5.9 Сопряжение надкрановой и подкрановой частей колонны

Прикрепление верхней части колонны к нижней проектируем при помощи траверсы. Высоту траверсы предварительно приняли h_s=700 мм. Для обеспечения жесткости узла ставим ребра жесткости и горизонтальные пояса. Вертикальные ребра назначаем t_р=20 мм, ширину ребра принимаем 155мм с общей шириной 2155+10=320 мм, нижний пояс назначаем сечением 32020 мм. Верхний пояс размещаем на 200 мм ниже от верха траверсы. Принимаем толщину плиты на уступе колонны t_пл=20 мм.

Расчетные комбинации усилий в сечении над уступом:

M₁= -367кНм; N₁= -674 кН – первая комбинация;

M₂=-354 кНм; N₂=-650 кН – вторая комбинация.

Расчетное давление от кранов:D_max=687 кН.

Стыковые швы №1 проверяем на прочность по нормальным напряжениям. Контроль качества стыковых швов производим физическим методом. В этом случае расчетное сопротивление швов R_wy=R_y=240 МПа.

Напряжение во внутренней полке подкрановой части колонны определяем для двух комбинаций по формуле:

, (5.36)

где А – площадь сечения верхней части колонны, равная 169см²,

W – момент сопротивления сечения верхней части колонны, равный 2884,95см³.

Напряжения от первой комбинации:

.

Напряжения от второй комбинации:

.

Толщину стенки траверсы и вертикального ребра определяем от воздействия D_max:

, (5.37)

где l_ef=b_op+2t_пл=40+22=44см,

b_op=40 см – ширина опорного ребра подкрановой балки,

R_p=R_un/_m=370/1.025=361МПа

Принимаем t_s=8 мм.

Проверяем прочность сварного шва №2, который передает с внутренней полки на траверсу усилие:

, (5.38)

где h_B=45cм – высота сечения верхней части колонны.

Рисунок 6.1 – Узел сопряжения надкрановой и подкрановой частей колонны

Сварку выполняем механизированным способом (полуавтоматом) в лодочку сварочной проволокой Св-08Г2С диаметром 1,4-2 мм. Вертикальные ребра траверсы привариваем швами с катетом k_f=7 мм.

Определим расчетное сечение шва(металл границы сплавления или металл шва) по следующим показателям β_f R_wf_wf и β_z R_wz_wz, где β_f , β_z – коэффициенты зависящие от вида сварки и положения шва, в данном случае 0,9 и 1,05 соответственно,_wf , _wz – коэффициенты условий работы шва, в данном случаи равны 1, R_wf , R_wz – расчетные сопротивления , соответственно металла и зоны сплавления шва.

Rwf=215МПа, Rwz=0.45Run=0.45370=166,5МПа

Так как 0,92151=193,5 МПа>1,05166,51=174,5МПа, то расчет будем производить по сечению металла границы сплавления сварного соединения.

Проверку прочности сварного шва производят по следующей формуле:

, (5.39)

где l_w – длина фланговых , сварных швов.

l_w l_efw=85 β_f  k_f=850.90.7=53.6см

Для расчета швов №3, прикрепляющих траверсу к подкрановой ветви колонны, составляем комбинацию усилий, дающую наибольшую опорную реакцию траверсы. Такой комбинацией является сочетание 1,2,3а,4а,5в включающее загружение силой D_max:

М= -203-148+93-26-3=-287кНм

N=-435-215+0+0+0=-650кН.

Опорную реакцию определим по формуле:

, (5.40)

где к=1,2–коэффициент учитывающий неравномерную передачу усилия D_max,

=0,9 – коэффициент сочетания, учитывающий , что усилия М и N приняты для второго основного сочетания.

Принимаем k_f=7 мм, а длина шва будет равна соответственно l_w=850,90,7=53,6 см.

Тогда получим напряжения:

Прочность швов прикрепляющих вертикальное ребро к стенке подкрановой ветви, обеспечивается, т. к. усилие в них, равное D_max/2, меньше усилия в швах, расположенных с другой стороны стенки колонны.

Стенку подкрановой ветви проверяем на срез по усилию, вычисленному для сочетания 1,2,3а,4а,5в при полной передаче усилия D_max:

Для двутавра №36 толщина стенки t_w=7,5 мм. Расчетная высота среза, равна высоте стенки траверсы h_w=h_s-t_f=70-2=68 см.

Определим напряжения в стенки подкрановой ветви:

, (5.41)

где h_w и t_w – высота среза и толщина стенки двутавра соответственно.

Траверса работает как балка пролетом h_H, загруженная усилиями М и N в сечении 2-2 надкрановой части колонны над траверсой. Определяющей является комбинация М и N, которой соответствует наибольшая реакция на правой опоре R_max, которая определяется для двух сочетаний усилий по формуле:

, (5.42).

Для первого сочетания усилий M₁=367 кНм; N₁=674 кН,

.

Для второго сочетания усилий M₂=354 кНм; N₂=650 кН,

.

Изгибающий момент у грани внутренней полки равен:

M=R_max(h_B-h_H), (5.43)

где R_max – максимальная реакция из R₁ и R₂.

М=518,65(1-0,45)=285,26 кНм.

Геометрические характеристики сечения траверсы:

положение центра тяжести

у_н= S₀/A, (5.44)

где S₀ и А – статический момент и площадь сечения траверсы.

,

у_В= h_s- у_н=70-27,68=42,32 см;

момент инерции

I_x=0,868³/12+680,8∙(68/2+0,8-27,68)²+322 (27,68-1)²+15,522(70-21-27,68)² =97458,2см⁴.

Напряжения в верхних волокнах траверсы от изгибающего момента, определяются по формуле:

, (5.44)

.

Расчетная поперечная сила в траверсе с учетом части опорного давления подкрановых балок при сочетании 1,2,3а,4а,5в:

Q=F_w3=230,23 кН.

Проверяем стенку траверсы на срез;

, (5.45)

где h_w и t_S – высота среза и толщина стенки траверсы соответственно,

.

Условие выполняется.