлу границы сплавления можно опустить.

4.9 Укрупнительные стыки балок

 

      Из  соображений удобства доставки с  завода изготовителя на монтажную площадку тем или иным видом транспорта главная балка может быть изготовлена  в виде двух отправочных элементов, а на монтажной площадке собрана с помощью укрупнительного стыка.

      Чтобы получить два одинаковых отправочных  элемента укрупнительный стык обычно устраивают в середине пролета.

1. Конструирование стыка на монтажной  сварке.

      Сварной укрупнительный стык конструируют таким  образом, чтобы сжатый пояс и стенка стыковались прямым швом, и растянутый пояс - косым под углом 60⁰ . Такой стык при правильном выборе сварочных материалов будет равнопрочным основному сечению балки и может не рассчитываться.

     Чтобы уменьшить сварочные напряжения сначала сваривают поперечные стыковые швы стенки и поясов, имеющие наибольшую поперечную усадку. Оставленные не заваренными на заводе участки поясных швов длиной около 500 мм дают возможность поясным листам несколько вытянуться при усадке швов.

Последними заваривают угловые швы, имеющие небольшую  продольную усадку.

4.9.2   Расчет укрупнительного стыка на высокопрочных болтах

 

      Исходные  данные: запроектировать стык главной  балки на высокопрочных болтах d=16 мм из стали 40ХС «селект», R_bun=135 кН/см². Стык расположен в середине пролета главной балки.  Изгибающий момент в сечении М=202751 кН∙см.

      Обработка  поверхности  -  газопламенная, g_В = 0,9,  g_h = 1.02, m=0,42[4].

          

Рис. 4.8   Укрупнительный стык на высокопрочных болтах. 

      Определяем  несущую способность одного высокопрочного болта по:     

где R_bh - расчетное сопротивление высокопрочного болта на растяжение, определяемое по п. 3.7. [4] по формуле R_bh=0,7R_bun, где R_bun - наименьшее временное сопротивление болта разрыву, принимаемое по табл. 61^* [4]; - коэффициент трения, табл. 36 [4]; γ_h - коэффициент надежности, табл. 36 [4]; А_bh - площадь сечения болта нетто, табл. 62 [4]; γ_b - коэффициент условий работы соединения, зависит от количества болтов необходимых для восприятия расчетного усилия, принимается равным: 0.8, при n<5;  0.9 при 5<n<10; 

1.0 при  n>10;  k - число поверхностей трения.

Q_bh = =127,46 кН. 

Стык поясов: 

      Каждый пояс балки перекрывается  тремя накладками, одной сечением b_нt_н, где b_н=b_f и t_н=1/2t_f+0,2 см и двумя – шириной b_н=1/2(b_f-4) и толщиной t_н=1/2t_f+0,2см. Назначаем размеры сечения накладок, перекрывающих пояса балки: верхняя накладка 26´1,2 см² и две нижние 11´1,2 см².

      Изгибающий  момент, воспринимаемый поясами:

= =145577,69 кН×см

      Расчетное усилие в поясе:

= =1348 кН

      Количество  болтов для крепления накладок:

= =10,57 принимаем 12 болтов.

            Площадь сечения пояса на краю стыка с учетом ослабления двумя отверстиями