Конструирование элементов балочной клетки (стр. 4 из 6)

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.

4.9.1 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

d₀ = 1,8 см:

, где n_k - число отверстий, попадающих в сечение пояса по крайнему ряду.

А_fn=52-2·1,8·2=44,8 см ²

0,85·A_f =44,2 см ² – согласно СниП [4], прочность поясов по ослабленному сечению обеспечена.

Аналогично проверяется ослабление отверстиями накладок:

Каждый пояс балки перекрывается тремя накладками, назначаем размеры сечения накладок, перекрывающих пояса балки: верхняя накладка 26´1,2 см² и две нижние 11´1,2 см².

Целесообразно принять для накладок сталь С275 R_у=26,5 кН/см²

Площадь сечения накладок в середине стыка с учетом ослабления двумя отверстиями d₀ =1,8 см:

А_n=26·1,2 +2·11·1,2 -2·2·1,8·1,2=48,96см²> 0,85·A_f=44,2см², ослабление накладок можно не учитывать.

Стык стенки:

Назначаем размеры накладок для стыка стенки:

t = 1/2t_w + 0,2, cм

t=1/2·1,2+0,2=0,8 см.

Принимаем в соответствии с сортаментом на листовую сталь t =0,8 см.

h_н = h_w - 2t_н - 2, см

h_н =106-2·1,2-2=101,6 см. Принимаем h_н = 101,6 см.

Изгибающий момент, приходящийся на стенку:

= =57173,3 кН см.

Расстояние между двумя крайними рядами болтов:

a_max»h_н - 4d₀=101,6 -4·1,8=94,4 см. Принимаем а_max= 90см. Назначаем два вертикальных ряда болтов на полунакладке и вычисляем коэффициент стыка, m=2:

=2,49