Курсовой проект по дисциплине Металлические конструкции Тема Балочная клетка. Альжапарова Балочная+клетка 24х6. Курсовой проект по дисциплине " Металлические конструкции" Тема "Балочная клетка"

• Название: Курсовой проект по дисциплине " Металлические конструкции" Тема "Балочная клетка"
• Анкор: Курсовой проект по дисциплине Металлические конструкции Тема Балочная клетка
• Дата: 26.03.2023
• Размер: 3.39 Mb.
• Имя файла: Альжапарова Балочная+клетка 24х6.doc
• Тип: Курсовой проект; #1015516
• страница: 3 из 4

4 РАСЧЕТ ГЛАВНОЙ БАЛКИ

4.1. Определение нагрузок и расчетных усилий

Нормативная погонная нагрузка на балку:

кН/м (20)

нормативная постоянная нагрузка от массы перекрытия по выбранному варианту (расход материала) и массы главной балки, которая ориентировочно принимается в размере 1-2% нагрузки на нее.

Расчетная погонная нагрузка на балку:

кН/м (21)

Расчетный изгибающий момент в середине балки определяется по формуле:

кНм (22)

Расчетная поперечная сила на опоре:

кН (23)

4.2. Подбор сечения составной сварной балки

Рис.3. Главная балка

Главную балку следует принимать с изменением сечения по длине. Расчет ее выполняется без учета развития пластических деформаций (предполагается, что стенка балки может быть не укреплена ребрами жесткости в местах приложения сосредоточенной нагрузки от балок настила [2] п.5.21). Подбор сечения начинается с определения требуемого момента сопротивления по формуле: см3 (24) Затем определяется высота балки. Из условия наименьшего расхода стали определяется оптимальная высота балки:

см (25)

где, конструктивный коэффициент, который равен 1,15 для сварных балок переменного по длине сечения;

толщина стенки, которой предварительно задаются

(26)

где, мм (27)

Задаемся толщиной стенки 15 мм.

Из условия обеспечения жесткости определяется минимальная высота балки по формуле:

см (28)

Высоту балки рекомендуется назначать близкой к , но не меньше , определенной из условий жесткости. Она должна быть кратной 100 мм, исходя из ширины листов по сортаменту на прокатную листовую сталь. Поэтому высоту балки примем h = 150см.

Затем окончательно установим толщину стенки из условий:

1) из условия определения рациональной толщины стенки по формуле:

мм. (29)

2) из условия работы стенки на срез:

см (30)

(31)

3) из условия местной устойчивости без постановки продольных ребер жесткости:

см (32)

4) минимальная толщина стенки 8 мм (очень редко 6 мм). Толщина стенки должна быть также согласована c имеющимися толщинами прокатной листовой стали по сортаменту. Толщину стенки балки рекомендуется назначать близкой к рациональной, учитывая все требования.

Принимаем толщину стенки t_w = 12мм.

Размеры горизонтальных поясных листов находят из условия необходимой несущей способности балки. Определяют требуемый момент инерции балки:

см⁴ (33)

Момент инерции стенки:

см⁴ (34)

h_w=h-2t_f=150-23=144см (35)

Момент инерции приходящийся на поясные листы:

см⁴ (36)

Находим требуемую площадь поперечного сечения поясного листа по формуле:

см² (37)

где, h_z=120-3=117см. (38)

По требуемой площади поперечного сечения поясов балки назначаем их размеры в соответствии с сортаментом на прокатную листовую сталь ГОСТ 103-76*, учитывая следующие требования:

1) местной устойчивости отношение ширины свеса сжатого пояса см к толщине t_f=3см не должно быть больше:

9.8см см. (39)

2) для снижения остаточных сварочных напряжений толщину поясов балки рекомендуется назначать не более 2-3 толщины стенки;

3) из условия обеспечения общей устойчивости балки ширину поясов назначают в пределах от 1/6 до 1/3 высоты балки;

4) по конструктивным соображениям ширину балки не следует принимать меньше 180 мм или h/10.

Подобранное сечение необходимо проверить на прочность. Для этого находят фактический момент инерции балки:

см⁴ (40)

Момент сопротивления:

см³ (41)

Проверка прочности в среднем сечении балки выполняется по формуле:

кг/см² кг/см² (42)

Условие выполняется. Принимаем пояс из универсальной стали размером 600х30мм - b=600мм; t_f=30мм.

4.3 Изменение сечения главной балки по длине

С целью уменьшения расхода стали, в сварной балке, изменяется сечение за счет уменьшения ширины поясов у опоры.

мм; мм; мм

Назначаем ширину поясного листа уменьшенного сечения; b₁=300мм.

Момент инерции измененного сечения:

см⁴ (43)

Момент сопротивления

см³ (44)

Находят изгибающий момент, который может воспринять сечение:

(45)

кг/см².

²

кНм

Находим расстояние x от опоры, где изменяется сечение пояса:

(46)

кНм

x1 ≈ 3.8, x2 ≈ 20,2

Расстояние от опоры до места изменения сечения – х = 3,8м

4.4 Проверка прочности, прогибов и общей устойчивости балок

Проверка прочности главной балки выполняют в месте изменения сечения по формуле:

(47)

где, кН/см² нормальные напряжения в крайнем волокне стенки балки; (48)

касательные напряжения там же. (49)

Находим перерезывающую силу в месте изменения сечения

кН (50)

Статический момент пояса балки

см³ (51)

кН/см² кН/см² (52) кН/см² кН/см²

При поэтажном сопряжении балок в месте, не укрепленном поперечными ребрами жесткости, необходима дополнительная проверка стенки балки на местные сминающие напряжения по формуле:

(53)

где, сосредоточенное давление балок настила на верхний пояс

q=75,2кН/м

кН (54)

см – ширина полки балки настила, двутавр №24

см – расчетная длина (55)

t_f=3см – толщина пояса главной балки.

кН/см² < 21,15 кг/см²

Условие не выполняется. Принимаем толщину стенки t_w = 13мм

кН/см² < 21,15 кг/см²
Приведенные напряжения в этом случае проверяют под грузом около места изменения сечения:

(56)

где,

кНм (57)

кН/см² (58)

кН (59)

см³ (60)

кН/см² (61)

кН/см² кН/см²

Здесь расстояние от опоры до сечения под грузом F до места изменения сечения балки, где отсутствуют поперечные ребра жесткости (под балкой настила около места изменения сечения)

Поверку прочности главной балки на касательные напряжения проверяют в опорном сечении по формуле:

(62)

где, см³ (63)

кН/см² кН/см²

Так как фактическая высота балки больше минимальной, то прогиб составных балок можно не проверять.

4.5. Проверка местной устойчивости элементов балки

Стенки балок следует укреплять поперечными ребрами жесткости, если значение условной гибкости стенки балки

(64)

Т.к. то расстояние между ребрами не должно превышать

Расстояние между ребрами жесткости принимаем а = 160см

Ширина ребра мм,

Принимаем ширину ребра b_p = 88мм

Толщина ребра мм, t_р = 8мм

Выполним проверку местной устойчивости в одном отсеке с измененным сечением около места изменения сечения.

Расчет ведется в следующей последовательности:

1) Определяются расчетные усилия M и Q:

кНм (65)

кН (66)



Рис. 4 К расчету стенки на местную устойчивость

2) Определяется краевое сжимающее напряжение у стенки:

кН/см² (67)

3) Определяется среднее касательное напряжение в стенке

кН/см² (68)

4) Определим коэффициент :

(69)

где, коэффициент по таблице 22[2]

При наличии местных напряжений нормальные критические напряжения определяются в зависимости от отношений: т.к. (редкое расположение ребер) и

кН/см²

больше значений, указанных в таблице 24 [2]:

кН/см² (70)

где, коэффициент, принимаемый по таблице 25 [2].

кН/см² (71)

где, коэффициент, принимаемый по таблице 23 [2].

(72)

Критическое касательное напряжение:

кН/см² (73)

где,

(74)

см – меньшая из сторон отсека;

Местная устойчивость стенки балки проверяется по формуле

(75)

4.6. Расчет поясных сварных швов

Сварные швы, соединяющие стенку балки с поясами, воспринимают силу сдвига пояса относительно стенки. Расчет ведется в следующей последовательности:

1) Определим величину сдвигающей силы Т приходящейся на 1 погонный см длины балки:

кН (76)

Величины принимаются для сечения на опоре.

2) Вычислим требуемую высоту сварного шва (для автоматической сварки сварочной проволокой СВ-08А):

см (77)

см (78)

Согласно СНиП [2], п 12.8 принимаем толщину углового шва мм

Принятая высота сварного шва должна удовлетворять конструктивным требованиям, изложенным в п.п. 12.6 – 12.13 [2] для автоматической сварки.

4.7. Расчет опорных ребер

Участок стенки балки над опорой укрепляется поперечным ребром жесткости.

Рис.6. Опорное ребро балки

Последовательность расчета следующая: 1) Толщину опорного ребра назначаем tr =14мм 2) Определяем требуемую ширину ребра по условию его работы на смятие: см (79) где кН – опорная реакция главной балки, расчетное сопротивление смятию торцевой поверхности ребра (по таблице 52* [2]). Принимаем ребро 180х14мм. Принятый размер ширины ребра должен соответствовать следующим требованиям:

(80)

3) Проверим напряжение смятия:

(81)

кН/см² < 36,74 кН/см²

4) Момент инерции сечения условного стержня относительно продольной оси балки:

см⁴ (82)

Площадь поперечного сечения стержня:

см² (83)

Радиус инерции стержня:

см (84)

Гибкость стержня: (85)

По найденному значению определяется величина коэффициента продольного изгиба (таблица 72 [2]), устойчивость стержня проверяется по формуле:

Устойчивость стержня проверяется по формуле:

кН/см² < 25,85 кН/см² (86)

5) Толщина сварных швов, прикрепляющих опорное ребро к стенке балки, вычисляется по формуле:

см (87)

см (88)

Принятая толщина шва k_f должна соответствовать конструктивным требованиям (п.12.6 – 12.13 [2]) мм.

4.8. Расчет монтажного стыка балок

Монтажный стык балки рекомендуется осуществлять стыковыми швами. При невозможности применить на монтаже физические методы контроля качества швов стык нижнего пояса выполняется косым и при наличии угла наклона менее 65° не рассчитывается [1].