Главная страница

кори №1. Расчет стального настила


Скачать 0.58 Mb.
НазваниеРасчет стального настила
Дата14.11.2021
Размер0.58 Mb.
Формат файлаdocx
Имя файлакори №1.docx
ТипДокументы
#271407
страница2 из 7
1   2   3   4   5   6   7

+++++++++++++++++++++++



  1. Расчет главной балки

    1. Подбор сечения балки

Подберем сечение сварной главной балки для балочной клетки. Материал балки – сталь марки ВСт3пс6-2 (табл. П1) с Ry= 260 МПа = 26 кН/см2 для листа t=11÷20 мм и Rs = 150 МПа = 13,5 кН/см2; вес настила и балок настила q1 = 1,13 кН/м2 . Предельный прогиб (f /l) = 1/400 (0,0025); шаг главных балок В = 5,8 м; пролет L = 13,5 м. Максимально возможная строительная высота перекрытия – hстр = 1,75 м.

Расчет производим на равномерно распределенную нагрузку, эквивалентную по интенсивности сосредоточенным грузам. Определяем нормативную и расчетную нагрузки на балку (рис. 3, а):

qn = (pn + gnk·В = (16 + 1,13)·1,02·5,5 = 101,4 кН/м;

q = (γfp·pn+ γfg·gnk·В = (1,2·16 + 1,05·1,13)·1,02·5,8 = 175 кН/м,

где k – коэффициент, учитывающий собственный вес балки, ориентировочно 1 – 2%, В – шаг балок.

Определяем расчетный изгибающий момент в середине пролета

Мmax = ql2/8 = 175·182/8 = 7087,5 кН·м = 708 750 кН·см.

Поперечная сила на опоре

Qmax= ql/2 = 175 · 18/2 = 1575 кН.

Определяем требуемый момент сопротивления балки с учетом развития пластических деформаций. Предварительно принимаем с1 = 1,1:

Wd= Мmax/(с1·Ry·γc) = 708 750/(1,1·23·1) = 28 014 см3.

Определяем оптимальную высоту балки, предварительно задав h≈ (1/12)l=

= (18/12) = 1,5м и рассчитав толщину стенки по формуле tw = 7 + 3h/1000мм = 7 + 3 ·

1500/1000 = 10,5 мм. Принимаем толщину стенки 12 мм.

hopt=k · √ W/tw = 1,15 · √ 28 014/1,2 = 175,7 см.

Минимальную высоту балки определяем по формуле:

hmin= (5/24) · (c1· Ry ·l/E) · [l/ f] · (pn + gn)/( γfp·pn+ γfg·gn) = (5/24) · (1,1 ·

· 23 · 1800/2,06 · 104) · [400] ·146,7/175 = 154,4 см.

Строительную высоту балки определяем исходя из максимально возможной заданной высоты перекрытия и его конструкции

hгб = hстрhбнtd = 190 – 30 – 1,0 = 159 см.

Сравнивая полученные высоты, принимаем высоту балки h= 160 см, на 1 см больше hгб.

Проверяем принятую толщину стенки:

tw= 7 + 3 · 1600/1000 = 11,8 мм;

из условия работы стенки на касательные напряжения на опоре по формуле

tw = (3/2) · (Qmax/h · Rs) = 3 ·1575/2 · 160 · 13,5= 1,09 см.

Чтобы не применять продольных ребер жесткости, необходимо выполнение

условия tw≥ (hw· √Ry/E)/5,5, tw= (154 · √23/2,06 · 104)/5,5 = 0,94 см.

Сравнивая полученную расчетным путем толщину стенки с принятой (12 мм), приходим к выводу, что она удовлетворяет условию прочности на действие касательных напряжений и не требует укрепления ее продольным ребром жесткости для обеспечения местной устойчивости.

Размеры горизонтальных поясных листов находим исходя из необходимой несущей способности балки. Для этого вычисляем требуемый момент инерции сечения балки

I = W · h/2 = 28 014 · 160/2 = 2 241 120 см4.

Находим момент инерции стенки балки, принимая толщину поясов 3 см:

hw=h – 2tf = 160– 2 · 3 = 154 см;

Iw= twhw3/12 = 1,2 · 1543/12 ≈ 365 230 см4.

Момент инерции, приходящиеся на поясные листы,

If= IIw = 2 241 120 – 365 230 = 1 875 890 см4.

Момент инерции поясных листов балки относительно ее нейтральной оси If ≈ 2Af(hef/2)2, где Аf – площадь сечение пояса. Моментом инерции поясов относительно их собственной оси ввиду его малости пренебрегаем.

Отсюда получаем требуемую площадь сечения поясов балки

Аf= 2If/hef2 = 2 · 1 875 890/1572 = 152,2 см,

где hef= htf = 160 – 3 = 157 см.

Тогда bf= Аf/ tf = 152,2/3 = 50,7 см. Ширину листа поясов принимаем по таблицы П16. Ближайший больший размер 53 см.

Таким образом, принимаем пояса из универсальной стали 530 х 30 мм, для которой bf/h = 530/1600 = 1/3,02 находится в пределах рекомендуемого отношения (1/2 -1/5). Уточняем принятый ранее коэффициент учета пластической работы с исходя из

Аf= bf· tf= 53 · 3 = 159см2; Аw= hw· tw = 154 · 1,2 = 184,8 см2;

Аfw = 159/184,8 = 0,860.

По табл. П5 принимаем с1= 1,084, которое близка к ранее принятому с1= 1,1.

Проверяем принятую ширину (свес) поясов по формуле

bef /tf = [(bf – tw)/2]/tf = [(53 – 1,2)/2]/ 3 = 8,63 < 0,11 · hef /tw = 0,11 · 157/1,2 =

= 14,39 < 0,5 · √ E/Ry= 14,96.

Проверяем несущую способность балки по формуле

М ≤ Ry · γc · hef2· tw· (Аfw+ α)

исходя из устойчивости стенки в области пластических деформаций балки в месте действия максимального момента, где Q и τ= 0:

λw = (hw/tw) · √ Ry/E = (154/1,2) · √ 23/2,06 · 104 = 4,29;

Мmax= 708 750 < Ry · γc · hef2· tw· (Аfw+α) = 23 · 1 · 1572· 1,2 · (159/184,8+

+0,203) =723 440 кН·см,

где α = 0,24 – 0,15(τ/Rs)2 – 8,5·10-3·(λw-2,2)2 = 0,24 – 8,5·10-3(4,29 – 2,2)2 = 0,203.

Подобранное сечение балки проверяем на прочность. Для этого определяем момент инерции и момент сопротивления балки

I = Iw+ If= Iw+ 2bf·tf·(hef /2)2 = 365 230 + 2·53·3·(157/2)2 = 365 230 + 1 959 600 ≈ ≈2 324 830 см4.

W = 2·I / h = 2·2 324 830/160 = 29 060 см3.

Наибольшее нормальное напряжение в балке

σ = Мmax / (с1·W)= 708 750/(1,084·29 060) = 22,50 кН/см2 < Ry = 23 кН/см2.

Недонапряжение составляет (23-22,5)·100% / 23 = 2,2 % < 5 %.

Подобранное сечение балки удовлетворяет проверке прочности и не имеет недонапряжение больше 5%. Проверку прогиба балки делать не нужно, так как принятая высота сечения больше минимальной и регламентированный прогиб будет обеспечен.

Сечение главной балки приведено на рис. 3.



3.2. Изменения сечения главной балки

При равномерно распределенной нагрузке наивыгоднейшее по расходу стали место изменения сечения поясов однопролетной сварной балки находится на расстоянии х ≈ (1/5 ÷ 1/6)l = (1/5 ÷ 1/6)·18 =3,6÷3м от опоры.

Место изменения сечения принимаем на расстоянии х = 3 м от опоры (рис. 4). Сечение изменяем уменьшением ширины поясов. Разные сечения поясов соединяем сварным швом встык электродами Э46 без применения физических методов контроля, т.е. для растянутого пояса Rwy = 0,85Ry = 0,85·23 = 19,55 кН/см2.

Определяем расчетный изгибающий момент и перерезывающую силу в сечении:

х =l/6 = 18/6 = 3 м;

М1 = [q · x · (lx)]/2 = [175·3 ·(18-3)]/2 = 3937,5 кН ·м = 393 750 кН · см;

Q1 = q · (l/2 – x) = 175 · (18/2 – 3) = 1050 кН.

Подбор измененного сечения ведем по упругой стадии работы материала по формуле

Wd= Мmax/ Ry · γc.

Определяем требуемый момент сопротивления и момент инерции

измененного сечения исходя из прочности сварного стыкового шва, работающего на растяжение:

Wd1 = М1 / Rwy= 393 750/19,55 = 20 140 см3;

Id1 =Wd1· h/2 = 20140 · 160/2 = 1 611 200 см4.

Определяем требуемый момент инерции поясов (Iw= 365 230 см4):

If1= Id1 Iw= 1 611 200 – 365 230 = 1 245 970 см4

Требуемая площадь сечения поясов Аf1 определяется из формулы

If1 = Аf1· (hef /2)2· 2 = Аf1· hef2/2; Аf1 = 2 · If1/hef2 = 2 · 1 245 970 /1572 =

= 101 cм2.



Принимаем пояс 340 х 30 мм, Аf1 = 34 · 3 = 102 см2. Принятый пояс удовлетворяет рекомендациям bf1 >18 см; bf1 >h/10 = 160/10 = 16 см и bf1 >bf/2 =

=53/2 = 26,5 см.

Определяем момент инерции и момент сопротивления уменьшенного сечения (рис. 4):

I1 = Iw+ 2 · bf1· tf· (hef /2)2 = 365 230 + 2 · 34 · 3 · (157/2)2 = 365 230 +

+1 257 100 = 1 622 330 см4.

W1 = 2 · I1/h = 2 ·1 622 330/160 = 20 279 см3.

Наибольшие напряжения в месте изменения сечения балки равны:

σ1 = М1/W1 = 393750/20279 = 19,42 кН/см2 < Rwy = 0,85 · 23 = 19,55 кН/см2.
3.3. Проверка и обеспечение общей устойчивости балки

  1. Проверка прочности балки.

Проверяем максимальные нормальные напряжения в поясах в середине балки по формуле

σ = Мmaqx / с1W= 708 750 / 1,084 ·29 060 = 22,50 кН/см2 < Ry = 23 кН/см2.

Проверяем максимальные касательные напряжения в стенке на опоре балки по формуле

τ= Qmax · S1 / I1 · tw = 1575 · 11564 /1 622 300 · 1,2 = 9,36 кН/см2 < Rs= 13,5 кН/см2,

статический момент полусечения балки

S1 = bf1· tf· hef/ 2 + tw· hw2 / 8 = 34 · 3 · 157 / 2 + 1,2· 1542 /8 = 8007 + 3557=

=11564 см3.

Проверяем местные напряжения в стенке под балками настила по формуле

σloc = F / tw·lloc= 169,4 / 1,2 · 19,5 = 7,24 кН/см2,

где F = Qmaxбн · 2 = 84,70 · 2 = 169,4 кН – опорные реакции балок настила; lloc = b + 2 · tf = 13,5 + 2 · 3 = 19,5 см – длина передачи нагрузки на стенку балки.

Ввиду наличия местных напряжений, действующих на стенку балки, надо проверять совместное действие нормальных, касательных и местных напряжений по формуле

σred= √ σ12 + σloc– σ1 · σloc+ 3 ·τ12 ≤ 1,15 · Ry · γc

на уровне поясного шва (рис. 4, б) под балкой настила, по уменьшенному сечению вблизи места изменения сечения пояса. Под ближайшей балкой настила будет стоят ребро жесткости, которое воспримет давление балок настила, и передачи давления на стенку в этом месте не будет, поэтому проверяем приведенные напряжения по формуле

σred= √ σ12 + 3 ·τ12 ≤ 1,15 · Ry · γc

в сечении 1 – 1 - месте изменения сечения балки (где они будут максимальны):

σred= √ σ12 + 3 ·τ12 = √ 18,692 + 3 · 4,322 = √ 349,3 + 56 = 20,1 ≤

≤ 1,15 · Ry · γc = 1,15 · 23 · 1 = 26,45 кН/см2;

σ1 = (М1 / W1) · (hw/ h) = (393 750 / 20 279) · (154 / 160) = 19,42 · 0,9625 =

= 18,69 кН/см2;

τ1 = (Q1 · Sf1) / (I1 ·tw) = (1050 · 8007) / (1 622 330 · 1,2) = 4,32 кН/см2;

Sf1 = bf1 · tf · (hef / 2) = 34 · 3 · (157/2) = 8007 см3.

Прочность балки обеспечена.

  1. Проверка общей устойчивости балки.

Проверка общей устойчивости балки в месте действия максимальных нормальных напряжений, принимая за расчетный пролет l0- расстояние между балками настила: в середине пролета балки, где учтены пластические деформации, проверяем применимость формулы (7.14) [ 1 ]: 1 <h/bf= 160/53 = 3,02 < 6 и bf/tf= 53/3 = 17,7 < 35:

l0/ b = 100/53 = 1,89 < δ· [ 0,41 + 0,0032 · bf/tf + (0,73 – 0,016 · bf/tf ) · bf/hef ] · √ E/Ry=

= 0,3 · [0,41 + 0,0032 · 53/3 + (0,73 – 0,016 · 53/3) · 53/157] · √ 2,06 · 104/23 =

= 0,3 · [0,41 + 0,0565 + 0,1510] · 29,927 = 5,54,

где δ = [ 1 – 0,7· (с1 – 1) / (с-1)] = 0,3, так как τ= 0 и с1 = с. В месте уменьшенного сечения балки (балка работает упруго и δ = 1); l0 = 100 см – расстояние между балками настила

lef/ bf1 = 100 / 34 = 2,94 < 1 · [0,41 + 0,0032 · 34 / 3 + (0,73 – 0,016 · 34 /3) · 34 / 157] · √ 2,06 · 104 / /23 = 1 · [0,41 + 0,0362 + 0,1188] · 29,927 = 16,91.

Обе проверки показали, что общая устойчивость балки обеспечена.

  1. Проверка прогиба балки может не производиться, так как принятая высота балки больше минимальной h = 160 см > hmin= 154,4 см.

3.4. Проверка местной устойчивости элементов балки

1. Устойчивость сжатого пояса

Проверка устойчивости сжатого пояса производится в месте максимальных нормальных напряжений в нем – в середине пролета балки, где возможны пластические деформации. Проверка производиться по формуле

bef/ tf ≤ 0,11 · hef/ tw, но не более 0,5 · E / Ry.

Рассчитываем hef/ tw = 157 / 1,2 = 130,8 > 2,7 · √ E / Ry = 2,7 · √ 2,06 ·104 / 23 = 80,8; bef/ tf= (53 – 1,2) / (3 · 2) = 8,63 < 0,11· hef/tw= 0,11 · 157 / 1,2 = 14,39, т.е. местная устойчивость пояса обеспечена.

2. Устойчивость стенки

Первоначально определяем необходимость постановки ребер жесткости по формуле λw= (hw/ tw) · √ Ry / E = (154 / 1,2) · √ 23 / 2,06 · 104 = 4,29 > 2,2, т.е. вертикальные ребра жесткости необходимы. Кроме того, в зоне учета пластических

деформаций необходима постановка ребер жесткости под каждой балкой настила, так как местные напряжения в стенке в этой зоне недопустимы. Определяем длину зоны использования пластических деформаций в стенке по формуле:

а =l· √ 1 – (1 / c1) · (h / hw) = 1800 · √ 1 – (1/1,084) · (160 / 154) = 366,9 см.

Расстановку вертикальных ребер жесткости принимаем по рис. 5.

Нормами разрешается не проверять устойчивость стенок балок с поперечными ребрами жесткости для балок с двусторонними поясными швами и местной нагрузкой на пояс при λw ≤ 2,5. Устанавливаем необходимость проверки устойчивости стенки. Расчет λw= 4,29 > 2,5 показал, что проверку устойчивости стенки следует производить.

Проверяем отсек «а». В соответствии с расшифровкой к формуле (7.46) [ 3 ] определяем средние значения М и Q в сечении 2 – 2 на расстоянии х = 350 см от опоры (под балкой настила), что почти совпадает с рекомендацией расстояния в hef/ 2 от края отсека:

М2 = [q · х · (l– х)] / 2 = [175 · 3,5 · (18– 3,5)] / 2 = 4 440 кН·м = 444 000 кН·см;

Q2 = q·(l/ 2– х) = 175 · (18 /2 – 3,5) = 963 кН.

Определяем действующие напряжения

σ = (М2 / W) · (hw/ h) = (444 000/ 29 060) · (154/ 160) = 14,7 кН/см2;

τ= Q2 / (hw ·tw) = 963 / (154 · 1,2) = 5,2кН/см2;

σloc= 7,24 кН/см2.

Определяем критические напряжения. По формуле (7.40) [ 3 ] находим

τcr= 10,3 · (1 + 0,76 / μ2) · Rs/ λef2 = 10,3 · (1 + 0,76 / 1,952) ∙13,5/4,292 = 9,06 кН/см2,

где hef= hw; λef = λw= 4,29; μ = а / hef= 300 / 154 = 1,95, Rs= 13,5 кН/см2. σloc/ σ = 7,24 /14,7 = 0,49. По формуле (7.44) [ 3 ] определяем

δ = β · (bf/ hef) · (tf/ tw)3 = 0,8 · (53 / 154) · (3 / 1,2)3 = 4,30.

По табл. П8 при δ = 4,30 и а / hef= 1,95 предельное значение σloc/ σ = 1,177. Расчетное значение σloc/ σ = 0,49 < 1,177, поэтому σcrопределяем по формуле (7.45) [ 3 ]:

σcr= (сcr ·Ry) / λw2 = (34,63 · 23) / 4,292 = 43,27 кН/см2,

где сcr= 34,63 получено по табл. П6 при δ = 4,30.

По формуле (7.48) [ 3 ] определяем σloc.cr, подставляя в нее из табл. П7 значение а / 2 вместо а:

σloc.cr = (c1 · Ry) / λа2 = (21,6 · 23) / 4,182 = 28,4 кН/см2,

где λа = (а/ 2 · tw) · √ Ry / E= (300 / 2 · 1,2) · √ 23 / 2,06·104 = 4,18; По табл. П7 при δ = 4,3, а / 2hw = 300 / 2 · 154 = 0,974 с1 = 21,02.

Теперь подставляем все значения в формулу (7.47) [ 3 ]

(σ / σcr+ σloc/ σloc.cr)2 + (τ/ τcr)2 = √ (14,7 / 43,27+ 7,24 / 28,4)2 + (5,2/ 9,06)2 =

√ (0,340+ 0,255)2 + 0,5742 = √ 0,354+ 0,329 = √ 0,683 = 0,83 < γc = 1.

Проверка показала, что устойчивость стенки обеспечена.



3.5. Соединение поясов балки со стенкой

Так как балка рассчитана с учетом пластических деформаций, то швы выполняем двусторонние, автоматической сваркой в лодочку, сварочной проволокой Св – 0,8ГА. По формуле (7.57) [ 3 ] определяем толщину шва в сечении х = 50 см (рис. 5), под первой от опоры балкой настила, где сдвигающая сила максимальна

kf= [ 1 / n · (β · Rw)min] · √ (Q · Sf / I)2 + (F / lloc)2 = (1 / 2 · 18,4) · √ (1575 · 8007 / 1 622 330)2 + (169,4 / 19,5)2 = 0,02717 · √ 60,42 + 75,46 = 0,316см.

По табл. П2 определяем Rwf= 200 МПа = 20 кН/см2, а по табл. П1 Rwz = 160МПа = 16 кН/см2. По табл. П3 определяем βf = 1,1, βz = 1,15. Далее определяем более опасное сечение шва

βfRwf = 1,1 · 20 = 22 кН/см2 > βz · Rwz = 1,15 · 16 = 18,4 кН/см2.

Значения Q, I, F, llocвычислены ранее.

Sf = b1 · tf · (hef / 2) = 34 · 3 · (157/2) = 8007 см3.

По табл. П4 принимаем минимально допустимый при толщине пояса tf= 30 мм шов kf= 7 мм, что больше получившегося по расчету kf = 3,16 мм.

3.6. Расчет монтажного стыка главной балки на высокопрочных болтах

Стык выполняем в середине пролета балки, где М = 7087,5 кН·м и Q = 0, конструкция стыка представлена на рис. 6.

Стык осуществляем высокопрочными болтами d = 24 мм из стали 38ХС «селект», имеющий Rbun =1350 МПа = 135 кН/см2 (табл. П9); обработка поверхности газопламенная. Несущая способность болта, имеющего две плоскости трения, по формуле (6.4) [ 3 ]

Qbh = Rbh· Аbn· (γb· μ / γh) · ks = 94,5 · 3,52 · (0,85 · 0,42 / 1,02) · 2 = 232,8 кН,

где Rbh = 0,7 · Rbun= 0,7 · 135 = 94,5 кН/см2, Аbn = 3,52 см2 (табл. П10); γb= 0,85, так как разница в номинальных диаметрах отверстия и болта больше 1 мм; μ = 0,42 и γh = 1,02 (табл. П11); принимая способ регулирования натяжения болта по углу закручивания, ks = 2 – две плоскости трения.

Стык поясов. Каждый пояс балки перекрываем тремя накладками сечениями 530 х 16 мм и 2 х 245 х 16 мм, общей площадью сечения

Ан = 1,6 · (53 + 2 · 24,5) = 163,2 см2 > Аf= 53 х 3 =159 см2.

Усилие в поясе определяем по формуле (7.62)

Мf = М · If / I = 7087,5 · 1 959 600 / 2 324 830 = 5974 кН·м;

Nf = Мf / hef = 5974 / 1,57 = 3 805 кН,

где I, If и hef– определены выше.

Количество болтов для прикрепления накладок рассчитывается по формуле (7.63)

n = Nf /Qbh = 3805 / 232,8 = 16,3

Принимаем 18 болтов и размещаем их согласно рис. 6.

Стык стенки. Стенку перекрываем двумя вертикальными накладками сечением 430 х 1460 х 8 мм.

Момент, действующий на стенку, определяем по формуле (7.64) [3]:

Мw= М · Iw/ I = 7087,5 · 365 230 / 2 324 830 = 1 113 кН·м.

Принимаем расстояние между крайними по высоте рядами болтов

amax= 1540 –2 · 110 = 1320 мм.

Из формулы (7.66) находим коэффициент стыка α

α = Мw/ (m· аmax· Qbh) = 111 300 / (2 · 132 · 232,8) = 1,81.

Из табл. П12 находим количество рядов болтов по вертикали k при α = 1,81, k = 9 и α = 1,87 > 1,81. Принимаем 9 рядов с шагом 165 мм. Проверяем стык стенки по формуле (7.65) [ 1 ]:

Nmax= Мw· аmax / (m· ∑ аi2) = 1 113 ·1,32 / ( 2 · 3,267) = 224,8 кН < Qbh = 232,8 кН,

где ∑ аi2= 0,332 + 0,662 + 0,992 + 1,322 = 0,1089 + 0,4356 + 0,9801 + 1,7424 = 3,267 м2.

Проверяем ослабление нижнего растянутого пояса отверстиями под болты dО = 27 мм (на 3 мм больше диаметра болта). Пояс ослаблен двумя отверстиями по краю стыка

Аfn = 3,0 · (53 – 2 · 2,7) = 142,8 см2 > 0,85 · Аf = 0,85 ·53 · 3 = 135,2 см2.



Ослабление пояса можно не учитывать.

Проверяем ослабление накладок в середине стыка четырьмя отверстиями

Аnнакл = 163,2 – 4 · 2 · 1,6 · 2,7 = 163,2 – 34,56 = 128,64 см2 <

< 0,85 · Аf = 0,85 · 53 · 3 = 135,2 см2.

Приходится увеличивать толщину накладок. Принимаем накладки толщиной 18 мм

Аnнакл = 1,8 · (53 + 2 · 24,5) – 4 · 2 · 1,8 · 2,7 = 183,6 – 38,88 = 144,72 см2 >

> 0,85 · Аf= 135,2 см2.
  1. 1   2   3   4   5   6   7


написать администратору сайта