Рассчёт металлического блока

 

3,88 > 3,2 – необходимо укрепление стенки ребрами жесткости.

 Установим  ребра жесткости с шагом не  более 2h_w = 2×133см = 266 см.

Выполняем постановку рёбер жёсткости в местах передачи нагрузки от вспомогательной балки на главную, на опорах, а также между балками ввиду редкой расстановки вспомогательных балок.

Ширина ребра :

Принимаем b_h = 90 мм.

Толщина ребра:

Принимаем t_S = 6 мм.

 

Балку разбиваем на двенадцать отсеков, сделаем проверку на устойчивость стенки в шести слева от оси симметрии балки.

 

 

Рис. 18 Схема  разделения балки на отсеки

 

 

 

Устойчивость  стенок балок симметричного сечения, укрепленных поперечными ребрами  жесткости, при отсутствии местного напряжения проверяется по формуле

 

Так как высота отсеков превосходит его длину, то М_ср=(М_л+М_п)/2.

Выражения для  вычисления нормальных и касательных  напряжений в этом случае имеют следующий вид:

Критические напряжения вычисляются по формулам:

- отношение большей стороны отсека  к меньшей;

Сcr – для сварных балок принимается по таблице 21 СНиП «МК» в зависимости от значения коэффициента d:

 

,

Условная  гибкость вычисляется по формуле

 

, d – меньшая из сторон отсека.

 

 

Проверка устойчивости стенки в первом  отсеке

 

М_л=0,    М_п=10377,6кН×м×1,067м:6,401м=1729,8 кН×м 

М_ср=1729,8/2=864,9 кНм;

 

Нормальные и касательные напряжения:

Критические нормальные напряжения:

b=0,8; d= ,

тогда по табл.21 СНиП II-23-81^*  =34,6;

Критические касательные напряжения:

Проверка устойчивости стенки:

Устойчивость стенок в первом отсеке обеспечена, дополнительного поперечного  ребра не требуется.

 

Проверка устойчивости стенки во втором  отсеке

 

М_л=1729,8 кН×м,    М_п=10377,6кН×м×2,134м:6,401м=3459,7 кН×м 

М_ср=1729,8+3459,7/2=2594,75 кНм;

 

Нормальные и касательные напряжения:

Критические нормальные напряжения:

b=0,8; d= ,

тогда по табл.21 СНиП II-23-81^*  =34,6;

Критические касательные напряжения:

Проверка устойчивости стенки:

Устойчивость стенок во втором отсеке обеспечена, дополнительного поперечного  ребра не требуется.

 

Проверка устойчивости стенки в третьем отсеке

 

М_л=3459,7 кН×м,    М_п=10377,6кН×м×3,201м:6,401м=5189,61 кН×м 

М_ср=(3459,7+5189,61)/2=4324,66 кНм;

 

Нормальные и касательные напряжения:

Критические нормальные напряжения:

b=0,8; d= ,

тогда по табл.21 СНиП II-23-81^*  =34,6;

Критические касательные напряжения:

Проверка устойчивости стенки:

Устойчивость стенок во третьем отсеке обеспечена, дополнительного поперечного ребра не требуется.

 

 

Проверка устойчивости стенки в четвертом отсеке

 

М_л=5189,61 кН×м,    М_п=10377,6кН×м×4,801м:6,401м=7783,6 кН×м 

М_ср=(5189,61+7783,6)/2=6486,6 кНм;

 

Нормальные и касательные напряжения:

Критические нормальные напряжения:

b=0,8; d=

тогда по табл.21 СНиП II-23-81^*  =34,6;

Критические касательные напряжения:

Проверка устойчивости стенки:

Устойчивость стенок в четвертом  отсеке обеспечена, дополнительного  поперечного ребра не требуется.

 

Проверка устойчивости стенки в пятом отсеке

 

М_л=7783,6 кН×м,    М_п=10377,6кН×м×6,401м:6,401м=10377,6 кН×м 

М_ср=(7783,6+10377,6)/2=9080,6 кНм;

 

Нормальные и касательные напряжения:

Критические нормальные напряжения:

b=0,8; d= ,

тогда по табл.21 СНиП II-23-81^*  =34,6;

Критические касательные напряжения:

Проверка устойчивости стенки:

Устойчивость стенок в пятом  отсеке обеспечена, дополнительного  поперечного ребра не требуется.

 

Проверка устойчивости стенки в шестом отсеке

 

М_л=М_п= М_ср=10377,6 кН×м 

 

Нормальные и касательные напряжения:

Критические нормальные напряжения:

b=0,8; d= ,

тогда по табл.21 СНиП II-23-81^*  =34,6;

Критические касательные напряжения:

Проверка устойчивости стенки:

Устойчивость стенок в шестом отсеке обеспечена, дополнительного поперечного  ребра не требуется.

 

 

6. Расчет соединения поясов балки со стенкой.

Соединение  поясов составной балки со стенкой  осуществляется в сварных балках поясными швами. Поясные швы предотвращают  сдвиг поясов относительно стенки балки, что превращает все сечение в монолитно работающее.

Полки составных сварных балок  соединяют со стенкой на заводе автоматической сваркой. Сдвигающая сила на единицу  длины:

 

 

Для стали С235 по табл. 55^* СНиП II-23-81^* принимаем проволоку Св-08А.

 

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

 

1. Расчет по металлу шва.

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

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

Расчетное сопротивление металла R _wf =180 МПаСНиП II-23-81^*, табл.56)

b_f g _wf R _wf = 1,1× 1×18= 19,8 кН/см²

 

2. Расчет по металлу границы сплавления.

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

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

Расчетное сопротивление металла R _wz =0,45 R _un = 0,45 ×410 = 220,5 МПа

b_z g _wz R _wz = 1,15×22,05×1 = 18,45кН/см²

Сравнивания полученные величины, находим

b g _w R _w)_min = 18,45 кН/см²

 

Высота катета поясного шва должна быть не менее

=>

По толщине наиболее толстого из свариваемых элементов t_f = 25мм) по табл. 38 СНиП II-23-81^*, принимаем k_f =  7 мм.

 

2. Расчет опорного ребра жесткости главной балки.

 

Сопряжение  балки со стальной колонной осуществляется путем опирания сверху. Конец балки в месте опирания укрепляют опорными ребрами, считая при этом, что вся опорная реакция передается с балки на колонну через эти опорные ребра жесткости. Ребра жесткости прикрепляют к стенке балки сварными швами, а торцы ребер плотно пригоняют к нижнему поясу балки.

Размеры опорных  ребер определяются исходя из требуемой  площади сечения ребра на смятие торцевой поверхности А_р по формуле:

,

R_p – расчётное сопротивление стали смятию торцевой поверхности;

F_р – опорная реакция.

Ширина опорного ребра за счет среза углов для  пропуска поясных швов будет меньше на 10-15 мм нижнего пояса балки.

Кроме проверки на смятие торца опорного ребра и  прикрепления его к стенке балки  производится также проверка опорного участка балки на устойчивость из плоскости балки как условного опорного стержня, включающего в площадь расчетного сечения А опорные ребра и часть стенки балки в каждую сторону шириной по . Расчетная длина этого условного стержня равна высоте стенки балки. Проверка производится по формуле:

 

 

 

Расчёт:

F=1275 кН, , R_p=32,7 кН/см², примем b_р=25 см,

Из конструктивных соображений  принимаем ребро 250х16 мм.

Уточним площадь сечения ребра: А_р=25·1,6=40 см²

Ширина участка стенки, включенной в работу опорной стойки:

A_w=Aр+t_wb_w=40+1см·19,64см=59,64 см²;

Радиус инерции сечения ребра  ;

Гибкость ребра  =>

j=0,945СНиП II-23-81^*,табл.72)

 

Проверка опорного ребра на устойчивость:

Ry×gc=23×1,1=25,3 кН/см²

22,63<25,3 - условие устойчивости  опорного ребра выполнено.

 

Рассчитаем прикрепление опорного ребра к стенке балки сваркой  электродами Э-46 табл. 55^* СНиП II-23-81^*). По табл. 56^* СНиП II-23-81^*  принимаем R_wf=200 МПа=20 кН/см², R_wz=0,45R_un=0,45·360=162МПа=16,2 кН/см², β_f=0,9,

β_z=1,05.

β_f R_wf=0,9·20=18 кН/см²;

β_z R_wz=1,05·16,2=17,01 кН/см²;

17,01<18

Определим катет сварных швов

Т.к. толщина более толстого элемента 16 мм, то к_min=5 мм табл. 38 СНиП II-23-81^*), а 4<5, то принимаем катет шва 5 мм.

Проверяем длину рабочей части  шва:

44,6<96 см.

Ребро привариваем  стенке по всей высоте сплошными швами.

 

 

 

 

6.8. Расчет болтового  соединения вспомогательной балки  с главной.

 

Сопряжение вспомогательной балки  с главной производится через  рёбра жёсткости. Опорная реакция вспомогательной балки равна:

Принимаем болты  нормальной точности, 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 работающий на срез:

N_b = R_bs×_b×A×n_s,

где R_bs = 150 МПа,

_b = 1 – коэффициент условия работы,

n_s = 1 – число срезов болта.

 

     

 

А = pd²/4 = 3,14×2,0²/4 = 3,14см² – расчетная площадь сечения болта

N_b = 15 × 1 × 3,14 × = 47,1 кН.

Требуемое количество болтов в соединении:

Т.к. высота вспомогательной балки 495,1 мм, то получаем по расчету 495-160)/50=7 болтов. 16>7, поэтому  из условий размещения примем  высокопрочные  болты.

Определим расчетное  усилие Q_bh, которое может быть воспринято каждой поверхностью трения соединяемых элементов, стянутых одним высокопрочным болтом: где Rbh=0,7·R_bun

R_bun=1350 Н/мм² табл. 61 СНиП II-23-81^*)- сталь30ХНМФА

Rbh=945 Н/мм²

Принимаем дробеструйный способ обработки  поверхностей с консервацией:

μ=0,5 табл. 36 СНиП II-23-81^*);

γ_h=1,12 табл. 36 СНиП II-23-81^*);

A_bh=2,45 см² табл. 62 СНиП II-23-81^*);

γ_b=0,9 т.к. n=7)

Принимаем  6 высокопрочных болтов.

Размещаем болты в соответствии с табл. 39 СНиП II-23-81^*.

 

9. Конструирование и расчет укрупнительного стыка.

 

Стык выполняется на высокопрочных  болтах.

Стык в середине пролета балки, где М_max=5527,125кНм, Q=0.

Стык на высокопрочных болтах d=20мм из стали 40Х «селект» ,обработка пескоструйная.

Несущая способность 1 болта

Стык поясов.

Каждый пояс балки перекрываем  тремя накладками сечения 400х12мм и 180х12мм,общей площадью сечения

Усилия в поясе определяются:

-момент инерции поясов балки,

-полный расчетный момент инерции  всего сечения в месте стыка  балки.

 

Количество болтов:

Принимаем 14 болтов.

    Стык стенки.

Момент действующий на стенку:

Принимаем расстояние между крайними по высоте рядами болтов

            

Коэффициент стыка к=14, m- количество рядов вертикальных на полунакладке =2.

При 2648 количество рядов болтов по вертикали к=14.

Отверстия в стенке под болты  выполнены диаметром 22мм.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7. ПРОЕКТИРОВАНИЕ КОЛОННЫ  СПЛОШНОГО СЕЧЕНИЯ.

Колонна служит для передачи нагрузки от вышерасположенных конструкций  на фундаменты.

Расчет колонны начинается с  определения нагрузки.Продольная сила определяется по формуле:

Принимаем собственный вес колонны 5 кН. Тогда N=1811,9225+5=1816,9225 кН.

При опирании балок на колонну сверху, колонна рассмат-

ривается как шарнирно закрепленная в верхнем конце.

 Соединение с фундаментом  легких колонн в расчете при-

мем жестким. Поэтому длина колонны определяется при m = 0,7:

l_ef = mL = 0,7× 4 м = 2,8 м.

Принимаем сталь С235 (т.к. III гр. по табл. 50 СНиП II-23-81^*.).

 R_y=230 МПа.

2.3.2. Подбор сечения колонны.

Задаёмся гибкостью колонны  l=550, из условия устой-

чивости определяем требуемую площадь одной ветви. Коэф-

фициент продольного изгиба определяется по

СНиП II-23-81*,  j=0,8285.Определим требуемую площадь

 сечения и радиус инерции:

Определяем требуемую ширину сечения:

;  ;

; для двутаврового сечения a₁=0,43;  a₂=0,24

.

Высоту сечения принимаем по конструктивным соображениям. Высота сечения принимается не менее (1/15 – 1/20) высоты колонны и так чтобы  .

.

Принимаем h=0,22 м; b=0,22 м.

Принимаем сечение полки 2·22·1,8=79,2 см², стенки 1·18,4·1=18,4 см².Тогда площадь А=79,2+18,4=97,6 см².