2. Розрахунок і конструювання головної балки.

2.1. Розрахункова схема.

2.2. Визначення висоти головної балки.

Навантаження на погонний метр балки:

;

.

Розрахункові зусилля:

Потрібний момент опору:

.

Приймемо приблизно . Розрахунковий опір сталі 18сп (вважаємо, що товщина поясних листів ).

Мінімальна висота (з умови жорсткості):

.

Оптимальна висота балки при гнучкості стінки :

.

Приймаємо висоту стінки , товщину поясів . Тоді висота балки:

Прийнята висота більше і майже дорівнює .

2.3. Підбір перерізу головної балки.

Визначаємо товщину стінки балки:

.

.

.

Приймаємо товщину стінки , товщина пояса орієнтовно .

Знаходимо потрібну площу поясів :

Приймаємо, що пояси виготовлені з листів універсальної сталі .

Площа поясу .

Умови , , , , задовольняються:

Перевіряємо умову забезпечення стійкості верхнього стиснутого поясу:

– умова задовольняється;

– умова задовольняється.

2.4. Остаточна перевірка балки на міцність і жорсткість.

Характеристики перерізу балки:

– площа перерізу:

;

– момент інерції відносно нейтральної осі :

;

– момент опору:

.

Відношення .

Перевірка міцності балки за нормальними напруженнями:

.

Недонапруження:

.

Прогин балки можна не перевіряти, тому що .

2.5. Зміна перерізу головної балки по її довжині.

Стикуємо розтягнутий пояс прямим стиковим швом з візуальним контролем якості. Приймаємо ширину зменшеного перерізу пояса , що більше за , більше за , більше за і відповідає стандартній ширині універсальної сталі за ГОСТ 81-70. Геометричні характеристики зменшеного перерізу:

– площа пояса:

;

– момент інерції:

;

– момент опору:

.

Граничний згинальний момент, який сприймає змінений переріз:

.

Значення згинального моменту в довільному перерізі:

.

Прирівнюємо частини рівнянь:

.

Розв’язуючи квадратне рівняння, знаходимо:

.

, .

Перевірка міцності зміненого перерізу:

а) Максимальні розтягуючи напруження в точці А (для матеріалу стикового шва), на віддалі від опори:

.

б) Приведені напруження на грані стінки (на рівні поясних швів) точка Б, де . Максимальні нормальні напруження:

.

Перерізуюча сила в перерізі з абсцисою :

.

Статичний момент площі перерізу пояса відносно нейтральної осі:

.

Дотичні напруження на рівні поясних швів (по грані стінки):

.

Приведені напруження:

.

Перевірка міцності опорного перерізу на максимальні дотичні напруження.

Статичний момент площі перерізу:

;

.

Перевірка місцевих напружень в стінці від тиску балок настилу:

;

.

Таким чином, міцність прийнятого зменшеного перерізу головної балки забезпечена.

2.6. Перевірка забезпечення загальної стійкості балки.

Навантаження на головну балку передаються через балки настилу, які закріпляють головну балку з площини через 1,1 м. Перевіряємо умову посередині прольоту (розрахунок виконаний з урахуванням пластичних деформацій):

;

.

Умова задовольняється, стійкість балки перевіряти не треба.

2.7. Перевірка місцевої стійкості стиснутого пояса і стінки.

Умовна гнучкість:

– необхідно ставити поперечні ребра жорсткості.

Оскільки і необхідно перевірити місцеву стійкість стінки. Максимальна віддаль між ребрами при : . Конструктивно крок ребер приймаємо кратним до кроку балок настилу .

В середній частині балки, розрахованої з врахуванням пластичних деформацій, ребра жорсткості ставимо під кожною балкою настилу. Ребра жорсткості приймаємо односторонні завширшки: . Товщина ребра:

.

Перевірку стійкості у відсіку №1 виконуємо з врахуванням пластичних деформацій. Для цього відсіку:

;

;

.

Стійкість стінки не забезпечена. Збільшуємо переріз поясів до

;

;

.

Прийнятий переріз поясів достатній для забезпечення місцевої стійкості стінки посередині прольоту балки.

Перевіряємо міцність балки за нормальними напруженнями:

;

;

;

.

Визначаємо довжину зони використання пластичних деформацій посередині прольоту балки. Для цього вираховуємо граничний згинальний момент в балці без врахування розвитку пластичних деформацій:

.

Визначаємо розрахунковий момент від зовнішнього навантаження у довільному перерізі балки:

.

Прирівнюємо частини рівнянь:

.

Розв’язуючи квадратне рівняння, знаходимо:

.

, .

Довжина зони використання пластичних деформацій:

. В цій зоні поперечні ребра ставимо під кожною балкою настилу.

Перевірка місцевої стійкості стінки у відсіку №3. В цьому відсіку стінка працює в пружній стадії. Розрахункові зусилля приймаємо в перерізі з абсцисою , під балкою настилу. Згинальний момент і поперечна сила:

Нормальні напруження на грані стінки:

.

Місцеві напруження .

Середні дотичні напруження:

.

Визначення критичних напружень.

Відношення сторін відсіку:

.

Коефіцієнт защемлення стінки в поясах балки:

.

Відношення напружень:

.

Таким чином, критичні нормальні та місцеві напруження:

;

;

;

;

Критичні дотичні напруження:

.

Визначені напруження та їх критичні значення підставляємо у формулу:

Стійкість стінки забезпечена.

Стійкість стінки відсіку №2 можна не перевіряти, тому що цей відсік знаходиться в зоні повного перерізу і напруження і тут менші, ніж у відсіку №3. Стійкість стінки відсіку №4 так само можна не перевіряти – , бо нормальні напруження значно менші, ніж у відсіку №3, а критичні напруження більші завдяки тому, що довжина відсіку №4 менша, ніж відсіку №3.

2.8. Розрахунок поясних швів головної балки.

Головна балка розрахована з врахуванням розвитку пластичних деформацій, поясні шви виконуються двосторонніми;

– перевіряють міцність поясних швів.

Розраховуємо найнапруженішу ділянку шва біля опори під балкою настилу.

Розрахункові зусилля на одиницю довжини шва:

,

де – поперечна сила в перетині з абсцисою (під балкою настилу):

.

.

Зварювання автоматичне, виконується в положенні „в човник” зварним дротом Св-08А. Для цих умов і для сталі 18сп розрахунковий опір металу кутових швів .

;

.

Катет шва:

.

Конструктивно мінімальне значення при .

Перевірка міцності шва по металу межі сплавлення:

.

Перевірку міцності по металу шва можна не виконувати.

Таким чином, при мінімально допустимій висоті катета шва міцність поясних швів забезпечена.

2.9. Конструювання та розрахунок опорної частини балки.

Приймаємо конструктивне рішення опорної частини балки з торцевим ребром. Ребро прикріпляється до стінки балки двома вертикальними кутовими швами. Зварювання напівавтоматичне у середовищі вуглекислого газу, зварний дріт Св-08А, . Розмір виступаючої вниз частини опорного ребра приймаємо . Потрібна площа перетину опорного ребра з умови зм’яття торця:

,

де .

Враховуючи, що ширина балки біля опор , знаходимо:

. Приймаємо . Площа , що більше за .

Перевіряємо стійкість опорної частини балки:

;

.

Розрахункова площа опорної частини:

.

Радіус інерції:

.

Гнучкість:

.

.

Перевіряємо місцеву стійкість ребра:

Місцева стійкість ребра забезпечена.

Підбираємо розміри катетів швів кріплення ребра до стінки балки:

По металу границі сплавлення можна не перевіряти, тому що .

Приймаємо .

2.10. Конструювання та розрахунок монтажного стику головної балки.

Стик стінки. Перекриваємо парними листовими накладками завтовшки . Приймаємо по два вертикальних ряди болтів з кожного боку від осі стику. Крок болтів у вертикальних рядах приймаємо .

Максимально допустима віддаль між крайніми горизонтальними рядами:

.

Кількість болтів в одному вертикальному ряду:

.

Приймаємо , оскільки при висота накладки більша за висоту стінки, що недопустимо.

Згинальний момент, що сприймається стінкою:

.

Максимальне зусилля в болтах крайніх горизонтальних рядів при :

.

Приймаємо болти зі сталі 6.6: , .

Визначаємо діаметр болта:

– за зрізом: ;

– за зм’яттям: .

Приймаємо болти діаметром .

Стик поясних листів. Приймаємо перетин поясних накладок:

– ззовні: ;

– зсередини: дві накладки .

Сумарна площа накладок більша за площу перетину поясів .

Згинальний момент, що сприймається поясами балки:

.

Зусилля в поясі (поясних накладках):

.

Кількість болтів для закріплення накладок:

Приймаємо 22 болти.