автокран. Курсовая работа проектирование конструкции стальной балочной клетки рабочей площадки промышленного здания

• Название: Курсовая работа проектирование конструкции стальной балочной клетки рабочей площадки промышленного здания
• Анкор: автокран
• Дата: 10.01.2022
• Размер: 305.79 Kb.
• Имя файла: bestreferat-93547.docx
• Тип: Курсовая; #326975
• страница: 2 из 3

2.2. Проектирование составной сварной главной балки.
Разрезная балка загружена сосредоточенными нагрузками. Нагрузки на балку передаются в местах опирания на нее вспомогательных балок. Сосредоточенные силы подсчитываются по грузовой площади:

А_гр = L_в L_бн = 7 2,5 = 17,5 м²
Сбор нагрузки на главную балку

Таблица 5

	Наименование нагрузки	Нормативная нагрузка, кН/м2	f	Расчетная нагрузка, кН/м2
1	Временная нагрузка Р = Рн Агр = 12  17,5	210,0	1,2	252
2	Собственный вес настила и балок Gбн = mgAгр=77,29,8110-3 17,5	13,25	1,05	13,91
3	Собственный вес главной балки (3% от временной нагрузки) Gтр=0,02210	6,3	1,05	6,615
	Итого G+Р	229,55		272,525

Коэффициент

2.2.1. Подбор сечения главной балки
Сечение составной сварной балки состоит из трех листов: вертикального - стенки и двух горизонтальных - полок (рис. 9).

Расчетный изгибающий момент

М_max = 9(G+P)L_бн - 4,5(G+P)L_бн = 4,5(G+P)L_бн = 4,5272,5252,5 = 3065,91 кНм

Для принятой толщины листов полок t_f ≤ 20 мм расчетное сопротивление стали С375 равно R_у =345 МПа. Коэффициент условия работы _с =1. В первом приближении с₁ = 1,1.

Т
ребуемый момент сопротивления:



Высоту сечения балки h предварительно определим по соотношению между h_оптW, h_опт,f и h_min, где h_оптW - оптимальная высота сечения из условия прочности; h_опт,f - оптимальная высота сечения из условия жесткости; h_min - оптимальная высота сечения из условия минимальной жесткости, при обеспечении прочности.

1) оптимальная высота балки из условия прочности:

,

где - отношения высоты балки к толщине стенки в пределах k_W = 125…140. Принимаем k_W = 130.



2) оптимальная высота балки из условия жесткости:

,

где , n₀ = 231,94 - для пролета L = 17,5 м





3) высота балки из условия минимальной жесткости при обеспечении прочности:



Выбор высоты балки

Т.к. h_min h_оптW  h_опт,f , принимаем h = h_оптW

Высота главной балки должна соответствовать наибольшей строительной высоте перекрытия согласно заданию:

h ≤ h_{c max} - t_н,

где t_н - толщина настила.

Наибольшая строительная высота перекрытия определяется разностью отметок верха настила и габарита помещения под перекрытием:

h_{c max} = 8,4 - 6,6 = 1,8 м

Т.к. h = 1199 см  h_{c max} - t_н = 1800 - 6 = 1794 мм -оставляем выбранную высоту h = 1199 см.

Принимаем толстолистовую сталь шириной 1250 мм. С учетом обрезки кромок с двух сторон по 5 мм h_W = 1250 -10 = 1240 мм.

По коэффициенту k_W = 130 определяем толщину стенки: t_W = h_W /k_W = 1240/130 = 9, 5 мм. Принимаем t_W =10 мм. Толщину полок назначим равной t_f=18 ≤ 3 t_W = 30 мм.

Полная высота балки:

h = h_W + 2 t_f = 1240 + 218 = 1276 мм

Момент инерции стенки:



Требуемый момент инерции полок:

J_тр = J_{тр max} - J_W,

где J_трmax определим по двум значениям из условий

а) прочности J_тр = 0,5W_тр h = 0,58848,2127,6 = 564512,2 см⁴

б) жесткости J_тр = 530132 см⁴

J_тр = 564515,2 - 158885 = 405630,2 см⁴

Требуемая площадь сечения полки:



Толщина стенки из условия обеспечения ее местной устойчивости:



В расчете было принято 1,8 см, что больше t_f = 1,42 см.

Ширину полки назначаем из условия или b_f = 427 …256 мм. Принимаем b_f =360 мм, что соответствует ширине листа универсальной стали по сортаменту. Уточним собственный вес балки по принятым размерам.

Площадь поперечного сечения:

А = 2А_f + А_W= 2 1,8  36 + 1,0124 = 253,6 см²

Вес погонного метра балки:

g_г = _S А = 77  0,025361,03 = 2,01 кН/м,

где _S= 77 кН/м - удельный вес стали;

 = 1,03 - конструктивный коэффициент, учитывающий вес ребер жесткости и сварных швов.

Вес главной балки на участке между вспомогательными балками:

G_г = g_гL_бн = 2,01  2,5 = 5,025 кН

Уточним нагрузки на балку, полученные в табл.5.

Нормативная Р_n + G_n = 210,0 + 13,25 + 5,025 = 228,275 кН

Расчетная Р + G = 252 + 13,9 + 5,33 = 271,23 кН

Уточним усилия. Изгибающие моменты от нормативных и расчетных нагрузок

Мⁿ_max = 4,5(G_n+P_n)L_бн = 4,5228,2752,5 = 2568,09 кНм

М_max = 4,5(G+P)L_бн = 4,5271,232,5 = 3051,4 кНм

Перерезывающая сила на опоре

Q_max = 3(G+P)= 3271,23 = 813,69 кН

Геометрические характеристики сечения балки

Момент инерции



Момент сопротивления




Найдем отношение площадей полки и стенки



Найдем коэффициент с = 1,118. Т.к. в балке имеется зона чистого изгиба, принимаем с₁ = с_1m = 0,5(1+с) = 1,059
2.2.2. Проверка прочности главной балки
1) Нормальные напряжения

 R__с =379,5 МПа

Недонапряжение не должно превышать 5% : (379,5-357,6)100% /379,5 = 5,1%

2
) Касательные напряжения (проверяются в месте крепления опорного ребра без учета работы на срез полок



R_S_с = 0,583451=200,1 МПа - проверка удовлетворяется

2.2.3. Проверка прогиба главной балки.


- условие жесткости балки удовлетворяется.
2.2.4. Определение типа сопряжения вспомогательной и главной балок.
Суммарная высота элементов перекрытия: настила, балки настила, вспомогательной и главной балок

h= t_Н + h_бн + h_в + h_г = 6 + 100 + 392 + 1276 = 1774 мм

Р
анее была найдена наибольшая строительная высота перекрытия h_c,max= =1,8 м. Принимаем пониженное сопряжение вспомогательной и главной балок.

2.2.5. Изменение сечения главной балки.
С целью экономии материала уменьшаем сечение приопорного участка балки за счет уменьшения ширины поясов на участке балки от опоры до сечения, расположенного на расстоянии равном 1/6 пролета балки: 17,5/6 = 2,92 м. Ширина пояса балки b`_f должна соответствовать ширине листа универсальной стали по сортаменту и быть не менее

b`<sub>f</sub> 180мм, b`_f 0,1h; b`_f 0,5 b_f ,

т.е., 0,1h=127,6 мм; 0,5 b_f = 0,5360 = 180 мм.

По сортаменту принимаем b`_f= 200 мм.

Геометрические характеристики сечения балки на приопорных участках:

- площадь сечения

А = 2А_f + А_W = 2201,8+1,0124 = 196 см²

• 
  момент инерции
  

- момент сопротивления



- статический момент полки относительно оси Х-Х

S_Х = t_f b_f(0,5h_W + 0,5t_f) = 1,8  20  0,5(124+1,8) = 2264,4 см³

- статический момент полусечения относительно оси Х-Х

S
_Х = S_f +0,125 t_Wh²_W = 2264,4+0.125124²1 = 4186,4 см³
Расчетные усилия в месте изменения сечения.

Изгибающий момент

М= R_а 2,92 - (G+Р)(2,92-1,25)=3(G+Р)  2,92-1,67(G+Р) = 7,09 (G+Р) = 7,09  271= 1923,0 кН

Перерезывающая сила

Q = Q_max - (G+P)= 813,69 - 271,23 = 542,46 кН

Проверка напряжений

а) в месте изменения сечения

- максимальные нормальные напряжения



- касательные напряжения в стенке под полкой

< R_S_c = 0,58  315  1= 182,7 МПа

- приведенные напряжения под полкой





1,15 R__c = 1,15 345 = 396,75 МПа

_red < 1,15 R__c
2.2.6. Расчет поясных сварных швов.
Полки составных сварных балок соединяют со стенкой на заводе автоматической сваркой. Сдвигающая сила на единицу длины

,

Для стали С375 по табл. 55^* СНиП II-23-81^* принимаем сварочную проволоку Св-10НМА для выполнения сварки под флюсом АН-348-А.

Определим требуемую высоту катета К_f поясного шва "в лодочку".

1. Расчет по металлу шва.

Коэффициент глубины провара шва _f =1,1 (СНиП II-23-81^*, табл.34)

Коэффициент условия работы _wf = 1 (СНиП II-23-81^*, пп. 11.2)

Расчетное сопротивление металла R_wf =240 МПа

_f_wf R_wf = 1,1 1240 = 264 МПа

2. Расчет по металлу границы сплавления.

Коэффициент глубины провара шва _z =1,15 (СНиП II-23-81^*, табл.34)

Коэффициент условия работы _wz = 1 (СНиП II-23-81^*, пп. 11.2)

Расчетное сопротивление металла R_wz =0,45 R_un = 0,45 490 = 220,5 МПа

_z_wz R_wz = 1,1 1220,5 = 253,6 МПа

Сравнивания полученные величины, находим

(_w R_w)_min = 253,6 МПа

Высота катета поясного шва должна быть не менее



k_f ≥ 0,8 мм

По толщине наиболее толстого из свариваемых элементов (t_f= 18 мм) по табл. 38 СНиП II-23-81^*, принимаем k_f= 7 мм.
2.2.7. Проверка на устойчивость сжатой полки.
Устойчивость полки будет обеспечена, если отношение свеса полки b_ef к ее толщине t_f не превышает предельного значения: , где расчетная ширина свеса полки b_ef равна:








Т.к. 9,72 ‹ 12,8, устойчивость поясного листа обеспечена.
2.2.8. Проверка устойчивости стенки балки.
Для обеспечения устойчивости стенки вдоль пролета балки к стенке привариваются поперечные двусторонние ребра жесткости.

Расстояние между поперечными ребрами при условной гибкости стенки , не должно превышать 2h_w. Условная гибкость стенки определяется по формуле

.

При _w  3,5 необходима проверка устойчивости стенки с установкой ребер жесткости с шагом не более 2h_w = 2124 = 248 см.

Т.к. сопряжение балок выполняется в пониженном уровне, установку поперечных ребер предусматриваем с шагом 2,0 м.

Ширина ребер должна быть не менее



Принимаем b_h = 100 мм.

Толщина ребра



Принимаем t_S= 8 мм.

Проверка устойчивости стенки балки во втором отсеке в месте изменения сечения.

Критические нормальные напряжения

;

По табл. 21, 22 СНиП II-23-81^* определяем при  =  и  = , с_cr= 35,5



Критические касательные напряжения





Нормальные и касательные напряжения в верхней фибре стенки

а) нормальные  = _х,а = 268,67 МПа;

б) касательные  = Q/(t_wh_w) = 542, 46 10^-3/(0,011,24) = 43,75 МПа.

Проверка устойчивости стенки

.



Проверка устойчивости стенки балки в первом отсеке (на расстоянии 125 см от опоры).

Изгибающий момент

М = R_A1,25 = 817,58 кНм.

Нормальные и касательные напряжения





Проверка устойчивости стенки



Проверка устойчивости удовлетворяется.
2.2.9. Расчет опорного ребра жесткости главной балки.
Принимаем сопряжение балки с колонной шарнирным, с опиранием на колонну сверху. Опорное ребро жесткости крепится сварными швами к стенке балки. Нижний торец опорного ребра балки остроган для непосредственной передачи давления на колонну.

Толщина опорного ребра определяется из расчета на смятие его торца

, где N = R_A = 817,58 кН – опорная реакция;

R_P = R_un/_m = 490/1,025 = 478 МПа – расчетное сопротивление стали смятию торцевой поверхности; b = b_f = 20 см – ширина опорного ребра.

Принимаем толщину опорного ребра t = 10 мм, а опорный выступ а = 14 мм <1,5t = 1,510 = 15 мм.

Проверка ребра на устойчивость.

Площадь расчетного сечения ребра:

,

где .

Радиус инерции сечения ребра

Гибкость ребра .

Условная гибкость .

Коэффициент продольного изгиба при _Х = 1,136

.

Проверка опорного ребра на устойчивость:



Расчет катета сварных швов крепления ребра к стенке балки:



По толщине более толстого из свариваемых элементов принимаем катет шва K_f = 5 мм.
2.2.10. Расчет болтового соединения
Сопряжение вспомогательной балки с главной выполняется поэтажно.

При пяти грузах в пролете опорная реакция вспомогательной балки равна

R_A = 3,5 (G+P) = 3,533,248 = 116,4 кН

Принимаем болты нормальной точности (класс В), класс по прочности – 4,6, диаметром 20 мм. Расчетное сопротивление срезу болтов для принятого класса прочности R_bs = 150 Мпа.

Расчетные усилия, которые может выдержать один болт:

а) на срез

N_bs = R_bs_bAn_s,

где R_bs = 150 МПа,

_b = 0,9 – коэффициент условия работы,

n_s = 1 – число срезов болта.

А = d²/4 = 3,14²2,0²/4 = 3,14 см² – расчетная площадь сечения болта

N_bs = 150 10³ 0,9  3,14  10^-4 = 42,39 кН.

б) на смятие

N_b = R_bр _b  d  t_min,

где _b = 0,9;

R_bр = 690 МПа – расчетное сопротивление на смятие для стали при R_UM = 490 МПа

 t_min = 10 мм – толщина стенки балки и ребра.

N_b = 690 10³ 0,9  20 10^-3 10 10^-3 = 124,2 кН.

Сравнивая результаты, принимаем меньшее N_bs,min = 42,39 кН.

Требуемое количество болтов в соединении



Принимаем 3 болта диаметром 20 мм, диаметр отверстия D=22 мм.

Проверка касательных напряжений в стенке вспомогательной балки с учетом ослабления отверстиями диаметром 22 мм под болты, а также с учетом ослабления сечения балки из-за вырезки полки в стыке, выполняется по формуле:



где Q_max = R_A = 93,68 кН

h_W = h – 2t_f = 39,2 - 21,05 = 37,1

 = b/(b-d) = 146/(146 – 22) = 1,18 – коэффициент ослабления сечения




Проверка удовлетворяется.