6.2. Підбір поперечного перерізу головної балки

Головну балку проектуємо зі сталі С245, для якої розрахункові опори становлять: R_y=230 МПа, R_s=133,4 МПа, R_р=336 МПа.

Розрахунок головної балки виконуємо за пружної роботи металу.

Необхідний момент опору:

W₀ = M/(R_y_c) = 605798/(231)= 26339,0см³.

У зв’язку з тим, що найбільший прокатний двотавр I 60 (ГОСТ 8239-89) має W_x=2560 см³< W₀=26339,0 см³ тому головну балку проектуємо з складеного двотаврового перерізу (рис. 3.б).

Висота перерізу головної балки у першому наближені

мм. Приймаємо h=1280 мм.

Орієнтовне значення товщини стінки:

t_w1=7+3h=7+31,28=10,8 мм.

Оптимальна висота балки:

см. Приймаємо h_opt=160,0 см.

Перевіряємо достатність попередньо прийнятої товщини стінки:

при роботі на зріз:

t_{w, min}= 1,5Q/(h_wR_s_c) = 1,51893,12/(15213,34·1) = 1,40 см,

де h_w=0,95h=0,95160,0=152,0 см;

для забезпечення умови, за якої не потрібно стінку балки укріплювати поздовжніми ребрами жорсткості:

0,85 см.

З урахуванням сортаменту на універсальну листову сталь(дод.1 табл.1 [5]) приймаємо стінку t_w=16 мм.

Мінімальна висота балки з умови забезпечення нормативного прогину f_u/l=1/400:

99,7 см.

З урахуванням виконаних розрахунків приймаємо остаточну висоту балки h=160 см.

Обчислюємо необхідний момент інерції перерізу балки:W

І₀= W_o·h/2 = 0,5·26339·160 = 2107120 см⁴.

Прийнявши орієнтовно висоту стінки h_w=0,95h = 0,95160 = 152,0 см, визна- чаємо необхідний момент інерції стінки:

Необхідний момент інерції поясних листів:

І_f= I₀ - I_w= 2107120-468241 = 1638879 см⁴.

Прийнявши орієнтовно відстань між центрами ваги поясів h_f=0,97·h=0,97·160 = =155,2 см, обчислюємо необхідну площу перерізу одного пояса:

А_f= 2·I_f/h_f² = 2·1638879/155,2²= 136,1 см².

Ширина поясного листа повинна бути в межах b_f=(1/3…1/5)·h =(1/3…1/5)160= =53,3 …32,0 см.

З урахуванням сортаменту на універсальну сталь приймаємо b_f = 420 мм. Необхідна товщина поясного листа:

t_f= A_f/b_f= 136,1/42 =3,2 см.

Згідно сортаменту приймаємо t_f= 36 мм.

Із умови зварюваності пояса зі стінкою повинна виконуватися умова:

t_f/t_w= 36/16 =2,25< 3,0.

Перевірка умови забезпечення місцевої стійкості стиснутого пояса (табл. 30,[1]):

6.3. Перевірка міцності підібраного перерізу головної балки за нормальними напруженнями

Геометричні характеристики перерізу балки (рис. 3, б):

момент інерції:

І_х= t_w·h_w³/12 + 2·b_f·t_f³/12 + 2·b_f·t_f·h_f²/4 = 1,6·152,8 ³/12 +2·42·3,6³/12+2·42·3,6х х156,2²/4 = 2325249,0 см⁴

де h_w= h-2·t_f = 160-2·3,6 = 152,8 см – висота стінки;

h_f= h-t_f= 160-3,6 = 156,4 см – відстань між центрами ваги поясів.

момент опору:

W_x= 2·I_x/h = 2·2325249,0/160 = 29066 см³> W₀ = 26339 см³.

Нормальні напруження в перерізі балки з максимальним моментом:

σ= M/W_х=605798/29066=20,84 кН/см² = 208,4 МПа < R_yγ_c=230∙1=230 МПа.

6.4. Зміна перерізу по довжині балки

Зміну перерізу балки здійснюємо за рахунок зменшення ширини поясних листів (рис.4). Зміну перерізів поясів рекомендується розміщувати на відстані с=l₁/6=12800/6=2133,3 мм від опор головної балки приймаємо с=2200 мм.

У місцях зміни перерізів поясів обчислюємо:

згинальний момент:

М₁ = q·c·(l₁-c)/2 = 295,80·2,2·(12,8-2,2)/2 = 3449,0 кН·м;

поперечна сила:

Q₁ = q·(0,5·l₁-c) = 295,80·(0,5·12,8-2,2) = 1242,4 кН.

Необхідні геометричні характеристики зміненого перерізу балки:

момент опору:

W₁ = M₁/(R_y·γ_c) = 344900/(23·1) = 14995,7 см³;

момент інерції:

І₁ = 0,5·W₁·h = 0,5·14995,7 ·160 = 1199652,2 см⁴;

площа зменшеного поясного листа:

A_f1=2·(I₁ - )/h_f² = 2·(1199652,2 – 1,6^.152,8/12)/156,4² = 59,2 см²;

ширина зменшеного поясного листа:

b_f1=A_f1/t_f=59,2/3,6= 16,4 см.

Враховуючи, що ширина зменшеного поясного листа повинна бути:b_f1≥200 мм, b_f1≥h/10=160/10=16 см і b_f1≥0,5·b_f=0,5·42=21 см.

Приймаємо b_f1=210 мм (дод.1 табл.1 [5]).

Зменшений переріз балки показаний на рис.5

Рис.4 Зміна перерізу головної балки