6. Проверка общей устойчивости главной балки

Проверка общей устойчивости производится по формуле:

l_н / b_п^изм = 100 / 20 = 5 ≤ [l_н / b_п^изм] = [0,41 + 0,0032 * b_п^изм / δ_п + (0,73 – 0,016 * b_п^изм / δ_п) * b_п^изм / h_о] * (E / R_y)^½ = [0,41 + 0,0032 * 20 / 2,2 + (0,73 – 0,016 * 20 / 2,2) * 20 / 142,2] * (2,1*10⁶ / 2350)^½ = 15,6;

Условие общей устойчивости выполняется.

7. Расстановка ребер жесткости

Условие гибкости стенки:

λ_w = h_ст / δ_ст * (R_y / E)^½ = 140 / 1,2 * (2350 / 2,1*10⁶)^½ = 3,9.

При λ_w = (3,5…6) для обеспечения местной устойчивости стенки необходимо укрепить ее основными поперечными ребрами жесткости (см. рис. 4.7).

b_р^тр = h_ст / 30 + 40 мм = 1400 / 30 + 40 = 86,7 мм.

Принимаем b_р = 90 мм.

δ_р^тр = 2 * b_р * (R_y / E)^½ = 2 * 9,0 * (2350 / (2,1*10⁶))^½ = 0,602 см;

Принимаем δ_р = 8 мм.

Рис. 4.6. Схема расположения ребер жесткости

8. Проектирование поясных швов

Поясные швы – непрерывные с постоянным по длине балки катетом шва k_f:

k_f = Q * S_n / (n * I_x * β_f * R_wf) = 84848,25 * 8,884*10^-3 / (2 * 1120305,485*10^-8 * 1,1 * 18,5*10⁶) = 0,0017 м;

где n – количество плоскостей среза;

β_f – коэффициент, учитывающий вид сварки;

R_wf – расчетное сопротивление срезу, зависящее от электрода, марки стали (для стали С235 и электродов Э42А R_wf = 1850 кг/см²);

Принимаем катет шва по конструктивному минимуму: k_f = 6 мм.

9. Проектирование укрупнительного стыка на высокопрочных болтах

Необходимость монтажного стыка обусловлена большой длиной главной балки (превосходящей допустимую из условия транспортировки).

Стык принят на высокопрочных болтах, что допускает отсутствие на месте монтажа сложного и дорогостоящего сварочного оборудования и оборудования для проверки качества швов, высоко-квалифицированного персонала, а также отличается большей скоростью монтажа по сравнению со сварочным стыком.

Стык расположен на расстоянии ⋲1/4 пролета L (см. рис. 4.8), в зоне действия моментов 80% от M_max, что позволяет пренебречь ослаблением неизмененного сечения в зоне болтового поля.

Рис.4.7. Место расположения стыка

x = 375 см;

R_A = q_ГБ * l/2 = 11313,1 * 15/2 = 84848,25

M_x = R_A*x – q_ГБ*x²/2 = 84848,25*3,75 – 11313,1*3,75²/2 = 238636 кг*м;

Q_x = R_A– q_ГБ*x = 84848,25 – 11313,1*3,75 = 42424 кг

Конструкция стыка на болтах представлена на рис. 4.9:

Рис.4.8. Конструкция стыка на болтах

Используются высокопрочные болты марки 40х “Селект”. Болты работают только на растяжение. Принимаем диаметр болтов ∅24 мм (А_нт = 3,52 см²). Диаметр отверстий под болты - ∅28 мм.

Стык рассчитывается в предположении, что полка воспринимает часть изгибающего момента и совсем не воспринимает поперечную силу. Стенка воспринимает оставшуюся часть изгибающего момента и всю поперечную силу:

a=2,5*∅_отв= 70 мм;

b=1,5*∅_отв= 42 мм, принимаем b=50 мм;

c=4*∅_отв= 112 мм, принимаем с=130 мм;

d=8,5*∅_отв= 42 мм, принимаем d=55 мм;

e=2,5*∅_отв= 70 мм;

f=1,3*∅_отв= 36,4 мм, принимаем f=55 мм.

h_{н ст} = 1400 – 60*2 = 1280 мм;

h_н = 1454 мм.

I_ст = δ_ст * h_ст³ / 12 = 0,012 * 1,4³ / 12 = 274400*10^-8 м⁴;

М_ст = М_х * I_ст / I_х = 238636 * 274400*10^-8 / 1120305,485*10^-8 = 58450 кг*м;

М_п = М_х - М_ст = 238636 - 58450 = 180186 кг*м.

Проектирование стыка по стенке.

Определение размеров накладки по стенке:

δ_н.ст = δ_ст – 2 мм = 12 – 2 = 10 мм.

Проверка прочности стыка.

Определение внутренних усилий в накладках на стенку главной балки.

e₅= 586 мм;

e₄= 456,3 мм;

e₃= 326,9 мм;

e₂= 198,1 мм;

e₁= 73,8 мм;

4*Σ e_i² = 2812637,4 мм²

N_Q = Q_x / n_б = 42424 / 20 = 2121,2 кг;

N_max = М_ст * e_max / Σ e_i² = 58450 * 586*10^-3/2,81 = 12189,2 кг.

N_Σ = (N_max² + N_Q²) ^1/2 ≤ n_тр * Q_bh * γ_c;

где n_тр – количество плоскостей трения (n_тр = 2);

Q_bh – несущая способность фрикционного соединения, стянутого одним болтом по одной плоскости трения.

Q_bh = R_bh * γ_b * А_н * μ / γ_h = 7,7*10⁷ * 1 * 3,52*10^-4 * 0,58 / 1,12 = 14036 кг;

где R_bh – расчетное сопротивление болта растяжению (R_bh = 0,7 * R_bun = 0,7 * 11*10⁷ = 7,7*10⁷ кг/м²);

γ_b – коэффициент, зависящий от количества болтов в соединении (n_б > 10; γ_b = 1);

А_н – площадь нетто одного болта;

μ – коэффициент трения поверхности, зависящий от шероховатости (при дробеметной или дробеструйной металлизационной обработке цинком или алюминием μ = 0,58);

γ_h – коэффициент, зависящий от метода контроля затяжки болта (γ_h = 1,12).

N_Σ = (2121,2 ² + 12189,2 ²)^1/2= 12372,4 кг ≤ 2 * 14036 * 1 = 28072 кг.

Прочность стыка по стенке обеспечена.

Проектирование стыков по полкам.

Определение внутренних усилий в накладках на стенку главной балки (см. рис. 4.12):

Рис.4.9. Распределение внутренних усилий в накладках

по полкам под действием внешней нагрузки

N_н = M_п / h_н = 180186 / 1,454 = 123924,3 кг.

Определение размеров накладки по полке:

А_н = N_н / (R_y * γ_c) = 123924,3 / (235*10⁶ * 1) = 52,7*10^-4 м²;

δ_н.п = А_н / b_п = 52,7*10^-4 / 0,38 = 139*10^-4 м = 13,8 мм.

Принимаем по сортаменту ближайшее большее значение δ_н.п = 14 мм.

Определение требуемого количества болтов:

п_б.п = N_н / (п_тр * Q_bh * γ_c) = 123924,3 / (1 * 14036 * 1) = 8,8;

Принимаем количество болтов с одной стороны от стыка равным п_б.п = 12.