Стальная рабочая площадка промздания

 

При b_ef/t_f  = 7,4< (b_ef/t_f)_u = 14,65 устойчивость пояса обеспечена.

 

 

10.2 Проверка устойчивости стенки.

Проверяем необходимость постановки ребер  жесткости. Условная гибкость стенки при h_ef=h_w= 120 см  и t_w =1,2 см равна

Поскольку , то постановка ребер жесткости необходима (п.7.10 [1]). Максимальное расстояние между поперечными ребрами жесткости при равно a_max = 2h_ef=2×120 = 240 см.

Расстояние  между поперечными ребрами жесткости  принимаем, как показано на рис. 5.1. с  учетом выполнения монтажного стыка  в середине пролета.

Принимаем парные ребра жесткости, ширина которых  по [ 2 ] равна:

Толщина ребра определяется по п. 7.10 [ 1 ]

Принимаем размеры двухсторонних ребер  жесткости b_hxt_s =80x6 мм

Проверяем необходимость выполнения проверки стенки на устойчивость по п. 7.3 [ 1 ], учитывая, что в каждом отсеке  имеется местная нагрузка от давления балок настила (s_loc¹ 0): В этом случае проверка стенки балки на устойчивость необходима.

Проверяем отсек стенки балки, в котором  изменяется сечение ее пояса. Ширина отсека а = 200 см, расчетная высота стенки 120 см.

Так как  длина отсека превосходит его  расчетную высоту, то при вычислении средних значений M и Q в отсеке принимаем расчетный участок, равный  по длине расчетной высоте отсека.

          Рис. 5.1. К расчету устойчивости  стенки составной балки

 

Последовательно определяем:

• изгибающий момент в сечении на границе расчетного участка отсека в точках 1 и 2 (рис. 5.1)

х₁= 200 –120 = 80 см,

х₂=200 см,

• среднее значение момента на расчетном участке отсека

M_x=(M₁+M₂)/2 = (486,05+1072,17)/2 = 779б11 кН×м;

• поперечную силу в сечениях 1и 2

• среднюю поперечную силу в пределах расчетного участка отсека

Q_x=(Q₁+Q₂)/2 = (559,91+416,96)/2 = 488,44 кН.

Определяем  компоненты напряженного состояния  по п.7.2 [ 1 ] в стенке для уменьшенного сечения

где I_1x=415649,29 см⁴;

y = h/2+z = 123,6/2 +1,99 =63,79 см.

,

s_loc=5,68 кН/см²

Определяем  критические значения компонентов  напряженного состояния.

При отношении a/h_ef = 200/120 = 1,67> 0,8  и s_loc /s = 5,68/19,97=0,28  предельное отношение   (s_loc /s)_u принимается по табл.24 [ 1 ] в зависимости от параметра d и отношения a/h_ef

, при b=0,8 по табл.22 [ 1 ].

При d= 0,63 и a/h_ef = 1,67:  (s_loc /s)_u= 0,5.

Тогда  при a/h_ef = 1,67> 0,8  и s_loc /s  = 0,28< (s_loc /s)_u= 0,5 находим s_cr по формуле (75) [ 1 ] и s_loc,cr– формуле (80) [ 1 ], но с подстановкой 0,5а вместо а.

,

с_cr= 30  по табл. 21 [ 1 ] при d= 0,63.

Для определения s_loc,cr предварительно находим c₁ по табл.23 [ 1] при

0,5a/h_ef = 0,5×200/120 =0,83 и d = 0,63 c₁ = 14,83

Определяем t_cr по формуле (76) [ 1 ] при m = 200/120 = 1,67

 

Проверку  устойчивости стенки выполняем по формуле (79) [ 1 ]

Принятая расстановка ребер  жесткости обеспечивает устойчивость стенки.

11. Расчет поясных швов составной балки.

 

Исходные  данные:

-    сечение балки на опоре h_wxt_w=1200x12 мм, b_fxt_f= 280x18 мм;

• поперечная сила на опоре Q_max= 655,22 кН;
• опорная реакция балки настила Q_fb = 58,32 кН.

 

Для поясного соединения принимаем  двусторонние угловые швы, поскольку  не выполняются требования, предъявляемые  к балке для случая применения односторонних швов, в частности, сжатый пояс не раскреплен сплошным настилом и не во всех местах приложения к поясу сосредоточенных нагрузок (опирание балок настила) установлены ребра жесткости (см. п. 13.26  
[ 1 ]. Расчет выполняем для наиболее нагруженного участка шва у опоры под балкой настила.

Определяем геометрические сечения  брутто относительно нейтральной оси 

где a₁– расстояние от центра тяжести сечения до центра тяжести верхнего пояса;

a₂ – расстояние от центра тяжести сечения до центра тяжести нижнего пояса;

Статический момент полусечения

 

Определяем расчетные усилия на единицу длины шва:

• погонное сдвигающее усилие

- давление  от сосредоточенного груза  F = 2Q_fb= 2×58,32 = 116,64 кН

где l_ef - условная  длина распределения сосредоточенного груза

l_ef=b_f,fb + 2t_f= 13,5 + 2× 1,8 = 17,1см

Поясные угловые швы выполняются автоматической сваркой в положении «в лодочку» сварочной проволокой Св-08А (табл.55[ 1 ]. Расчетное сопротивление металла швов для Св-08А (по табл.56 [ 1 ] равно R_wf = 180 МПа = 18 кН/см², нормативное сопротивление металла шва по временному сопротивлению R_wun = 410 МПа. Расчетное сопротивление металла границы сплавления  для стали С255 при R_un = 370 МПа равно

R_wz= 0,45R_un= 0,45×370 = 166,5 МПа

Для автоматической  сварки b_f=1,1; b_z = 1,15 (табл. 34 [ 1 ]).

По табл. 38 [ 1 ] находим, что при толщине более толстого элемента (пояса) из свариваемых 18 мм  k_f,min = 6мм. Принимаем поясной шов высотой k_f= 6мм и проверяем его на прочность по формулам (138) и (139)[ 1 ].

Отсюда следует, что необходимая  прочность соединения обеспечивается минимально допустимой толщиной шва.

 

12. Расчет опорной части балки

 

Исходные  данные:

-   сечение балки на опоре h_wxt_w=1200x12 мм, b_fxt_f= 280x18 мм;

• опорная реакция балки F = Q_max = 655,22 кН;

 

12.1.  Расчетные характеристики материала и коэффициенты

Опорные ребра балки выполняем из стали  С255 по ГОСТ 27772-88, для  которой  R_y= 240 МПа,  R_un = 370 МПа (табл. 51* [ 1 ]),R_p= 336 МПа, (табл. 52* [1]).

Опорную часть балки конструируем с торцевым опорным ребром (рис. 12.1).

 

12.2. Определяем размеры опорного ребра

Требуемая площадь опорного ребра равна:

Ширину  опорного ребра принимаем равной ширине пояса балки на опоре b_h = b_1f = 20 см. Определяем толщину опорного ребра при b_hp = 20 см

 

                                     Рис.6.1. К расчету опорной части балки

 

Принимаем ребро толщиной 10 мм. Нижний край ребра не должен выступать за грань полки более чем на а=1,5t_h= 1,5×1,0 =1,5 см. Принимаем а = 1,5 мм.

 

12.3. Проверка принятого сечения

Проверяем опорную часть балки на устойчивость.

Площадь  таврового сечения с учетом полосы стенки шириной l_h (п.7.12  
[ 1 ])

равна

Момент  инерции сечения относительно оси х – х

Радиус  инерции

Гибкость  стойки при высоте, равной высоте стенки балки (см. рис. 12.1), равна

Коэффициент продольного изгиба определяем по табл. 72 [ 1 ] j = 0,926.

Проверка  устойчивости выполняется по формуле

Проверяем ребро на местную устойчивость в  соответствии с указаниями  
[ 1 ].п. 7.22

При

,

предельное  отношение свеса ребра к толщине  по табл. 29* [ 1 ] равно

Устойчивость  опорной части балки и опорного ребра обеспечены, поскольку 

 

12.4. Рассчитываем сварные швы,

необходимые для  крепления ребра к стенке

Принимаем, что швы выполняются полуавтоматической  сваркой в нижнем положении с  использованием сварочной проволоки  Св-08А , для которой (по табл.56 [ 1 ] расчетное сопротивление равно R_wf = 180 МПа = 18 кН/см², расчетное сопротивление металла границы сплавления  для стали С255 при R_un = 370 МПа равно R_wz= 0,45R_un= 0,45×370 = 166,5 МПа, b_f=0,9; b_z = 1,05 (табл. 34* [ 1 ])

R_wf = 180 МПа >R_wz= 166,5 МПа,

R_wf= 180 МПа <R_wzb_z/b_f = 166,5×1,05/0,9 = 194,25 МПа

Выполненные проверки показывают на правильный выбор  сварочных материалов и на то, что  расчет можно производить только по металлу шва. Определяем требуемую  высоту шва при количестве угловых  швов n_w = 2

По табл.38* [ 1 ]  при толщине более толстого элемента 18 мм k_f,min= 7 мм. Принимаем толщину сварного шва 7 мм.

 

13 Расчет укрупнительного стыка  балки

 

Рассчитать  и законструировать  монтажный стык  на высокопрочных болтах в середине пролета главной балки составного сечения.

Исходные  данные:

• размеры пояса b_fxt_f= 280x 18 мм, размеры стенки h_wxt_w = 1200 x12 мм;
• I_x= см⁴;  I_w = 1,2×120³/12= 172800 см⁴- момент инерции стенки;
• в середине пролета балки  M_x = M_max = кН×м, Q_x= 0.

 

 

1. Расчетные характеристики материала и коэффициенты.

 

Стык  выполняем на высокопрочных болтах диаметром 20 мм из стали 40Х «селект», с R_bun = 1100МПа ( табл. 61* [ 1 ]). Очистка поверхности газопламенная, при которой коэффициент трения m=0,42, коэффициент надежности g_h = 1,12 (табл.36* [ 1 ].

 

13.2.Расчет стыка поясов

 

Определяем  распределение момента между  поясами и стенкой 

M_f= M_x – M_w = 1801,84 – 749,09 = 1052,75 кН×м

Усилия  в поясных накладках равны

Требуемая площадь  накладок на пояс нетто  равна

Принимаем двусторонние накладки с наружной стороны  280 х 12 мм, с внутренней стороны пояса две накладки 160 х12 мм.

Предполагая  в каждом ряду по 4 болта, найдем площадь  накладок с учетом ослабления, диаметр  отверстия под болты d = 20 мм – d₀ = 23 мм 

A_bcf,n= (28- 4×2,3)×1,2 + 2×(16 - 2×2,3)×1,2 = 44,92см² >A_bcf,r =41,4 см²

Площадь пояса с учетом ослабления отверстиями

A_f,n= (28 - 4×2,3)×1,8 = 33,84 см².

Суммарная площадь сечения накладок нетто  больше, чем сечение пояса, поэтому  проверку на прочность выполняем  только по ослабленному сечению пояса. Поскольку A_f,n= 33,84 см²< 0,85A_f = 0,85×41,4 = 35,19 см², то проверка производится по условной площади A_f,с = 1,18A_f,n = 1,18×33,84 = 39,93 см² (см. п. 11.14 [ 1 ])

Условие прочности по ослабленному сечению  выполняется.

Расстояние  между центрами болтов вдоль усилия должно быть не менее e+1,5d₀ (e –расстояние между рядами поперек усилия). По табл.39 [ 1 ] e=2,5d₀, отсюда минимальное расстояние между болтами равно (2,5 +1,5) d₀= 4d₀ = 4×2,3=92 мм. Принимаем шаг 100 мм, см. рис. 8.1.

Расчетное усилие, которое может воспринято одним высокопрочным болтом, определяется по формуле (131)*[ 1 ]

 

                       Рис.13.1. Монтажный стык балки на высокопрочных болтах

.

где R_bh– расчетное сопротивление растяжению высокопрочного болта;  
R_bh=0,7 R_bun =0,7×110 = 77 кН/см²;

A_bh – площадь сечения болта нетто, A_bh=2,45см²;

k – число поверхностей трения, в данном случае k= 2;

g_b – коэффициент работы соединения, g_b= 1,0 при числе болтов 10 и более;

g_h –коэффициент надежности , принимаемый по табл.36* [ 1 ], g_h = 1,12;

m - коэффициент трения , принимаемый по табл. 36* [ 1 ], для газопламенного способа очистки      m =  0,42