Расчет и конструирование узла сопряжения верхней и нижней части колонны

Расчетные комбинации уси­лий в сечении 2-2 над усту­пом:

1)+ M_max= +37 кНм; N_соотв=-138,6 кН;

2) -M_max= -232 кНм; N_соотв=-365,6 кН;

Давление кранов D_mах =611,1 кН.

Прочность стыкового шва (w₁) проверяем по нормальным напряжением в крайних точках сечения надкрановой части колонны. Площадь шва равна площади сечения колонны.

Первая комбинация усилии M и N:

здесь R_wy=R_y

-внутренняя полка

Вторая комбинация усилий M и N:

-наружная полка

внутренняя полка

толщину стенки траверсы определяем из условия смятия

σ=D_max/(l_ef ∙ t_wtp) R_{p c}

_где l_ef=b_o.p+2t_пл – длина сминаемой поверхности;

t_пл – толщина плиты, которую принимаем t_пл =2см,

b_o.p – ширина одного ребра подкрановой балки, b_op=40см

t_wtp – толщина стенки траверсы;

R_p – расчётное сопротивление стали снятию торцевой поверхности

R_p=R_un/ _m=360/1,025=350 Мпа

l_ef=b_op+2∙t_пл=40+2∙2=44 см

T_wtr D_max/(l_ef ∙ R_p ∙ _c)=611,1/(44 ∙ 35)=0,4≈0,6 см

Принимаем t_wtр=0,6 см

Усилия во внутренней полке верхней части колонны (вторая комбинация)

длина шва крепления вертикального ребра траверсы к стенке траверса (W2) при приварке четырьмя швами

применяем полуавтоматическую сварку проволкой марки Cв-08А, d=1,4….2мм.

Из таблицы 12 приложения находим B_f=0,9 B_z=1,05 назначаем kf=6мм,

R_wz=0,45∙R_un=0,45∙360=162Мпа=16,2кН/см²

По таблице 13 приложения

R_wf=180Мпа=18кН/см²

B_fR_{wf wf}=0,9∙18=16,2 кН/см² B_zR_{wz wz}=1,05∙16,2=17 кН/см²

85B_f k_f =85∙0,9∙0,6=46см

В стенке подкрановой ветви делаем прорезь, в которую заводим стенку траверсы.

Для расчета шва крепления траверсы к подкрановой ветви (w3) составляем комбинацию усилий, дающую наибольшую реакцию траверсы. Такой комбинацией будет являться сочетание 1,2,3*,4(-M):

N = 138,6+204=342,6 кН, М =-88-130+25-32 = -225 кНм

F=N·h_в/2 h_H-М/ h_H+0,9 D_mах=342,6 ∙ 50/(2 ∙ 100) - 22500/100 + 0,9 ∙ 611,1 =410,64 кН,

здесь коэффициент 0,9 учитывает, что усилия N и М приняты для второго основного сочетания нагрузок.

Требуемая длина шва

l_w3^треб= F/(4∙ β_f ∙ k_f ∙ R_wf ∙ γ _wf )=410,64 /(4 ∙ 0,6 ∙ 16,2) = 10,56 cм

l_w3^треб = 10,56 cм>85 ∙ β_f ∙ k_f =85 ∙ 0,9 ∙ 0,6 = 46 см,

Такой случай не допустим для фланговых швов, поэтому увеличиваем толщину шва до k_f = 0,8 см. Тогда

l_w3^треб= 10,56∙0,6/0,8=7,92 см<85*0,9*0,8=61,2 см

Из условия прочности срезу стенки подкрановой ветви, в месте крепления траверсы, определяем высоту траверсы

h_тр≥F/2t_wв∙ R_s ∙ γ _c =410,64 /2∙0,58∙13∙1=27,23≈28 cм

где t_wв ^- толщина стенки подкрановой ветви (30Б1);

R_s - расчетное сопротивление стали срезу;

R_s=0,58∙ R_yn ∙ γ _m = 0,58 ∙ 235/1,025 = 130 МПа = 13 кН/см²

Принимаем h_тр =70 см

Проверим прочность траверсы как балки, нагруженной усилиями М, N и D_mах. Ширина нижнего пояса траверсы b_тр = h _w^’-3мм=278-3=275 мм.

Ширина верхнего горизонтального ребра траверсы

b_р=( h _w’- t^тр_w) /2 - (20... 30 мм) = (278-6) / 2 - 20 =116≈120 мм.

Конструктивно принимаем нижний пояс траверсы из листа размерами

275х12 мм, верхние горизонтальные ребра из двух листов 120х12 мм.

Найдем геометрические характеристики траверсы:

Положение центра тяжести сечения траверсы;

y_н=(2∙12∙1,2∙54,4+0,6∙68,8∙35,6+1,2∙27,5∙0,6)/(2∙12∙1,2+0,6∙68,8+ +1,2∙27,5)=29,65 см.

I_x=0,6 ∙ 68,8³/12 + 68,8 ∙ 0,6 ∙ 5,95² + 1,2 ∙ 27,5 ∙ 29,59 ² +2 ∙ 12 ∙ 1,2 ∙ 24,75²=64279,996 см⁴.

W _min =I_x/ y_в=64279,996 /40,35=1593,06 cм³

y_в= h_тр – у_н=70-29,65=40,35 см.

Максимальный изгибающий момент в траверсе возникает при второй комбинации усилий:

M_тр= F_тр1 (h_н – h_в) = [- М/ h_н + N∙h_в / (2 h_н)] ∙ (h_н – h_в) =

= [23200 /100+365,6 ∙ 50/(2 ∙ 100)] ∙ (100 - 50) = 16170 кНсм

σ _тр = M_тр /W _min = 16170/1593,06= 13,15 кН / см <R_y=23 кН/см²

Максимальная поперечная сила в траверсе (с учетом усилия от кранов) возникает при комбинации усилий 1,2,3*,4(- (см. расчет шва 3):

Q_mах =N ∙ h_в / (2 h_н) - M / h_н + k ∙ D_mах ∙ 0.9 / 2 = 342,6 ∙ 50/(2 ∙ 100)-

-(-22500)/150+1,2 ∙ 611,1 ∙ 0.9/2= 565,644 кH

Здесь коэффициент k = 1,2 учитывает неравномерную передачу усилия D_mах

τ _тр = Q_mах /(t _w^тр h _w^тр )= 565,644 /(0,6 ∙ 68,8) =13,2 кН/см² < Rs =0,58 ∙ 235/1,025=13,34 кН/см².