2.9. Конструирование и расчет опорной части балки.

Различают два вида сопряжения балок с колоннами – опирание сверху и примыкание сбоку. При опирании сверху сопряжение балок и колонн считается шарнирным, т.е. передающим только опорную реакцию. Передача опорной реакции V=Q_max происходит через опорное ребро, которое приваривают к торцу балки по всему контуру их примыкания угловыми швами (рис. 9).

Ширину опорного ребра принимают равной ширине пояса балки в измененном сечении. Нижний торец ребра выступает за грань нижнего пояса на 20 мм (не более 1,5t_s) и его поверхность фрезеруется с целью плотного опирания на опорную плиту оголовка колонны, поверхность которой строгается.

Опирание ребра рассчитывается по смятию торцевой поверхности по формуле:

где b и t – ширина и толщина опорного ребра;

R_p – расчетное сопротивление смятию торцевой поверхности (при наличии пригонки), принимается по табл. 52^* СНиП.

Опорные ребра балок расчитывают на продольный изгиб из плоскости стенки, как условного центрально-сжатого стержня. Расчет ведется на действие опорной реакции. В расчетное сечение этого стержня включается опорное ребро и участок стенки балки шириной . Расчетная длина стержня принимается равной высоте стенки балки h_w.

Для обеспечения местной устойчивости ширина свеса опорного ребра b_ef к его толщине не должна превышать значений, определенных по табл. 29.

Пример.

Главная балка опирается на колонну сверху и через опорное ребро, приваренное к торцу балки, передает на нее опорную реакцию V = Q_max =1434кН; R_p = 336 МПа (табл. 52^*).

Принимается конструкцию опорной части по варианту (рис. 9).

Рис.9. К расчету опорной части балки.

Ширина опорного ребра принимается равной ширине пояса балки b_p = = 280 мм.

Определяется толщина ребра из условия прочности на смятие торцевой поверхности:

Принимается ребро из листа 280 х 16 и проверяется устойчивость опорной части:

площадь сечения условной стойки (рис. 9, сечение а-а)

где

Вычисляется момент инерции сечения относительно оси х₁ (рис. 9), без учета момента инерции участка стенки (ввиду малости), радиус инерции сечения и гибкость стойки с расчетной длиной равной высоте стенки.

По табл.72 в зависимости от значений _x1 = 27 и R_y = 240 МПа определяется значение коэффициента продольного изгиба  = 0,94.

Проверяется устойчивость опорного ребра:

Проверяется местная устойчивость опорного ребра (табл. 29^*):

Местная устойчивость ребра обеспечена.

Выполняется расчет угловых швов сварного соединения опорного ребра со стенкой (сварка полуавтоматическая сварочной проволокой Св-08ГА, d = 1,4…2 мм):

по металлу шва:

по металлу границы сплавления:

Минимальный катет шва по табл. 38^* k_{f min} = 5мм.

Минимальный катет флангового шва из условия _w  85_fk_f:

Окончательно принимается катет шва k_f = 8 мм.

2.10. Расчет и конструирование укрупнительного монтажного стыка балки на высокопрочных болтах.

Укрупнительный монтажный стык желательно проектировать совмещенным (стенка и полки балки стыкуются в одном сечении) в середине пролета главной балки. Каждый пояс главной балки в месте стыка перекрывается тремя накладками. Ширина верхней накладки принимается равной ширине пояса b_f, а нижних – b_f /2 – 20...40 мм. Толщина накладок устанавливается таким образом, чтобы суммарная площадь их поперечного сечения была не менее площади сечения пояса балки. Стенка перекрывается двумя листовыми накладками с толщиной равной толщине стенки, t_w.

Высокопрочные болты изготавливаются в различном климатическом исполнении из сталей 40Х «Селект», 38ХС, 30Х3МФ, 30х2НМФА, диаметром от 16 до 48 мм. Наиболее распространенными являются высокопрочные болты из стали марки 40Х «Селект» по ТУ 14-1-1237-75.

Болты следует размещать в соответствии с табл. 39 п.12.19^*, а именно шаг между центрами болтов в соединении устанавливается: минимальный – 2,5d, максимальный – 8d и 12t; расстояния от центра болта до края накладки: минимальное вдоль усилия – 2d, поперек усилия – 1,5d, максимальное 4d и 8t, где d – диаметр отверстия для болта; t – толщина наиболее тонкого наружного элемента. Для облегчения пользования кондукторами для сверления отверстий шаг и дорожки необходимо применять кратными 40 мм.

Пример.

Укрупнительный стык размещается в середине пролета балки (х = 7,5 м). Усилия M и Q в расчетном сечении: М₁ = 5377,5 кНм; Q₁ = 0 (см. п. 2.8). Конструкция стыка представлена на рис.10.

Каждый пояс балки перекрывается тремя листовыми накладками – одной сверху и двумя снизу. Сечение верхней накладки принимается 500 х 14 мм, а нижних – 220  14 мм. Суммарная площадь сечения накладок:

А_н = (50 +222)1,4 = 131,6 см² > A_f =502,0 = 100 см².

Стенка балки перекрывается двумя листовыми накладками с толщиной равной толщине стенки, t_w = 12 мм.

Рис. 10. Монтажный стык на высокопрочных болтах.

Стык осуществляется высокопрочными болтами диаметром 20 мм из стали 40Х "селект", с временным сопротивлением материала болта разрыву R_bun = 1100 МПа (табл. 61); обработка поверхности газопламенная. Несущая способность одного высокопрочного болта, имеющего две плоскости трения:

где R_bh = 0,7R_bun = 0,7 1100 = 770МПа – расчетное сопротивление растяжению высокопрочных болтов;

_b = 1 – коэффициент условий работы соединения (п. 11.13^*при n > 10);

 = 0,42 – коэффициент трения, принимаемый по табл. 36^* для газопламенной обработки соединяемых поверхностей;

где k = 2 – количество поверхностей трения соединяемых элементов;

_h = 1,12 – коэффициент надежности (способ регулирование натяжения болтов по моменту закручивания), принимаемый по табл. 36^*2;

A_bh = 2,45 см² – площадь сечения болта нетто, определяемая по табл. 62^*.

Стык поясов.

Расчетное усилие на стык поясных листов:

N = R_y  A_f = 240502,0(100) = 2400000 Н = 24000 кН.

Требуемое количество высокопрочных болтов в соединении на полунакладке:

Принимаются 18 болтов и размещаются согласно рис. 10.³

Проверяется ослабление нижнего растянутого пояса отверстиями под болты d = 23 мм (на 3 мм больше диаметра болта). Пояс ослаблен двумя отверстиями по краю стыка:

A_n.нт = t_f(b_f - nd₀) = 2(50 - 22,3) = 90,8 см³ >

> 0,85b_ft_f = 0,85502 = 85 см²,

поэтому ослабление пояса отверстиями можно не учитывать.

Проверяется ослабление накладок в середине стыка четырьмя отверстиями:

А_н.н = А_н – 2nd_ot_н = 1,4(50 + 222) – 242,31,4 =105,8 см² >

>0,85b_ft_f = 0,85502 = 85 см²,

Стык стенки.

Изгибающий момент, действующий на стенку, определяется по формуле:

Поперечная сила Q = 0.

Принимается расстояние между крайними по высоте рядами болтов

_max = h_w – (12… 18) = 170 – 18 = 152 см.

Задается число горизонтальных рядов болтов К = 20, устанавливаем расстояние между болтами по вертикали:

Максимальное горизонтальное усилие от изгибающего момента, действующее на каждый крайний наиболее нагруженный болт:

где m = 2 – количество вертикальных рядов болтов на полу накладки;

_i² = 152² + 136² + 120² + 104² + 88² + 72² + 56² + 40² + 24² +8² = 84728 см².

Усилие на один болт от действия поперечной силы V = 0, так как Q = 0.

Равнодействующее усилие от момента и поперечной силы в наиболее напряженных крайних болтах стенки:

прочность стенки обеспечена.