Компоновка и подбор сечения составных сварных балок

Проектирование составных балок выполняют в два этапа: на первом компонуют и подбирают сечения, на втором – проверяют прочность и устойчивость балки в целом и ее элементов, а также проверяют по прогибу. Компоновку составного сечения начинают с установления высоты балки.

Из условия экономичности, характеризующейся наименьшим расходом стали, вначале вычисляют оптимальную высоту балки:

(7.22)

t_ul – толщина стенки, мм

k – коэффициент, рав­ный для сварных балок постоянного сечения 1,2–1,15,                  переменно­го – 1; для клепаных соответственно – 1,25 и 1,2.

Для приближенных расчетов сварных балок переменного сечения h_opt можно вычислить по формуле:

(7.23)

Из условия обеспечения жесткости высота балки должна быть не менее

(7.24)

где γ_fp, γ_fg – коэффициенты надежности по нагрузке соответствен­но для временной и постоянной нагрузок.

Для балок, изготовленных из стали марки Ст3, минимальная высота сечения балки будет:

(7.25)

Назначаемая окончательно высота балки должна быть близкой к h_opt (обычно на 5–10% меньше полученного по формуле h_opt, не меньше h_min и не выше заданной строительной высоты перекрытия Н_с за вычетом необходимых зазоров ∆(H_с—∆), где Н_с принимает­ся от нижнего пояса балки до верхней кромки рассматриваемого пе­рекрытия (см. рис. 7.1).

После установления высоты балки определяют минимальную толщину стенки из условия работы ее на срез и сравнивают с ранее назначенной:

(7.26)

Назначая окончательно толщину стенки, необходимо учитывать, что местная устойчивость стенки без дополнительного укрепления ее продольным ребром обеспечивается, если соблюдается условие (при R_y МПа):

(7.27)

Установив размеры стенки, определяют момент ее инерции:

,

а затем момент инерции полок:

,

где – момент инерции симметричной балки.

Приближенно , откуда площадь сечения одной полки ,

где h₀ – расстояние между центрами тяжести полок (h_o=h–t_f).

Задавшись толщиной полки t_f (16–40 мм), находят ее ширину: b_f = A_f1/t_f.

ВОПРОС №6

Расчет нагрузок и определение усилий в подкрановой балке

Нагрузки от крана передаются на подкрановую балку через ко­леса крана. Число колес с каждой стороны крана, в том числе тор­мозных, указано в ГОСТе и ТУ на краны. Вертикальные и горизон­тальные Т нагрузки от мостовых кранов грузоподъемностью 10 – 125 т показаны на рис. 8.1. Расчет балок обычно выполняют на нагрузку от двух сближенных кранов (рис. 8.1, б). Так как вероятность появления одновременно наибольших нагрузок на двух кра­нах мала, то при подсчете усилий вводится понижающий коэффици­ент сочетания φ_c

Рис. 8.1. Нагрузки от мостовых кранов

а – четырехколесных грузоподъемностью 10-50/10 т; б – восьмиколесных           грузоподъемностью 80/20–125/20 Т; в – от двух спаренных кранов

Расчетные значения вертикальных и горизонтальных сил, приходящиеся на одно колесо крана, опреде­ляют по формулам:

(8.1)

(8.2)

где k_d1 k_d2 – коэффициенты динамичности

Нормативную поперечную горизонтальную силу от торможения тележки крана, передаваемую на колесо мостового крана, опре­деляют по формуле:

(8.3)

где f – коэффициент течения при торможении тележки, равный 0,1 – для кранов с гибким подвесом груза и 0,2 – с жестким под­весом груза;

Q – грузоподъемность крана; G₁ – масса тележки кра­на, принимаемая по ГОСТу на краны (при отсутствии данных о мас­се тележки кранов с гибким подвесом приближенно можно прини­мать G_t=0,3G_c, где G_c – масса крана); n_k – число всех колес те­лежки, п_R – число тормозных колес тележки.

Краны, как правило, имеют четырехколесную тележку с двумя тормозными колесами, следовательно, при и для кранов с гибким подвесом груза формула (8.3) примет вид:

(8.4)

Рис. 8.2. Определение М_тах и Q_max при загружении подкрановой балки двумя четырехколесными кранами

а, б – балки пролетом l=12 м; в, г – то же, l=6 м; 1 – крап I; 2 – кран II

С жестким

(8.4,а)

где n_о – число колес на одной стороне мостового крана

Для кранов тяжелого и весьма тяжелого режимов работы зна­чения допускается определять по формуле:

(8.5)

Нагрузка от кранов является подвижной, поэтому для опреде­ления изгибающих моментов М_тах и поперечных сил Q_max необходи­мо краны располагать в определенном положении. В разрезных под­крановых балках для вычисления наибольшего момента М_тах кра­новую нагрузку необходимо располагать так, чтобы середина балки была (по правилу Винклера) между равнодействующей усилий на балке и ближайшей силой от действия колеса крана (рис. 7.4. А,а,в). Наибольшую поперечную силу Q_max в разрезной балке определяют при расположении одной силы непосредственно на опоре, а осталь­ных - вблизи к этой же опоре (рис. 7.4. б,г).

Расчетные значения изгибающего момента и поперечных сил от действия вертикальных усилий с учетом влияния собственного веса подкрановых конструкций и возможной временной нагрузки на тормозной балке определяют по формулам:

(8.6)

(8.6, а)

Расчетный изгибающий момент М_Т и поперечную силу Q_Т от действия горизонтальной нагрузки вычисляют при том же располо­жении крановой нагрузки, что и для М_тах и Q_max, поэтому М_Т и Q_T можно определить из соотношения горизонтальных Т^п и вертикаль­ных Fⁿ сил от одного колеса крана заданной грузоподъемности:

(8.7)

(8.7а)

По расчетным значениям М и Q рассчитывают балку по проч­ности; затем подобранное сечение проверяют на прогиб, общую и местную устойчивость, а также в необходимых случаях и на вы­носливость и выполняют расчет опорного ребра и соединений поя­сов со стенкой.

ВОПРОС №7