Расчёт сварной балочной клетки

 

Рис. 5  Расчётная схема балки

 

Сначала определим опорные моменты балки:

 

Таблица 4

Коэффициенты  для опорных моментов

Тогда воспользовавшись справочными данными:

 

- (прогиб от нагрузки);

 

- (прогиб от моментов).

Суммарный прогиб

 

Предельно допустимый относительный прогиб балки для  длины 6 м установлен из таблицы приложения 2.2 СНиП II 23-83

Так как фактическая стрелка прогиба значиельно меньше допускаемой, то конструкция вспомогательной и пролётной балки спроектирована верно.

 

 

4.1.6 Устойчивость вспомогательной балки

 

Общая устойчивость балки обеспечена настилом, опирающимся на её сжатый пояс и  жёстко с ним соединенная.

Местная устойчивость элементов сечения  вспомогательной балки не проверяется, поскольку она обеспечена их большими толщинами.

 

 

 

 

 

 

4.2. Расчёт главных балок

 

Расчётная схема главной балки зависит  от принятого типа балочной клетки. Если сил в пролете более пяти, то можно вместо силы F ввести при расчете равномерно распределëнную нагрузку  q.

Расчётная схема может быть представлена как  двухопорная, свободно – закреплённая, нагруженная в местах сопротивления со вспомогательными балками.

 

 

 

4.2.1 Определение  количества силовых участков

 

  - количество силовых участков.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.2.2. Определение  опорных реакций для вспомогательных  балок

 

Рис.4  Расчётная  схема главной балки, эпюры моментов и перерезывающих сил

 

Исходя из, возможно, наиболее опасного случая расположения груза на площадке, определим опорные  реакции для вспомогательных  балок.

 

 

Таблица 5

Значения  коэффициентов для расчёта опорных  реакций

 

 

 

 

4.2.3. Определение суммарного перерезывающего усилия

 

 

 

 

4.2.4. Определение реакций главной балки

 

 

 

4.2.5. Определение перерезывающей силы на опоре главной балки

 

 

 

4.2.6. Определение перерезывающих усилий на каждом участке

 

 

 

 

 

4.2.7. Определение  изгибающих моментов

 

 

 

 

 

 

4.3. Определение  высоты главной балки

 

Определение размеров сечения главной балки  следует начинать с выбора её высоты, являющейся одним из главных размеров её поперечного сечения. Высоту вертикального  листа выбирают исходя из условий  обеспечения требуемой жёсткости  и наименьшего веса. Из этих двух условий, первое является обязательным, т.к. оно определяется требованиями технических условий, а второе –  только желательным, поэтому второе решение должно быть подчинено первому.

Условие обеспечения  необходимой жёсткости балок  вытекает из заданных техническими условиями  ограничений по прогибу.

 

4.3.1. Определение  условия жёсткости главной балки

 

 

4.3.2. Определение высоты вертикального листа из условия жесткости

 

 

Величину  стенки рассчитываем, лавируя значением  толщины стенки, принимая в качестве минимального 0,6 см и максимального 3,2 см, с шагом 0,2 см.

 

 

 

 

4.3.3. Определение допустимых значений отклонения высоты от расчётной

 

Можно допускать  отклонения от полученных значений h_i в пределах . Это не вызывает повышения веса более чем на 2%, что соответствует степени обычно для подобных расчётов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.3.4. Определение окончательной высоты

 

 

 

4.3.5.Определение площади стенки поперечного сечения вертикального листа

 

 

 

 

 

 

 

 

4.3.6. Определение величины отстояния горизонтальных ребер жесткости

 

Стремление  уменьшить толщину вертикального  листа приводит к применению дополнительных горизонтальных ребер жёсткости, которые, уменьшая размеры сжатых участков пластинки, являются средством повышения устойчивости стенки.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 6

Таблица сводных  значений

tw, см	hi, см	hок, см	Аwi, см2	b2, см
0,6	189,31	151,45	90,87	30,29
0,8	162,64	130,11	104,09	26,02
1,0	146,64	117,31	117,31	23,46
1,2	133,86	107,09	128,50	21,41
1,4	123,93	99,14	138,80	19,82
1,6	115,92	92,74	148,39	18,54
1,8	109,29	87,43	157,39	17,48
2,0	103,69	82,95	165,90	16,59
2,2	98,86	79,09	174,00	15,81
2,4	94,65	75,72	181,74	15,14
2,6	90,94	72,75	189,16	14,55
2,8	87,63	70,10	196,30	14,02
3,0	84,66	67,73	203,19	13,54
3,2	80,97	65,57	209,85	13,11

При выборе толщины  вертикального листа следует  иметь ввиду, что по производственным и эксплуатационным условиям, листы толщиной менее 6 мм для элементов конструкций не применяются.

 

 

Практически применяемые толщины в соответствии с существующими ГОСТ      Таб.7

Общая толщина h, см	1,0	1,25	1,5	1,75	2,0	2,5	3,0
Толщина стенки tw, см	8…10	9…10	10…12	12…14	14	14…16	16…18
Гибкость стенки Λw	125…100	140…125	150…125	140…125	145	180…150	180…160

 

 

4.4. Определение размеров поясов

 

В сечении  на опоре размеры вертикальной сетки  будут определяться условиями прочности  при действии касательных напряжений, создаваемых перерезывающей силой.

Основное  значение при этом имеет стенка, а пояса почти не принимают  участия в работе. Если влиянием поясов пренебречь и считать касательные  напряжения равномерно распределёнными  по площади сечения стенки, то формула  для определения касательных  напряжений будет иметь вид

 

 

 

Тогда сравним  принятую толщину стенки с минимальной  толщиной стенки из условия её работы на срез:

 

Расчет для  вертикального листа:

 

Принимаем по ГОСТ 19903-74^*

 

 

Расчет для  пояса:

 

         

По ГОСТ 82-70^* принимаем:   

Определим площадь  сечения пояса:

 

 

Проверим  выполнение требования местной устойчивости сжатого пояса:

 

      → 3,78 < 7,2 → местная устойчивость

 

 

Находим момент инерции относительно оси X:

 

 

 

 

Произведем  проверку на прочность:

 

    _1,4%<3%

 

→

 

Проверка  на прочность обеспечена.

 

4.5. Изменение размеров сечения главной балки

 

Для экономии материала целесообразно изменять размеры сечения балки по пролёту  в соответствии с изменением значения изгибающего момента. Изменение  достигается путём изменения  размеров поясов вертикального листа.

 

4.5.1. Определение места изменённого сечения

 

Для балки  на двух опорах с равномерно распрелённой нагрузкой расстоянием - определяется расположением стыка, при котором достигается наибольшая экономия веса. Для случая нагружения балки сосредоточенным грузом, приложенным в середине пролёта, наиболее выгодное расположение стыка определяется расстоянием.

 

 

Сечение изменяем уменьшением ширины поясов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 Соединение  листовых поясов осуществляем  сварным швом в стык электродами Э42А без применения физических методов контроля качества шва.

 

 

 

Расчётный момент и поперечная сила в сечении z = 3м:

 

 

 

 

 

4.5.2. Определение требуемого момента сопротивления и площади пояса

 

 

 

 

4.5.3. Определение ширины изменённого пояса

 

Принимаем пояс       

 

Лист по 40*240 по ГОСТ 82-70^*

 

Проверим  выполнение конструктивных требований:

 

                                             

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.5.4. Определение геометрических характеристик изменённого сечения

 

 

 

 

 

4.5.5. Определение нормальных и касательных напряжений в стенке на уровне поясных швов

 

 

 

 

 

21,28 < 27,6 → прочность обеспечена.

 

 

 

Проверим  жёсткость балки с учётом изменения  ширины сечения:

 

            

5,5 < 8  → жёсткость обеспечена.

 

 

 

 

4.5.6. Проверка общей и местной устойчивости составных балок

 

Балки настила  опираются на верхний пояс главной  балки с двух сторон. Для воспрепятствования отгиба поясов балки предусмотрены  парные симметричные ребра жёсткости.

 

Рис. Конструкция  поперечных промежуточных рёбер  жёсткости

 

Ребра жёсткости  привариваются к стенке и поясам непрерывными угловыми швами, катет которых принимают из условий качественного провара Kf = 6мм.

 

Условная  гибкость стенки:

 

 

Шаг рёбер  жёсткости:

 

 

Определение ширины зоны пластических деформаций:

 

 

 

 

 

Местная устойчивость первого отсека обеспечена.

 

Для укрепления стенки применяем поперечные рёбра  из полосовой стали по ГОСТ 103-76

 

по ГОСТ 103-76 принимаю

 

 по ГОСТ 103-76 принимаю 

 

Принимаю  парные рёбра из полос 6 х 85мм по ГОСТ 103-76

 

 

4.6. Расчёт деталей и узлов балок

 

Определение реакции главной балки:

 

;

 

Определение требуемой площади опорного ребра:

 

 

Определение размеров ребра:

 

Принимаем ребро  →

 

Определение расчётного свеса:

 

 

 

Следовательно, местная устойчивость обеспечена.

 

 Проверка устойчивости опорной части балки:

 

 

Определение осевого момента инерции:

 

 

Определение радиуса инерции:

 

 

Определение гибкости условного стержня:

 

 

 

Следовательно, устойчивость опорной части балки обеспечена.

 

Торцевое  ребро привариваем к стенке ручной сваркой электродами Э-42.

Предварительно  определим сечение, по которому необходимо рассчитать угловой шов на срез.

 

Принимаем наименьшее сечение, т.е.

 

 

 

Определение катета сварного шва:

 

 

Принимаю 

 

Проверка  длины рабочей части сварного шва:

 

 

Следовательно, прочность обеспечена.

 

 

5. Технологические  указания

 

Для современных условий проектирования характерно, что наряду с разработкой  проекта сварной конструкции  ведётся разработка технологического процесса её изготовления. Различия в  технологии влияют на качество металла  и форму сварных соединений, поэтому  прочность сварной конструкции  в значительной мере зависит от технологии изготовления.

При разработке проекта необходимо выбрать  методы сборки и сварки, указать  сварочный материал, необходимый  для обеспечения требуемых свойств сварных швов и соединений, предусмотреть меры обеспечивающие изготовление сварной конструкции с заданной степенью точности.

 

1. Нарубаем косынки из стали 3 в  соответствии размерам на чертеже.
2. С помощью газовой резки производим технологические вырезы в двутавре, для стыковки их с главными балками.
3. Производим сборку вспомогательных балок.
4. Произведём сварку косынок с двутавром полуавтоматической сваркой в среде СО₂.
5. Заготавливаем пояса, горизонтальные и вертикальные рёбра жёсткости и листы для сборки балки.
6. Свариваем листы в стык автоматической сваркой под слоем флюса. Привариваем пояса и рёбра жёсткости.

При монтаже  балочной клетки производим сборку и  сварку вспомогательных балок двутавра и вспомогательных балок.