Вариант 1

Рисунок 2.1 – Схема балочной клетки (вариант 1)

1. Нормативная нагрузка:

2. расчётная нагрузка:

3. -максимальный крутящий момент:

_{-максимальная поперечная сила:}

- требуемый момент сопротивления:

По табл. 2.3 [3] принимаем двутавр №50 с геометрическими характеристиками: W_x=1589 см³, I_x=39727 см⁴, вес g=78,5 кг/м, h=500 мм, b=170 мм,S_x=919 см³, t_w=10 мм, t_f=15,2мм.

Проверку прочности балки выполняем по формулам 1.7 и 1.9

где - коэффициент, определенный по соотношению ; здесь и — соответственно площади пояса и стенки балки [2, табл. 66].

Определим запас прочности:

-запас прочности

Проверяем прогиб:

Расход материала: 99,3+78,5/1 =177,8кг/м².

Общая масса конструкции:

Вариант 2

Рисунок 2.2 – Схема балочной клетки (вариант 2)

1. Нормативная нагрузка:

2. расчётная нагрузка:

3. -максимальный крутящий момент:

_{- максимальная поперечная сила:}

- требуемый момент сопротивления:

По табл. 2.3 [3] принимаем двутавр №55 с геометрическими характеристиками: W_x=2035 см³, I_x=55962 см⁴, вес g=92,6 кг/м, h=550 мм, b=180 мм,S_x=1181 см³, t_w=11 мм, t_f=16,5 мм.

.

Проверку прочности балки выполняем по формулам 1.7 и 1.9

где - коэффициент, определенный по соотношению ; здесь и — соответственно площади пояса и стенки балки [2, табл. 66].

Определим запас прочности:

-запас прочности

Проверяем прогиб:

Расход материала: 109,9+92,6/1,2 =187,07кг/м².

Общая масса конструкции:

Т.к. по расходу материала выгоднее первый вариант (рисунок 2.1), его и принимаем к дальнейшему расчету.

Распор можно определить приближенно, предполагая, что изгиб происходит по синусоиде, а концы заделаны шарнирно. Однако в реальности на действие этого распора рассчитывают только сварной шов, которым закрепляется настил. Тогда величину распора можно вычислить из соотношения

(1.14)

где =1,2, коэффициент надежности по нагрузке[3];

– прогиб настила, принимаемый равным 1/120;

– толщина настила, см.

Тогда

Расчетная толщина углового шва, прикрепляющего настил к балкам, выполнена полуавтоматической сваркой в нижнем положении проволокой марки Св-08ГА.

Определим сечение по которому необходимо рассчитать угловой шов на срез (условный)

где [2 табл.3];

[2 табл.3];

R_wun=450 [2, табл. 56]

R_un=370[2,табл. 51]

[2, таблица 34]; .

Расчет углового шва на срез ведем по границе сплавления, т.к. прочность по границе сплавления меньше, при действии силы, равной величине распора.

Определим катет сварного шва:

Так как наибольшая толщина свариваемых элементов 9,8 мм- толщина полки, то минимальный катет сварного шва [2, таблица 38].

Принимаем

2 Расчет и конструирование главной балки составного сечения

2.1 Подбор и проверка сечения главной балки

Рисунок 2.1 Расчётная схема главной балки

Нагрузку принимаем в виде равномерно распределенной. Главную балку принимаем переменного по длине сечения без учёта пластических деформаций.

Определяем вес настила и балок настила:

(2.1)

где – вес настила, кН/м²;

– вес балок настила, кН/м²

– шаг балок настила, м;

Определяем собственный вес главной балки:

(2.2)

где – 2% от предыдущих нагрузок;

– временная нагрузка, кН/м²;

– длина балок настила, м.

Нормативная нагрузка на единицу длины балки:

(2.3)

где – коэффициент надёжности по назначению [4] ;

Расчётная нагрузка на главную балку:

(2.4)

где – коэффициент надежности по нагрузке, для равномерно распределенных нагрузок [4, табл. 1];

– коэффициент надежности по нагрузке, для металлических конструкций [4, табл. 1];

Определяем предварительные усилия в балке:

(2.5)

(2.6)

где – длина главных балок, м.

Определяем требуемый момент сопротивления:

(2.7)

– расчетное сопротивление стали, МПа [прин. по 2 табл.51], так как сталь главной балки С245, следовательно ;

– коэффициент условий работы ( ) [2 табл. 6].

Ориентировочно определяем высоту главной балки по выражению:

первоначально принимаем высоты главной балки h=1000 мм.

Определяем ориентировочную толщину стенки по эмпирической формуле:

Из условия прочности на срез:

– расчетное сопротивление стали сдвигу, МПа.

Из условия местной устойчивости:

Окончательно принимаем t_w=1,2 см. [8]

Определяем оптимальную высоту балки, из условия минимального расхода стали:

(2.8)

где – коэффициент, учитывающий тип соединения листов (для сваных балок

_{Определяем минимальную высоту из условия жёсткости:}

(2.9)

Окончательно принимаем h=890 мм.

Задаёмся толщиной полки t_f=20мм [8].

Определяем высоту стенки:

Определяем расстояние между центрами тяжести полки:

Находим ширину полки, для этого находим требуемый момент инерции сечения:

Находим момент инерции стенки:

Находим момент инерции полки:

Определяем требуемую площадь полки:

Определяем требуемую ширину полки:

Принимаем ширину полки b_f=280 мм[8]

Производим проверку из условия сварки:

Определяем величину свеса полки:

Из условия местной устойчивости полки:

Условие выполняется.

_{Рисунок 2.2 Схема сечения главной балки}

_{Уточняем нагрузку на балку:}

_{Площадь поперечного сечения балки:}

Нормативная нагрузка на единицу длины балки:

Расчётная нагрузка на главную балку:

Определяем усилия в балке:

Проверяем принятую толщину стенки из условия на срез:

Проверяем принятую толщину стенки из условия местной устойчивости:

Определяем геометрические характеристики принятого сечения:

Момент инерции главной балки:

Момент сопротивления главной балки:

Проверяем прочность главной балки по нормальным напряжениям:

_{Запас прочности:}

_{Проверяем прочность главной балки по касательным напряжениям:}

статический момент половины сечения:

_{касательные напряжения:}

_{Проверка жёсткости главной балки:}