Металлические конструкции 1_КР. 1 1Компоновка ячейки. 3 2Расчет настила 4

• Название: 1 1Компоновка ячейки. 3 2Расчет настила 4
• Дата: 18.02.2023
• Размер: 2.73 Mb.
• Имя файла: Металлические конструкции 1_КР.docx
• Тип: Реферат; #943762
• страница: 2 из 3

Конструирование и расчет главной балки.

4. Подбор основного сечения.

Рис. 7 Схема для определения грузовой площади главной балки

Собственный вес балки примем ориентировочно в размере 1–2 % от временной нормативной нагрузки:

Значение веса настила и балок настила необходимо перевести размерность кг/м² в кН/м²:

Вычисляем значение нормативной нагрузки:



Вычисляем значение расчетной нагрузки (коэффициент надежности по временной нагрузке γ_v = 1,2; коэффициент постоянной нагрузки γ_g = 1,05 (СП 16.13330.2017 табл.1):



Расчетный изгибающий момент (в середине пролета):



Поперечная сила на опоре:


Рис. 8 Схема для расчета главной балки

Требуемый момент сопротивления сечения балки определяем по формуле:



Спроектированная балка составного сечения показана на рис. 10.


Рис. 9 Сечение главной балки

5. Определение высоты балки.

Оптимальная высота балки:

где: k – для сварных балок принимается k = 1,15-1,2;

где высота балки определяется в зависимости от пролета L: , (м)

Принимаем h_гб = 1/10 × L = 1/10×17 = 1,7 м; тогда требуемая толщина стенки будет равна t_w^тр = 7 + 3 ×1700/1000 = 12,1 мм. По ГОСТ 19903–2015 табл.1 примем t_w = 12,5 мм > t_w^тр.

Вычисляем оптимальную высоту:

Минимальная высота балки:

где = 250 – величина принята в соответствии СП 20.13330.2016 (табл. Д1 п.2а) в запас (для пролета L = 24 м); Е- модуль упругих деформаций.



Принятая высота балки не должна превышать строительную высоту перекрытия h_стр (рис. 11).



Рис. 10 Схема для определения строительной высоты главной балки

Строительную высоту рассчитываем следующим образом:

h_cтp = H₁ − H₂ − h_бн − t_н = 840 − 660 − 40 − 0,7 = 139,3 см.

Исходя из полученных данных принимаем высоту балки h_гб = 130 см, что кратно 100 мм.

6. Определение толщины стенки.

С позиции среза требуемая толщина стенки рассчитывается по формуле:

; где:

По устойчивости требуемая толщина стенки рассчитывается по формуле:



Толщину стенки принимаем (ГОСТ 19903–2015 табл.1).

7. Определение размеров сечения поясных листов

Размеры поясных листов определяем, исходя из необходимой несущей способности балки.

Момент инерции сечения балки:

Момент инерции стенки балки:

Толщину полки принимаем: t_f = 3,0 см ≤ 3

Высота стенки:

Момент инерции, приходящийся на поясные листы:

Требуемый момент инерции сечения поясов:



Требуемая площадь сечения одной полки:

где h_f - расстояние между центрами тяжести поясных листов:

Требуемая ширина пояса:

В соответствии с ГОСТ 82–70* примем окончательно его ширину b_f= 900 мм, толщину = 30 мм, то есть пояс – 900×30, после чего проверим скомпонованное сечение балки (рис. 12).



Рис. 11 Сечение главной балки

8. Проверка балки принятого сечения

Высота балки выбрана больше минимальной высоты с позиции жесткости: h_гб > h_min, 130 см > 95,3 см, проверка прогиба не требуется.

Толщина стенки t_w = 14 мм принята равной толщине, требуемой с позиции среза t_w = 13,8 мм, и проверка прочности с позиции среза не требуется.

Необходима проверка прочности по нормальным напряжениям:

Момент инерции сечения балки:



Момент сопротивления балки:

Производим проверку несущей способности:

, недонапряжение составляет 0,82 %, то есть находится в пределах допускаемых 5 %.

9. Проверка стенки на местное давление

Произведем проверку стенки главной балки на местное сжатие, возникающее от опирания балок настила (рис. 13).



Рис. 12 Схема распределения нагрузки

Проверка прочности стенки на местное сжатие:

Расчетное значение сосредоточенной силы F_b определяется как , где – опорное давление балки настила:

,

Условная длина распределения нагрузки на стенку главной балки (рис. 13) определяется по формуле:

где – ширина пояса балки настила; для I 40 ;

– толщина верхнего пояса главной балки;



Проверка прочности стенки на местное сжатие:



Стенка работает в пределах упругих деформаций.

10. Конструирование и расчет опорной части главной балки

В качестве конструкции опорной части балки принимаем опорное ребро в торце балки (рис. 14). Толщина ребра t_р = 2 см. Выпуск ребра за нижнюю полку а₁ = 20 мм ≤ 1,5t_р. В соответствии с СП 16.13330.2017 (п.8.5.17) требуется произвести расчет ребра на смятие.



Рис. 13 Опорная часть главной балки

Требуемую ширина торца ребра: ,

Для стали С275 расчетное сопротивление определяем интерполяцией в соответствии с СП 16.13330.2017 (табл.В5) R_p = R_u= 39 кН/см².

; примем b_р= 300 мм (ГОСТ 82–70*).

Опорную часть балки составного сечения следует рассчитывать на продольный изгиб из плоскости как стойку, нагруженную опорной реакцией (рис. 15).


Рис. 14 Устойчивость опорной части балки

В расчетное сечение стойки включается ребро и полоса стенки шириной l_ω:



Расчетную высоту стойки принимаем равной высоте стенки h_ω = 124 см.

Проверка устойчивости стойки (рис. 15) проводится из условия:

Геометрические характеристики сечения стойки:

- площадь сечения



- момент инерции сечения относительно оси «у»



- радиус инерции сечения относительно оси «у»



Гибкость стойки в плоскости, перпендикулярной оси «у»:

Коэффициент продольного изгиба определяем интерполяцией в соответствии с СП 16.13330.2017 (табл.Д1) для сечения типа «с» в зависимости от условий гибкости стойки: .

Проверяем устойчивость:

Устойчивость стенки обеспечена. Опорное ребро принимается из листа широкополосной универсальной стали сечением 300мм×20мм.

11. Конструирование и расчет узла изменения сечения главной балки

Согласно СП 16.13330.2017 (табл.4) расчетное сопротивление сварных соединений при растяжении следует принимать пониженным:

R_wy = 0,85R_y = 0,85×27= 22,95 кН/см².

Определяем привязку измененных сечений:

х = L/6 = 17/6 = 2,84 м. Примем x = 2,8 м (рис. 16).

Расчетный момент M_х на расстоянии x:



перерезывающая сила Q_х на расстоянии x:



Определяем требуемые геометрические характеристики:

– момент сопротивления измененного сечения:



Рис. 15 Изменение сечения балки

– момент инерции измененного сечения:



– момент инерции пояса:

где

– площадь пояса:

– ширина пояса:

По конструктивным требованиям ширина пояса должна отвечать условиям:





Пояса принимаются из универсальной стали 600×30 мм (ГОСТ 82–70*).

12. Проверка общей устойчивости

В измененных сечениях развиваются в то числе и касательные напряжения (рис. 17).

Проверка прочности стенки с учетом локальных напряжений σ_loc:





Рис. 16 Распределение напряжений в месте изменения сечения балки

Нормальные напряжения:

Момент инерции уменьшенного сечения относительно оси «Х»:

Нормальные напряжения:

Касательные напряжения определяем по формуле:

Статический момент уменьшенного пояса относительно оси «Х»:



Касательные напряжения:

Проверка прочности стенки:



что меньше

Прочность уменьшенного сечения обеспечена.

13. Обеспечение местной устойчивости.

11. Местная устойчивость стенки от действия касательных напряжений.

Рис. 17 Потеря устойчивости стенки от действия τ

Величина критических напряжений зависит от условной гибкости стенки:



Исходя из полученного условия, расстояние между ребрами жесткости не должно превышать , т.е. 2h_ω = 2 * 124 = 248 см – максимальное расстояние.

Принимаем а = 170 см – максимальное расстояние между ребрами, так же кратное шагу балок настила (рис. 18).


Рис. 18 Схема расстановки рёбер жёсткости

12. Местная устойчивость стенки от действия нормальных напряжений.

Рис. 19 Потеря устойчивости стенки от действия σ

Устойчивость стенки от действия напряжений следует обеспечить путем принятия достаточной толщины, т.к. высота балки менее 2м:



Ранее толщина стенки была принята t_w = 14 мм. Данное значение превышает требуемую для обеспечения местной устойчивости величину, устойчивость обеспечена.

13. Местная устойчивость полки от действия нормальных напряжений.

При достижении критических значений наступает потеря устойчивости полки (рис. 21). Устойчивость полки зависит от условной гибкости её свеса и характера закрепления. Условная гибкость свеса рассчитывается по формуле:

, где и - соответственно свес и толщина полки.



Рис. 20 Потеря устойчивости сжатой полки

Величина свеса полки:

Условная гибкость свеса:

Согласно СП 16.13330.2017 для обеспечения устойчивости пояса необходимо, чтобы условная гибкость полки не превышала предельно допускаемую величину.

Предельно допускаемая величина условной гибкости: . где = 26,78 кН/см² – напряжение в полке в середине пролета.

Таким образом, устойчивость пояса обеспечена: .

14. Местная устойчивость стенки от совместного действия нормальных, касательных и местных напряжений.

Требуется проверка устойчивости стенки на расстоянии х₁ = 3,82 м от оси на совместное действие напряжений

Рис. 21 Определение устойчивости стенки от совместного действия напряжений

В соответствии с СП 16.13330.2017 устойчивость стенок балок следует считать обеспеченной при выполнении условия:

Действительная условная гибкость стенки , что меньше .

- напряжение от нагрузки (расчет см. ниже).

зависят от нагрузки и, следовательно, от действующих усилий.

Изгибающий момент в сечении на расстоянии х₁ = 3,82 м от оси:



Перерезывающая сила в сечении на расстоянии х₁ = 3,82 м от оси:



Напряжения σ и τ вычисляются по формуле:

и – изгибающий момент и перерезывающая сила в сечении х; - момент инерции основного сечения (так как х₁ = 3,82 м > х=2,8 м); t и h– толщина и высота стенки, т.е. и ; .

Определяем нормальные и касательные напряжения: ,

Местные напряжения принимаем равными из расчета стенки на местное давление.

Пластинка (отсек) представляет собой часть стенки с размерами 170х124 см.

Критические касательные напряжения: ,

где – отношение большей стороны пластинки к меньшей; ;

– расчетное сопротивление срезу; ;



– меньшая из сторон пластинки.

Определяем :

Особенности определения критических нормальных напряженийзависят от отношения сторон отсека и наличия местных напряжений .

, а местные напряжения .

В соответствии с п. 8.5.5, б СП 16.13330.2017 проверку устойчивости стенки следует выполнять дважды.

Определение нормальных критических напряжений для первой проверки

Критические нормальные напряжения:

Коэффициент δ следует определять по формуле:

коэффициент (СП 16.13330.2017).

Определяем коэффициент δ:

По табл.12 СП 16.13330.2017 определяем интерполяцией коэффициент c_cr = 34,8 (поясные соединения сварные, значения коэффициента δ=5,68).

Нормальные критические напряжения:

Критические местные нормальные напряжения :

где и – коэффициенты определяемые согласно СП 16.13330.2017:

Определяем коэффициент c₁:

Условная длина распределения нагрузки от балки настила на стенку главной балки:

где – ширина пояса балки настила; (I 40);

– толщина верхнего пояса главной балки; .



Определяем коэффициент:

В соответствии с п. 8.5.5, б СП 16.13330.2017,так как отношение сторон отсека a/h_ω = 410/124 = 3.31, то есть больше 1,33, в отношение a/h_ω подставляем a = 0,67h_ω; таким образом, получаем a/h_ω=0,67.

По табл. 14 СП 16.13330.2017 определяем интерполяцией коэффициент с₁ = 25,26 в зависимости от значений = 0,18 и a/h_ω = 0,67.

Определяем коэффициент с₂ интерполяцией по табл. 15 СП 16.13330.2017. Отношение a/h_ω = 0,67, δ = 5,68; отсюда с₂ = 1,69=1,7

Определяем :

Производим 1-ю проверку устойчивости стенки:



Устойчивость стенки обеспечена.

14. Расчет поясных швов.

Определение катета поясного шва:

где - максимальная перерезывающая сила;

– местное давление;

- момент инерции уменьшенного сечения относительно оси «Х»; ;

- статический момент уменьшенной полки относительно оси «Х»;

- длина распределения местной нагрузки на стенку главной балки; ; - количество поясных швов; .

Статический момент:

Сварка автоматическая при d = 3 – 5 мм, положение шва – в лодочку; катет примем в 1-м приближении 3-8 мм. Отсюда: β_f = 1,1; β_z = 1,15.

Сталь класса С275, R_уп < 290 Н/мм². Марка сварочной проволоки Св–08А и расчётное сопротивление R_wf = 18 кН/см².

Расчетное сопротивление R_wz определяется в соответствии с требованиями табл. 4 СП 16.13330.2017: ,

где R_un определяется по табл. В.5 [СП 16.13330.2017] методом интерполяции

Произведения коэффициентов проплавления на расчетные сопротивления:



Таким образом, минимальное произведение равно:

Определяем :

Максимально допустимые катеты = .

Минимально допустимые катеты (СП 16.13330.2017 табл. 38).

Принимаем поясные швы с катетом .

15. Расчет швов прикрепления опорных ребер к торцам балки.

Опорное ребро крепится к торцу балки полуавтоматической сваркой двумя угловыми швами по всей высоте стенки (рис. 23).



Рис. 22 Прикрепление ребра к торцу балки

Определение катетов при срезе по металлу шва и металлу границы сплавления:

,

Для рассматриваемого случая (полуавтоматическая сварка проволокой d=1.4-2мм с нижним положением шва при катетах 9-12мм) коэффициенты проплавления β_f = 0,8 и β_z = 1,0.

Расчетные сопротивления:

Вычисляем катеты:

–на срез по металлу шва:

–на срез по металлу границы сплавления:

Максимально возможный катет .

Минимально возможный катет выбираем = 10 мм (СП 16.13330.2017)

Принимаем катет = 10 мм.

16. Конструирование монтажного стыка.

Стык выполнять в середине пролета главной балки с соблюдением порядка (рис. 24):

1. 
   Выполнить стыковой шов стенки (1);
   
2. 
   Выполнить стыковой шов верхнего пояса (2);
   
3. 
   Выполнить стыковой шов нижнего пояса (3).
   
4. 
   Выполнить не заваренные по 500 мм с каждой стороны от стыка на
   

заводе-изготовителе поясные швы, соединяющие полку со стенкой. При данном обеспечении сварного соединения необходим физический контроль качества стыка нижнего (растянутого) пояса.


Рис. 23 Монтажный стык главной балки