2. Стыки прокатных балок. Конструктивные решения и расчет.

Стыки элементов балок выполняют в заводских условиях при изготовлении отправочных элементов и в условиях строительной площадки при объединении отправочных элементов в единую конструкцию. В первом случае используются заводские стыки, во втором – монтажные. Монтажные стыки прокатных балок выполняют на листовых накладках. С целью уменьшения влияния сварочных напряжений сварные швы не доводят до оси стыка на 25 мм с каждой стороны. Изгибающий момент в сечении стыка в основном трансформируется в продольные усилия, действующие в срединных сечения накладок находят из условия восприятия этих усилий

Anf,req = Nnf/Ry*γc = M/h*Ry*γc,

h - расстояние между осями накладок

Ширину накладок, по конструктивным соображениям

принимают на 18…20мм больше или меньше ширины

полки двутавра.

Поперечную силу в сечении стыка воспринимают накладки на стенку и вертикальные угловые швы. В качестве проверки несущей способности накладок используем условие среза:

Q/(2A_nw*R_s*γ_c)<1

При подборе параметров или проверке вертикальных угловых швов, прикрепляющих накладки к стенке следует учесть, что на них действует Q_w=Q и M_w=Q*b_nw/2 Условие прочности при этом будет иметь вид

(√(M_w/W_w)²+(Q_w/A_w)/(R_wz(f) *γ_wz(f)* γ _c)< 1

Заводские соединения осуществляются встык с полным проваром Такое же соединение можно рекомендовать для монтажных условий, если предусмотрена разделка кромок. Однако при ручной сварке и обычных методах контроля растянутый пояс балки в стыке будет иметь меньшую прочность, чем вне стыка, поэтому стык нужно располагать в сечении, где изгибающий момент не превышает значения 0,85Мmах, или проверять на прочность: M/(WRwy*yc)<l При необходимости устройства стыка в сечении, где действует больший момент или не выполняется условие прочности, делают прямое соединение встык, а полки усиливают накладками, сечение и прикрепление которых рассчитано на усилие N=(M-W*Rwy*yc)/h.

Билет №11

1 Нормативные и расчетные сопротивления стали. Их

взаимосвязь. Коэффициенты надежности по материалу,

назначению, использованию.

R_yn - нормативное сопротивление но пределу текучести,

принимаемое равным наименьшему браковочному

значению предела текучести R_yn = σ_у по ГОСТ или

техническим условиям на сталь.

R_un - нормативное сопротивление по временному

сопротивлению - временное сопротивление стали

R_у - расчетное значение по пределу текучести R_y=

R_yn/γ_m, Ru= R_un/γ_m

γ_m – коэффициент надежности по материалу, учитывает изменчивость свойств материалов конструкции и их

отличие от свойств отдельно испытанных образцов γ_m=1,025.. .1,1

Нормативные и расчетные сопротивления принимаются по табл.5 I СНиП, в зависимости от толщины и вида проката.

При расчете конструкций с использованием расчетного сопротивления, установленного по временному сопротивлению, учитывают повышенную опасность такого состояния путем введения дополнительного коэффициента надежности γ_u=1,3. Условия работы различных конструкций и степень их ответственности весьма разнообразны. Эти обстоятельства учитываются коэффициентом условий работы γ_с (0,75-1,2) и коэффициентом надежности по назначению γ_n (0,9-1,2).

Коэффициент условий работы вводят для упрощения расчетной схемы, учета факторов, не имеющих аналитического описания. Коэффициент надежности по назначению (коэффициент ответственности) учитывает степень ответственности сооружения и обеспечивает требуемый уровень надежности.

2 Проектирование опорных частей балок, конструктивные решения и проверочные расчеты. При опирании балок на нижележащие конструкции сверху или через опорные столики опорные сечения балок воспринимают опорные реакции. Конструктивное решение опорных частей балок зависит от конструктивного решения нижележащей конструкции и величины опорной реакции.

В главных балках балочных клеток величина опорных реакций значительна, а потому часть балки в месте опирания ее на опоры укрепляют опорными ребрами. При разрезных схемах используются торцевые опорные ребра. Решение с внутренним опорным ребром

применяется в неразрезных и консольных балках.

В опорной части балок независимо от конструктивное

решения рассчитывают опорные ребра, их крепление к

стенке балки и опорную часть балки на устойчивость.

Определяем размеры опорного ребра по условию смятия

его торцевой поверхности, при этом выступающая ниже

пояса часть а> должна быть не более 1,5 его толщины,

иначе ребро рассчитывают на сжатие.

Обычно задают толщину опорного ребра t_s1=14…20мм,

а затем определяют b_s1 = A_S1/t_s1 (не более 180 мм). Где A_S1= R_a/R_p. Примем размеры ребра в соответствии с

размерами стали по ГОСТ

Проверяем опорную часть балки на устойчивость как

центрально-сжатый стержень, высотой h_w в расчетное

сечение этого стержня включают опорное ребро и часть

стенки шириной c=0,65*t_w√E/R_y

Тогда расчетная площадь сечения условного стержня, его момент инерции и радиус инерции относительно оси z: A1 = b_s1*t_s1+0,65*t_w√E/R_y. I_z1 =b_s1³*t_s1/12+c*t_w³/12. i_z1=√I_z1/A₁

Гибкость условного стержня и коэффициент продольного

изгиба λ= h_w/i_z1φ

Проверка опорной части балки на устойчивость: σ=R_a/φ*A₁ < R_y*γ_c.

Проверка швов прикрепления опорного ребра к стенке

балки: R_A/(n*85*β_f(z)²*k_f²)<R_wf(z)*γ_wf(z)*γ_c, где n-

количество сварных швов. Нижний торец опорного ребра следует строгать.

Внутренние опорные ребра:

Обычно задают толщину опорного ребра t_s2 =14... 20мм, а затем определяют b_s2=A_s2/2t_s2+40мм, где A_s2 = R_a/R_p Примем размеры ребра в соответствии с размерами стали по ГОСТ. Проверяем опорную часть балки на устойчивость как центрально-сжатый стержень, высотой h_w в расчетное

сечение этого стержня включают опорное ребро и часть

стенки шириной c=0,65*t_w√E/R_y

Тогда расчетная площадь сечения условного стержня, его

момент инерции и радиус инерции относительно оси z

A2 = (2b_s2+t_w)* t_s2+1,3*t_w²√E/R_y. I_z2 =t_s2*(2b_s2+t_w)³/12+(2*0,65 t_w⁴√E/R_y)/12. i_z1=√I_z2/A₂

Гибкость условного стержня и коэффициент продольного

изгиба λ= h_w/i_z2φ

Проверка опорной части белки на устойчивость: σ=R_a/φ*A₂ < R_y*γ_c.

Проверка швов прикрепления опорного ребра к стенке

балки R_A/(n*85*β_f(z)²*k_f²)<R_wf(z)*γ_wf(z)*γ_c, n - количество сварных швов

Горизонтальные швы, прикрепляющие внутреннее

опорное ребро к нижнему поясу балки рассчитывают на

восприятие опорной реакции, в случае пригонки торцов к поясу назначают конструктивно с минимальным катетом.

Билет №12

1. Нагрузки и воздействия, коэффициенты сочетаний, величины этих коэффициентов.

Все нагрузки подразделяются на прямые и косвенные. Косвенные биологические (гниение), химические (коррозия), радиационные. Прямые: собственный вес. технологические нагрузки, нагрузки при транспортировке и монтаже, атмосферные, температурные сейсмические, аварийные. По характеру нагружения: статические, динамические, многократно повторяемые. В зависимости от продолжительней действия: постоянные, временные (длительные, кратковременные, особые).

К постоянным относятся: вес частей сооружения, в том числе несущих и ограждающих конструкций, вес и давление грунтов, усилие от предварительного напряжения.

К длительным относятся: вес стационарного оборудования, давления газов, жидкостей, сыпучих тел, температура технологического воздействия; нагрузки от людей.

к кратковременным относятся: атмосферные; температурно-климатические.

к особым нагрузкам относятся: сейсмические воздействия, взрывные воздействия, нагрузки, вызванные резким нарушением технологического процесса

При действии на конструкцию нескольких нагрузок учитывается их сочетание с помощью коэффициента ψ. Различают основное сочетание нагрузок и особое К основному относятся:1)постоянные, 2)длительные ψ=0,95, 3)кратковременные ψ=0,9.|

К особому сочетанию нагрузок относятся. I) постоянные, 2) длительные ψ=0,95, 3) кратковременные ψ=0,8, 4) одна

из особых (принимается без снижения).

Нормативные и расчетные нагрузки, нормативные нагрузки соответствуют нормальным условиям |

Эксплуатации. Принимаются либо по СНиП «Нагрузки и воздействия», либо по заданию на проектирование. Учет в неблагоприятную сторону выполняется с помощью коэффициента надежности по нагрузке, который обозначается γf=1,05 для металлоконструкций, 1,1 – для бетонных и жб конструкций.

2 Монтажные стыки составных балок (сварные, болтовые, фланцевые).

Сварные стыки составных балок возможно осуществлять без накладок с полным проваром. Если при этом не

проводится физический контроль качества швов, то стык растянутого пояса следует предусматривать с углом наклона скоса не менее 65. Заводские соединения осуществляются встык с полным проваром. Такое же соединение можно рекомендовать для монтажных условий, если предусмотрена разделка кромок. Однако при ручной сварке и обычных методах контроля растянутый пояс балки в стыке будет иметь меньшую прочность, чем вне стыка, поэтому стык нужно располагать в сечении, где изгибающий момент не превышает значения 0,85М_mах, или проверять на прочность: M/(W*R_wy*y_c)<1. При необходимости устройства стыка в сечении, где действует больший момент или не выполняется условие прочности, делают прямое соединение встык, а полки усиливают накладками, сечение и прикрепление которых рассчитано на усилие N=(M-W*R_wy*y_c)/h. Болтовые монтажные соединения обладают рядом преимуществ по сравнению со сварными (высокое качество исполнения, простота замены при реконструкции). Монтажные стыки на болтах выполняют с накладками (по три на каждом поясе и по две на стенке). Предпочтение отдают сдвигоустойчивым высокопрочным болтовым соединениям. Весьма эффективны болтовые фланцевые соединения. В монтажных болтовых соединениях болты, прикрепляющие поясные накладки, рассчитывают на усилия N_nt= A_nf*R_y которое может быть воспринято поясом при условии полного использования его несущей способности.

Необходимое количество болтов: при использовании болтов нормальной и повышенной точности n^>N_nf/y_c*N_b,min, в стыках на высокопрочных болтах n>N_nf/k*γ_c*Q_bh

В ослабленных отверстиями сечениях пояса должны выполняться условия прочности при болтах нормальной и повышенной точности N_f/A_nf*R_y<1;

при высокопрочных болтах для крайнего ряда болтов, полагая, что половина усилия, приходящегося на каждый

болт, воспринимается силами трения (N_f/A_T*R_y*γ_c)*(1-0,5n_as/n)<1, где n_as- число болтов в крайнем сечении, n

то же, в соединении по одну сторону стыка.

Размеры накладок по стенке назначают конструктивно.

исходя из условия размещения найденного количества

болтов

Фланцевые соединения могут быть выполнены с

предварительным натяжением высокопрочных болтов (тип А) и без натяжения (тип Б). В соединениях типа Б возможно появление в растянутой зоне зазор между фланцами. Болты во фланцевых стыках устанавливают либо с постоянным шагом по высоте, либо с переменным, концентрируя их в растянутой зоне у пояса балки.

Для фланцевых соединений с весьма жесткими на изгиб фланцами можно допустить, что усилия в болтах распределяются пропорционально расстоянию от точки приложения равнодействующей силы в сжатой зоне. Тогда усилие в наиболее напряженном крайнем болте: N_max=M*X_max/∑n_i*x_i², n_i-количество болтов в i-ом ряду, М – число рядов. По этому усилию можно подобрать требуемый диаметр болтов.

Билет №13