Автоматизированное проектирование стального балочного перекрытия. Учебное пособие

нормальные напряжения в этом случае вычисляются компьютером как и при отсутствии местных напряжений по формуле:

местные критические напряжения в этом случае:

где с1 - коэффициент, который нужно найти из таблицы Е.2 приложения Е;

а - приведенная гибкость расчетного отсека стенки, вычисляемая по

формуле:

Если условие устойчивости стенки не выполняется, то прежде всего

следует уменьшить длину отсека арж (расстояние между ребрами жесткости)

вплоть до полного исключения местной нагрузки loc 0 . В любом случае после принятия решения нужно подтвердить желание проверить устойчивость стенки другого отсека и начать проверку с ввода координаты расчетного сечения. В том случае, если и это не приводит к желаемому результату, то необходимо

увеличить толщину стенки tw или изменить класс стали (принять сталь с большим значением Ry). Эти предложения Вам сделает компьютер, а Вы принимайте решение!

На первый взгляд может показаться, что процедура проверки местной устойчивости стенки занимает очень много времени, количество расчетных отсеков

81

и сечений – бесконечное множество. На самом деле этот этап ничуть не сложнее любого предыдущего этапа работы, так как количество расчетных отсеков для проверки местной устойчивости стенки главной балки в упругой области, как правило, не более двух, а расчетных сечений не более трех. Разумеется, нет правил без исключений, но будем надеяться, что Ваш вариант – это не исключение.

Комментарий 28

Прежде чем перейти непосредственно к расчету укрупнительного стыка главной балки, хотелось бы пояснить, зачем вообще такой стык нужен, и нельзя ли обойтись без него.

Дело в том, что, во-первых, все прокатываемые профили (и фасонные и листовые) имеют ограниченную длину (обычно это – 12 м), а, во-вторых, место изготовления конструкции и место ее установки, как правило, достаточно удалены друг от друга, и, следовательно, возникает проблема транспортировки. Безусловно,

если речь идет об уникальных конструкциях, габаритные размеры которых невозможно уменьшить в силу каких-то конструктивных и технологических особенностей, то для их транспортировки создают специальную технику и обеспечивают этой технике сопровождение, гарантирующее безопасность движения.

Главная балка рабочей площадки – это явно не уникальная конструкция. Для ее транспортировки будут использоваться обычные транспортные средства. Пролеты большинства балок в выполняемой работе более 12 м, следовательно, их транспортировка «целиком» довольно затруднительна. Именно поэтому рекомендуется каждую главную балку разбить на две части (отправочные марки),

которые можно без проблем доставить на строительную площадку. Узел

соединения двух отправочных марок называется укрупнительным стыком.

Укрупнительный стык должен быть жестким, т.е. воспринимать изгибающий момент так же как и сплошное сечение балки. Поэтому выполняться такой стык может либо на сварке, либо на высокопрочных болтах с контролируемым усилием натяжения болтов (сдвигоустойчивое соединение).

82

Под координатой места стыка понимается расстояние от опоры балки до сечения стыка х4 . Место расположения укрупнительного стыка должно быть рациональным с точки зрения затрат труда на изготовление отдельных отправочных элементов и сокращения числа типоразмеров деталей, используемых для их изготовления. Обычно это середина пролета главной балки (то есть

расстояние от опоры до сечения стыка х4 L2 ). Однако, такое деление балки на две

одинаковые отправочные марки возможно лишь в том случае, если в середине пролета балки нет поперечного ребра жесткости. Но это условие выполняется лишь при четном числе балок, опирающихся на главную балку. Если же в середине пролета главной балки такое ребро есть, то место стыка располагается на расстоянии

для балочной площадки нормального типа или

для балочной площадки усложненного типа.

Наверняка, после непродолжительного анализа прочитанной информации,

Вам показалось, что все эти сложности ни к чему, и при любой схеме размещения ребер на главной балке стык можно выполнить в середине пролета,

потому что стыковые накладки в стенке с успехом заменят поперечные ребра жесткости и проблем с обеспечением местной устойчивости явно не возникнет. Но,

пускаясь в такие рассуждения, не следует забывать и о том, что в месте стыка необходимы ещё и парные накладки в поясах, которые не позволят выставить балки настила или вспомогательные балки на один уровень при их этажном сопряжении с главными балками и сделают невозможным сопряжение балок в одном уровне.

83

Коэффициент условия работы соединения b назначается в зависимости от количества болтов в соединении согласно СНиП [4] и при курсовом

трения соединяемых элементов, стянутых одним болтом, вычисляется компьютером по формуле:

где Rbh 0.7Rbun - расчетное сопротивление растяжению высокопрочного болта, кН/см2.

Комментарий 30

При проектировании стыков балочных конструкций изгибающий момент,

возникающий в сечении балки, обычно заменяется парами продольных сил.

Накладки, соединяющие пояса, рассчитываются на продольную силу Nf,

проходящую через геометрические оси сечений поясов (то есть, плечо пары сил в этом случае равняется hf). Изгибающий момент при этом распределяется между элементами сечения балки пропорционально их изгибным жесткостям (или моментам инерции сечений при одинаковом модуле упругости материала сечения всех элементов). Усилие в поясе N f вычисляется компьютером по формуле:

где Jf - момент инерции пояса в широкой части балки, см4

85

Требуемое количество болтов для стыка пояса вычисляется компьютером по

формуле:

Назначенное Вами количество болтов с одной стороны стыка пояса должно быть четным и не менее требуемого числа:

две другие на внутренней грани поясов по обе стороны стенки балки в соответствии

компьютером исходя из условия прочности по нормальным напряжениям:

86

сортаментом на универсальную сталь (приложение Д) и принята не менее требуемого значения, которое компьютер выводит на экран.

Размещение болтов в поясе обычно выполняют в четыре продольных ряда

(по два с каждой стороны стенки). В первом от края накладки поперечном ряду

болтов размещается два или (если позволяет ширина пояса) четыре болта.

Прочность стыка пояса проверяется компьютером по условию равнопрочности пояса и накладок с учетом их ослабления: по краю стыка

где Af,n – площадь сечения пояса с учетом ослабления отверстиями под болты, см2

где nб1 – количество отверстий в первом от края накладки поперечном ряду, do – диаметр отверстия, см.

У середины стыка проверяется равнопрочность накладок и ослабленного сечения пояса:

87

Рисунок 7 – Укрупнительный стык главной балки

88

где nб – общее количество отверстий в поперечном ряду.

Если не обеспечена прочность пояса то, при наличии в первом поперечном ряду четырех болтов, следует добавить еще один поперечный ряд из двух болтов,

разместив их с края, или увеличить толщину пояса t f (что крайне нежелательно).

Если не обеспечена равнопрочность накладок и пояса, то необходимо увеличить толщину накладок t1 , согласовав её со стандартом на универсальную сталь (приложение Д).

Комментарий 31

Расстояние между верхним и нижним крайними горизонтальными рядами болтов в стенке ymax в соответствии с рисунком 8 назначается конструктивно с учетом удобства их размещения и технологичности сборки:

Разумеется, при назначении этого расстояния не стоит прибегать к «крайним»

мерам: минимальный шаг болтов в одном ряду удобен только теоретически, а в практическом выполнении стыка такая «скученность» болтов явно не способствует ускорению процесса их установки и закручивания. К тому же и разметка отверстий под болты тоже требует от исполнителя повышенного внимания, так как любая ошибка в этом случае может оказаться фатальной. Безусловно, окончательный выбор остается за Вами, но полезно знать, что наиболее «комфортный» для изготовителя шаг болтов находится в интервале 80 - 120 мм.

89

Число вертикальных рядов болтов m с одной стороны стыка принимается не более трех (чаще - два). Число горизонтальных рядов болтов k определяется следующим образом:

где a - расстояние между горизонтальными рядами болтов, см.

Прочность стыка стенки оценивается по максимальному усилию,

возникающему в наиболее нагруженном болте крайнего горизонтального ряда, и

для балки, состоящей из двух одинаковых отправочных марок (стык в середине пролета: х4 0,5L ), проверяется по формуле:

где Mw - изгибающий момент в расчетном сечении балки на расстоянии х4

от опоры, воспринимаемый стенкой балки, кНсм

m- число вертикальных рядов болтов с одной стороны стыка стенки;

yi - расстояние между симметричными горизонтальными рядами болтов в стыке стенки, см.

90