20

Введение

Балочные конструкции широко распространены в промышленных сооружений и в междуэтажных перекрытиях и покрытиях общественных и гражданских зданий. Широко применяют балочные конструкции в мостовых переходах, эстакадах, в тоннелях, в конструкциях гидротехнических шлюзов и затворов.

Элементы всех конструкций прокатные из листовой стали и фасонных стандартных прокатных профилей: двутавров, труб, швеллеров. Поэтому процесс их изготовления легко автоматизируется на поточных линиях. Процесс сборки балочных конструкции упрощается с помощью безвыверочного монтажа с применением фиксаторов и быстроразъёмных технологичных при монтаже болтовых соединений. Такой монтаж ускоряет процесс монтажа сооружения и ввод его в эксплуатацию. Технологичные узлы соединений снижают трудоёмкость изготовления и повышают надёжность, как соединений, так и всего сооружения.

Изготовление стальных конструкций выполняют на специализированных заводах металлических конструкций, оснащённых высокотехнологичным оборудованием и поточными линиями для автоматизированного изготовления с высокой степенью точности.

В балочных конструкциях сооружений главные балки имеют пролёты 12…36 м. Второстепенные балки имеют значительно меньшие пролёты 6…12 м. Вместе с тем в автодорожных и железнодорожных мостах пролёты сплошных составных балок достигают 200…400 м.

При проектировании балочных перекрытий выбирают систему перекрёстных несущих балок, по которым укладывается стальной настил. Такую конструкцию называют балочной площадкой. Балочные площадки часто используют на комбинатах чёрной и цветной металлургии для обслуживания мартеновских печей, домен, конверторов, миксеров.

Главные балки балочной площадки опирают на стальные колонны сплошного сечения: трубчатые, из колонных двутавровых профилей. Или сквозного сечения: из двутавров, швеллеров и уголковых профилей.

Программа дисциплины “Металлические конструкции, включая сварку” рассматривает расчёт и проектирование балочных конструкций и центрально-сжатых колонн.

Балки настила и вспомогательные балки

Настил и балки настила проектируют, из прокатных листов и двутавров. Расчётную схему для балок часто выбирают как однопролётная разрезная балка на шарнирно-подвижной и шарнирно-неподвижной опорах.

Опирание второстепенных балок на главные балки проще всего поэтажное. Для уменьшения высоты перекрытия, например в мостах, второстепенные и главные балки располагают на одном уровне.

Номер прокатного двутавра определяют по требуемому моменту сопротивления ,

Во второстепенных балках допускается учитывать развитие пластических деформаций в сверху и снизу сечения балки.

В зависимости от W_тр по ГОСТ 8239-89^* или ГОСТ 26020-83 подбирают требуемый номер двутавра.

Проверку прочности принятого сечения балок производим по формуле

.

В необходимых случаях производим проверку общей устойчивости балок

,

где _b – коэффициент, учитывающий возможность потери общей устойчивости балки, определяемый по прил. 7 СНиП II-23-81^*; -момент сопротивления балки.

Крайние балки настила, как и вспомогательные балки, на которые опирается настил, под нагрузкой закручиваются вследствие действия распорных сил от настила и несимметричного приложения нагрузки, поэтому их необходимо дополнительно раскреплять связями, которые соединяют соседние балки, что обеспечивает их устойчивость.

1. РАСЧЁТ НАСТИЛА.

Задаёмся толщиной настила t = 10мм = 1 см.

1. Определяем нагрузки, действующую на настил табл.1

Таблица 1. Нагрузки, действующие на настил

Нагрузка	Нормативная		Коэффициент надёжности	Расчётная
	кг/м2	гН/м2		гН/м2
Постоянная t=1см	78,5	7,85	1,05	8,2
Временная	2600	260	1,2	312
	2678,5	267,85		320,2

2. Расчёт настила ведём по нормативной нагрузке. Расчётная схема настила показана на рис. 1, обе опоры шарнирно неподвижны, поэтому кроме изгибающего момента в настиле возникает растяжение.

Рис. 1. Расчётная схема настила

3. Модуль упругости стали . Модуль упругости настила будет выше

= 0,25 - коэффициент Пуассона

4. Пролёт настила равен шагу укладки второстепенных балок и он колеблется в интервале 90…120 см. По формуле [ ] определяем отношение пролёта настила к его толщине .

_,

где модуль упругости стали;

допускаемый относительный прогиб;

При толщине настила t_н=1 см пролёт настила равен = 86,3 см.

3. Число шагов второстепенных балок =19 или 17

4. Пролёт настила или

5. Принимаем пролёт настила 102 см

6. Уточняем толщину настила

7. Окончательно , пролёт , шагов n=17

Рис. 2. План балочной конструкции

2. Расчёт второстепенной балки.

Сбор нагрузок.

Таблица 2. Нагрузки, действующие на второстепенную балку

Нагрузка	Нормативная		Коэффициент надёжности	Расчётная
	кг/м2	гН/м2		гН/м2
Постоянная t=1,2 см	78,5.1,2	9,4	1,05	9,9
Вт балки 0,027 от вр.	70,2	7,02	1,05	7,4
Временная	2600	260	1,2	312
	2730	273		329,3

Расчёт второстепенной балки произведём на действие расчётной нагрузки q=329,3 гН/м². Определяем расчётную нагрузку на единицу длины:

q=q =329,3·1,024=337,2 гН/м

где – шаг второстепенных балок.

Подбираем двутавр, необходимой прочности по максимальному изгибающему моменту

Рис. 3. Расчётная схема второстепенной балки

где R_у=230 МПа [1,c.64, табл.51*] – расчётное сопротивление стали ВСт3сп5 (ГОСТ 27772-88)

 - коэффициент условия работы;

Требуемый момент сопротивления

см³

По сортаменту подбираем балочный двутавр I45Б3

J_x=31950; W_x =1410 см³; m=71,5 кг/м; m=71,5/1,02 = 70,1 кг/м²;

( см. табл. 2)

Проверка двутавра I45Б3 на прочность при изгибе:

прочность при изгибе обеспечена.

Проверяем относительный прогиб (жёсткость) балки при нормативной нагрузке на единицу длины

q^н = 273·^1,02=278,5 гН/м.

Нормативный изгибающий момент

тогда относительный прогиб _, жёсткость достаточна.

2. Главные балки

2.1. Компоновка главных балок и их расчёт

Пролёт главных балок определяют как расстояние между центрами их опор (рис. ). Высоту сечения балки должна быть оптимальной и не меньше минимальной высоты. Минимальную высоту сечения определяем из условия её достаточной жёсткости при действии на балку нормативной равномерно распределённой нагрузки.

Нагрузки, действующие на главную балку (табл. 3)

Таблица 3. Нагрузки на главную балку (уточнённые)

Нагрузка	Нормативная		Коэфф. надёжности	Расчётная
	кг/м2	гН/м2		гН/м2
Постоянная t = 1,2 см	94	9,4	1,05	9,9
Вт. балка (факт. I45Б3)	70,1	7,01	1,05	7,36
Гл. балка 0,03 от вр.	78	7,8	1,05	8,19
Временная	2600	260	1,2	312
	2808,5	280,85		337,4

Определяем размеры поперечного сечения главной балки. Сечение главной балки формируем из двух поясов, соединённых друг с другом стенкой из листа. Затем проверяем её прочность и устойчивость. Расчётная схема главной балки показана на рис. 4. Модуль упругости стали E=206000 МПа. Пролёт балки =17,4 м. Допустимый относительный прогиб балки при нормативной нагрузке .

Линейная нагрузка гН/м на единицу длины главной балки

Расчётная: q=337,4×8,7=2935,3 гН/м; нормативная: q^н=280,85×8,7=2443,4 гН/м.

Сталь главной балки марки В Ст3сп5 (ГОСТ 27772-88) (R_у=230 МПа).

Расчётный изгибающий момент гНм.

Рис. 4. Расчётная схема главной балки

Поперечная сила гН.

Нормативный изгибающий момент гНм

Алгоритм расчёта поперечного сечения двутавровой сварной балки

Главную балку двутаврового сечения формируем из трёх листов – стенки и двух поясов по запатентованному алгоритму [ ]:

1. Из условия прочности на изгиб находим момент сопротивления