1 Загальні відомості про конструкції сталевої балкової клітки

Балкова клітка – це система несучих балок, що утворюють конструкцію сталевого покриття. У якості покриття застосовують плоскі сталеві листи, котрі у вигляді смуги вкладаються на балки настилу й кріпляться до них зварюванням.

Найбільш поширені типи балкових кліток:

• спрощений – складається з балок лише одного напрямку, які найчастіше спираються на несучі стіни;

• нормальний тип містить дві системи балок: головні балки та балки настилу, що спираються на головні;

• ускладнений тип крім головних балок і балок настилу містить ще й допоміжні.

Схему розкладки балок балкової клітки визначаємо на основі порівняння техніко-економічних показників при проектуванні кількох варіантів.

1.1Вихідні дані

Необхідно запроектувати балкову клітку робочого майданчика під нормативне корисне навантаження g^Н = 22 кПа. Залізничні шляхи на майданчику відсутні.

Крок колон у повздовжньому напрямку – 15.5 м, а у поперечному – 8,6 м, вертикальні відмітки підлоги – 8.0м, стелі – 6,1м.

2Вибір оптимальної схеми розкладання балок, компонування варіанта розкладання балок

Р езультати розрахунку не ПЕОМ для цих вихідних даних показали, що мінімальна витрата сталі на покриття дорівнює 118.1 кг/м², забезпечує

Рис. 2.1. Схема розкладання балок

варіант 14 (ускладнений тип), який має 12 кроків балок настилу та 5 кроків допоміжних балок.

Кінцево прийнята схема розкладання балок ускладненого типу.

Крок балок настилу дорівнює: мм, крайні кроки мм. Крок допоміжних балок дорівнює: мм, крайні кроки мм.

У зв’язку з обмеженою висотою перекриття приєднання балок збоку у системі балкової клітки – другорядні балки приєднують до основних через ребра жорсткості.

2.1Розрахунок настилу

Сталевий настил балкових кліток працює на згин із розтягом. На практиці використовують формулу розрахунку, яка враховує модуль пружності сталі Е = 2,06·10⁵ МПа, та нормативно допустимий прогин сталевого настилу f/l = [1/150].

П роліт настилу дорівнює відстані між балками настилу (між полицями). Ширина полички балки настилу з двотавра №16 рівна b_f = = 81мм. При кроці балок настилу a = 720 мм проліт настилу: l = a-b_f = 720- - 81 = 639 мм.

Рис. 2.2. Розрахункова схема сталевого настилу

Відношення вільного прольоту настилу до його товщини t = 5 мм повинно бути менше, ніж наведена залежність

де g^н = 22 кПа – корисне навантаження на клітку в кПа.

Тобто настил товщиною 7 мм має достатню несучу здатність.

2.2Розрахунок балки настилу

Балка настилу являє собою нерозрізну балку з рівномірно розподіленим навантаженням. Погонне навантаження знаходимо з урахуванням заданого корисного навантаження, а також власної ваги настилу та балки настилу. Експлуатаційне розрахункове і граничне розрахункове навантаження відповідно дорівнюватимуть

де Р_{ст.наст} = 0,0785 кН/м² – вага 1 м² сталевого листа товщиною 1 мм;

q _б.н. = 0,159 кН/м – вага 1 погонного метра балки з двотавра №16 [3];

а = 0,720 м – крок балок настилу;

Рис. 2.3. Розрахункова схема балки настилу

γ_f = 1,2 – коефіцієнт надійності за корисним навантаженням [2];

γ_fв.в. = 1,05 – коефіцієнт надійності за навантаженням від власної ваги сталевих конструкцій [2];

Внутрішні зусилля з урахуванням перерозподілу згинальних моментів знаходяться за формулами

Випишемо із сортаменту [3] деякі характеристики двотавра №16

h = 160 мм; t_f = 7,8 мм; W_x = 109 см³; А = 22.2 см²;

b_f = 81 мм; t_w = 5 мм; I_x = 873 см⁴.

При товщині полички t_f = 7,8 мм < 20 мм розрахунковий опір згину R_y = 24 кН/см², т.51 [1] фасон до 20 мм класу С245, а розрахунковий опір зсуву R_s = 0,58R_y = 0,58·24 = 13,9 кН/см².

Оскільки динамічні навантаження на балку є ( рейкова колія), то розрахунок виконується за такою формулою.

Виконуємо перевірку жорсткості та визначаємо її надлишок

Значення нормативного відносного прогину визначаємо за таблицею 3, с.326 [3] залежно від призначення конструкції та виду залізничної колії.

Виконуємо перевірку міцності за дотичними напруженнями

Загальна стійкість забезпечена, тому що на балку опирається суцільний сталевий настил, він розкріплює її по всій довжині. Прийнятий профіль із двотавра №16 є мінімально можливий, тому, незважаючи на великі запаси міцності й жорсткості, приймаємо балку настилу з прокатного двотавра №16.