Федеральное агентство по образованию иркутский государственный технический университет
 Скачать 7.53 Mb.
|
|
Значения коэффициента ccr в зависимости от отношения a/hw
Значение критического касательного напряжения τcr во всех случаях вычисляют по фактическим размерам отсека. Проверка местной устойчивости стенки при наличии местных напряжений в среднем отсеке (в качестве примера). При принятом шаге поперечных ребер жесткости а = 3 м отношение  Первая проверка. Локальное напряжение от сосредоточенной нагрузки loc= 13,58 кН/см2. Нормальное напряжение в среднем отсеке = 20,9 кН/см2. Среднее касательное напряжение τ = 0,48 кН/см2. Значение критического нормального напряжения  44,38 кН/см2,где ccr= 33,4, определенное по табл. 3.13 при δ = 2,16. Значение критического локального напряжения  где при вычислении коэффициентов с1 и с2 при a/hw = 2 > 1,33 вместо а принимаем а1 = 0,67hw= 0,67 · 150 = 100,5 см, следовательно, a1/hw = 100,5 / 150 = 0,67; ρ = 1,04lef /hw = 1,04 ∙ 20,5 / 150 = 0,14 (здесь lef = b + 2tf = 15,5 + 2∙2,5 = = 20,5 см – условная длина распределения сосредоточенной нагрузки); с1 = 30,68 – коэффициент, определяемый по табл. 3.14 в зависимости отa1/hw = 0,67 и ρ = 0,14; с2 = 1,64 – коэффициент, определяемый по табл. 3.15 в зависимости отa1/hw = 0,67 и δ = 2,16. Значение критического касательного напряжения τcr = 9,36 кН/см2. Проверяем местную устойчивость стенки:  .Стенка устойчива. Вторая проверка. Значение критического нормального напряжения  где ccr= 84,7 – коэффициент, определяемый по табл. 3.16 в зависимости от a/hw = 300 / 150 = 2. Значение критического локального напряжения  где с1 = 12,84 – коэффициент, определяемый по табл. 3.14 в зависимости от a1/hw = 2 и ρ = 0,14; с2 = 1,87 – коэффициент, определяемый по табл. 3.15 в зависимости отa/hw = 2 и δ = 2,16; Значение критического касательного напряжения τcr = 9,36 кН/см2. Проверяем местную устойчивость стенки:  .Стенка устойчива. В балках большой высоты (h > 2 м) с тонкой стенкой при условной гибкости  w > 5,5 для обеспечения ее устойчивости рационально, помимо поперечных ребер жесткости, ставить продольные ребра, опирающиеся на поперечные и располагаемые на расстоянии (0,2…0,3)hw от сжатой кромки отсека. Наличие продольного ребра разбивает стенку по высоте на верхнюю и нижнюю пластинки, устойчивость которых проверяется раздельно по СНиП [6].3.6.7. Проверка жесткости балки При равномерно распределенной нагрузке на балку проверка производится по формуле  где α = 1,03 – коэффициент, учитывающий увеличение прогиба балки за счет уменьшения ее жесткости у опор, вызванного изменением сечения балки по длине. 3.6.8. Расчет соединения поясов балки со стенкой Соединение поясов составной балки со стенкой осуществляется в сварных балках поясными швами, обеспечивающими совместную работу поясов и стенки, тем самым предотвращается при изгибе балки их взаимный сдвиг. Кроме работы на сдвиг при наличии местной нагрузки, действующей на пояс от балок настила в месте, не укрепленном поперечным ребром жесткости, поясные швы испытывают дополнительно срез от местного вертикального давления (рис. 3.18). Соединение выполняется автоматической сваркой угловыми непрерывными швами одинаковой толщины по всей длине балки.  Рис. 3.18. К расчету поясных соединений Расчет сварного шва производится на усилие, приходящееся на 1 см длины балки, и длина шва соответственно принимается в расчет равной 1 см. Сравниваем:  где  – при расчете по металлу шва (см. табл. 3.4);βz = 1,15 – при расчете по металлу границы сплавления; γwf и wz – коэффициенты условий работы шва, равные 1 во всех случаях, кроме конструкций, возводимых в климатических районах I1, I2, II2 и II3, для которых γwf = 0,85 для металла шва с нормативным сопротивлением  и wz = 0,85 – для всех сталей;Rwf = 180 МПа = 18 кН/см2 – расчетное сопротивление сварного соединения при расчете по металлу шва, принимаемое по табл. 2.7 в зависимости от марки сварочной проволоки, которую выбирают по табл. 2.5 для автоматической сварки стали принятого класса;  – расчетное сопротивление сварного соединения при расчете по границе сплавления; – нормативное сопротивление основного металла, принимаемое по табл. 2.3.Поясные швы при  рассчитываются по металлу границы сплавления по формуле где  – усилие на единицу длины шва от поперечной силы на опореQmax, сдвигающее пояс относительно стенки;Sf1 = 4575 см3, I1 =1035188 см4 – статический момент пояса и момент инерции относительно нейтральной оси сечения балки на опоре (см стр. 72);  – давление от сосредоточенной силы Fb на единицу длины шва.Следует иметь в виду, что TиV вычисляются в одном и том же сечении, т.е. там, где σloc ≠ 0. При отсутствии сосредоточенной силы Fb(σloc = 0) второй член под знаком радикала исключается. Вычисляем усилие: T = QmaxSf1/I1 = 1033,59 · 4575 / 1035188 = 4,57 кН. Определяем требуемый катет сварного шва:  где n = 1 при одностороннем шве, n = 2 при двустороннем. При толщине tf = 25 мм (более толстого из свариваемых элементов) конструктивно принимаем для автоматической сварки минимальный катет шва kf,min = 7 мм (см. табл. 3.5). 3.6.9. Конструирование и расчет опорной части главной балки Передача нагрузки от главной балки, установленной сверху на колонну, осуществляется через торцевое опорное ребро. Торец ребра рассчитывается на смятие, для чего он строгается. Выступающая часть а не должна быть больше 1,5tr (рис. 3.19) и обычно принимается 15 – 20 мм.  Рис. 3.19. К расчету опорной части балки Расчет ребра производится на усилие Fb, равное опорной реакции балки:  Определяем площадь смятия торца ребра: Ar = brtr = Fb/(Rpγc) = 1033,59 / (33,6 · 1) = 30,76 см2, где  – расчетное сопротивление стали смятию торцевой поверхности (при наличии пригонки), принимаемое по табл. 2.4 для класса стали С255 с Run = 370 МПа.Принимая ширину ребра равной ширине пояса балки у опоры bh = bf1 = 240 мм, определяем толщину ребра:  По конструктивным соображениям рекомендуется размеры опорного ребра принимать:  ;  Принимаем ребро из листа 24016 мм с площадью Ar = 38,4 см2. Толщина опорного ребра должна быть не менее  где br,ef =br/2 = 240 / 2 = 120 мм – ширина выступающей части: tr = 1,6 см > 3 · 12  Опорная часть главной балки из своей плоскости (относительно оси z-z) проверяется на устойчивость как условная центрально-сжатая стойка с расчетной длиной, равной высоте стенки  . Расчет на устойчивость стойки сплошного сечения при центральном сжатии выполняют по формуле где φ – коэффициент устойчивости при центральном сжатии, принимаемый в зависимости от условной гибкости  по табл. 3.11 для типа кривой устойчивости "с" (см. табл. 3.12). Расчетное сечение условной стойки включает в себя площадь опорного ребра Ar и площадь устойчивого участка стенки, примыкающего к ребру, шириной  Определяем геометрические характеристики стойки: – площадь As = Ar + ctw = 38,4 + 22,85 ∙ 1,2 = 65,82 см2; – момент инерции  – радиус инерции  – гибкость λz = hw/iz = 150 / 5,3 = 28,3; – условная гибкость  Коэффициент устойчивости φ = 0,907. Производим проверку:   Опорная часть балки устойчива. Прикрепление опорного ребра к стенке балки осуществляем механизированной сваркой в среде углекислого газа проволокой Св-08Г2С по ГОСТ 2246-70* для сварки стали класса С255 (см. табл. 2.5; 2.7 и 3.4): Rwf = 21,5 кН/см2 ; Rwz = 16,65 кН/см2 ;  βz = 1,05Сравниваем:  следовательно, расчетным является сечение по металлу границы сплавления. Условие прочности сварных угловых швов, работающих на срез:  откуда катет шва  Принимаем шов с kf = 7 мм, что больше kf,min = 5 мм по табл. 3.5. Проверяем максимальную длину расчетной части шва:  укладывается в конструктивную длину шва, равную высоте стенки. Ребро привариваем к стенке по всей высоте непрерывными швами. Главные балки скрепляют на опоре между собой через прокладку толщиной, равной конструктивному зазору, и с колонной монтажными болтами диаметром 16 – 20 мм, фиксирующими проектное положение балок. Болты взаимного сопряжения балок размещают в нижней зоне балки, что позволяет считать его шарнирным, так как допускается некоторый поворот опорного сечения балок за счет податливости болтового соединения. 3.6.10. Проектирование монтажного стыка главной балки По условиям перевозки (ограничение массы и габаритов) балка расчленяется по возможности на одинаковые отправочные элементы (марки). В разрезной балке монтажный стык выполняется в одном сечении (универсальный стык) и чаще располагается в середине пролета, где Mmax и соответственно максимальные нормальные напряжения σ близки к расчетному сопротивлению основного металла Ry. Монтажный стык на сварке. Стык элементов балки осуществляется стыковыми швами (рис. 3.20). Расчетные сопротивления сварных соединений для любого вида сварки принимаются (см. табл. 2.6): при сжатии соединения независимо от методов контроля качества швов Rwy = Ry; при растяжении и изгибе с физическим контролем качества швов Rwy= Ry и Rwy = 0,85Ry, если физические методы контроля не используются.  Рис. 3.20. Монтажный стык главной балки на сварке На монтаже применение физических способов контроля затруднено, поэтому расчет растянутого стыкового соединения производится по его пониженному расчетному сопротивлению. Сжатый верхний пояс и стенка соединяются прямым швом, растянутый пояс – косым швом для увеличения длины шва, так как действительное напряжение в поясе σпревышает Rwy. Для обеспечения равнопрочности сварного стыка и основного сечения нижнего пояса достаточен скос с наклоном реза 2:1. Монтажный стык выполняется ручной сваркой, материалы для сварки выбираются по табл. 2.5. Для сварки монтажного стыка применяют электроды с индексом А (Э42А), обеспечивающие повышенную пластичность наплавленного металла. Для обеспечения качественного соединения при ручной сварке элементов толщиной более 8 – 10 мм производится V-образная разделка кромок, начало и конец шва выводятся на специальные технологические планки. Для уменьшения сварочных напряжений соблюдается определенный порядок сварки (см. рис. 3.20): сначала сваривают поперечные стыковые швы стенки 1, поясов 2 и 3, имеющие наибольшую поперечную усадку, последними заваривают угловые швы 4 и 5, имеющие небольшую продольную усадку. Оставленные незаверенными на заводе участки поясных швов длиной около 500 мм дают возможность поясным листам несколько вытянуться при усадке швов 2. Это также позволяет при монтаже совместить торцы свариваемых элементов отправочных марок, имеющих отклонение в размерах в пределах технологических допусков. Монтажный стык на высокопрочных болтах. Монтажные стыки на высокопрочных болтах выполняются с накладками (по три на каждом поясе и по две на стенке, рис. 3.21).  Рис. 3.21. Монтажный стык главной балки на высокопрочных болтах Усилие с одного элемента на другой передается за счет сил трения, возникающих между соприкасающимися плоскостями, стянутыми высокопрочными болтами. Площади сечения накладок должны быть не меньше площади сечения перекрываемого ими элемента. Рекомендуемые к применению в конструкциях средней мощности высокопрочные болты и их площади сечения приведены в табл. 3.17. Таблица 3.17 Площади сечения болтов
Принимаем болты db = 24 мм. Диаметр отверстия d под болт делается на 2 – 3 мм больше db. Назначаем отверстие d= 26 мм. Размещение болтов производится согласно требованиям, приведенным в табл. 3.18. Минимальное расстояние между центрами болтов (шаг болтов) в расчетных соединениях определяется условиями прочности основного металла и принимается в любом направлении равным amin = 2,5d = 2,5 · 26 = 65 мм. Принимаем а = 70 мм. Максимальное расстояние между болтами определяется устойчивостью сжатых частей элементов в промежутках между болтами (в крайних рядах при отсутствии окаймляющих уголков amax ≤ 12tmin = 12 · 10 = 120 мм, где tmin– толщина наиболее тонкого наружного элемента) и обеспечением плотности соединения:  Минимальное расстояние от центра болта до края элемента для высокопрочных болтов в любом направлении усилия сmin ≥ 1,3d = 1,3 · 26 = 33,8 мм.Принимаем с = 50 мм. Ширина верхней накладки пояса назначается равной ширине пояса балки bnf =bf= 450 мм. Ширина каждой нижней накладки пояса определяется: b′nf = [bf – (tw + 2kf + 2Δ)] / 2 = [450 – (12 + 2 ∙ 7 + 2 ∙ 10)] / 2 = 202 мм, где Δ = 10…15 мм – конструктивный зазор. Толщина каждой накладки пояса tnf= tf/2 + 2 = 25 / 2 + 2 = 14,5 мм. Принимаем верхнюю накладку из листа 45014 мм с площадью сечения Аnf = 63 см2 и две нижних накладки из листа 20014 мм с площадью сечения А′nf = 28 см2. Таблица 3.18 Нормы расстановки болтов в болтовых соединениях
* В соединяемых элементах из стали с пределом текучести свыше 380 МПа минимальное расстояние между болтами следует принимать равным 3d. Обозначения, принятые в таблице: d – диаметр отверстия для болта; t– толщина наиболее тонкого наружного элемента. Суммарная площадь накладок Аn = Аnf + 2А′nf = 63 + 2 ∙ 28 = 119 см2 > Аf = 112,5 см2. Горизонтальные болты располагаем в 4 ряда на одной полунакладке. Определяем длину двух вертикальных накладок: lnw = hw– 2(tnf + Δ) = 1500 – 2 (14 + 10) = 1450 мм. Ширина вертикальных накладок bnw = 2а + δ + 4c = 2 · 70 + 10 + 4 · 50 = 350 мм, где δ = 10 мм – зазор между элементами. Толщину одной вертикальной накладки tnw принимаем равной толщине стенки tw за вычетом 2 мм (tnw = 10 мм). Максимальное расстояние между крайними горизонтальными рядами болтов (с учетом расстояния до края элемента с = 50 мм) а1= 1450 – 2 ∙ 50 = 1350 мм. Стык осуществляем высокопрочными болтами db = 24 мм из стали 40Х «селект», имеющей наименьшее временное сопротивление Rbun = 1100 МПа = 110 кН/см2 (табл. 3.19). Таблица 3.19 Механические свойства высокопрочных болтов по ГОСТ 22356-77*
Способ регулирования натяжения высокопрочных болтов принимаем по M (моменту закручивания). Расчетное усилие Qbh, которое может быть воспринято каждой поверхностью трения соединяемых элементов, стянутых одним высокопрочным болтом, определяется по формуле  где  – расчетное сопротивление растяжению высокопрочного болта;Abn = 3,52 см2 – площадь сечения нетто болта db = 24 мм, принимаемая по табл. 3.17;  – коэффициент трения, принимаемый в зависимости от обработки поверхностей по табл. 3.20 (принят газопламенный способ обработки поверхностей);  – коэффициент надежности, принимаемый при статической нагрузке и разности номинальных диаметров отверстий и болтов δ = (d – db) = 1 – 4 мм с использованием регулирования натяжения болтов по М при газопламенном способе обработки поверхностей;b – коэффициент условий работы соединения, зависящий от количества болтов n, необходимых для восприятия расчетного усилия, и принимаемый равным: 0,8 при n< 5; 0,9 при 5 n< 10; 1,0 при n 10. Таблица 3.20 Коэффициенты трения и надежности h
П р и м е ч а н и я: 1. Способ регулирования натяжения болтов по М означает регулирование по моменту закручивания, а по – по углу поворота гайки. 2. Допускаются другие способы обработки соединяемых поверхностей, обеспечивающие значения коэффициентов трения не ниже указанных в таблице. Определяем:  Расчет стыков поясов и стенки производим раздельно. Приравнивая кривизну балки в целом  (здесь – радиус кривизны) кривизне ее составляющих – стенки Mw /(EIw) и поясов Mf/(EIf), находим изгибающие моменты, приходящиеся на стенку Mw и пояса Mf, которые распределяются пропорционально их жесткостям, соответственно EIw и ЕIf.Момент инерции стенки Iw = 337500 см4. Момент инерции поясов  Изгибающий момент, приходящийся на стенку: Mw = Mmax(Iw/Ix) = 4658,72 (337500 / 1645664) = 955,43 кН/м. Изгибающий момент, приходящийся на пояса: Mf = Mmax(If /Ix) = 4658,72 (1308164 / 1645664) = 3703,29 кН/м. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||