Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Балочная клетка_КП1

.pdf
Скачиваний:
29
Добавлен:
01.03.2016
Размер:
788.57 Кб
Скачать

b

=

 

hef

+ 40 =

1260

+ 40

= 82мм;

 

 

 

 

h

 

30

 

 

 

 

30

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Принимаем ребра шириной bh

= 90мм.

Находим толщину ребра

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ry

 

 

 

 

 

 

 

t

 

³

2×b

×

 

= 2×90×

 

260

 

 

= 6,4мм;

 

 

E

 

206×103

 

 

 

s

 

 

 

h

 

 

 

 

 

 

 

 

В соответствии с т. 7.14[1] толщину ребра принимаем ts = 8мм .

Назначаем сечение ребра 90 x 8 мм.

Поперечные ребра жесткости привариваем сплошным швом полуавтоматической сваркой по ГОСТ 14771-46* в углекислом газе (ГОСТ 8050-85) электродом СВ-08ГА (ГОСТ 2246-71*) Æ1,4-2мм. В соответствии с т. 4.15[1] принимаем катет сварного шва kf = 5мм.

2.3.4 Расчет соединения пояса со стенкой балки

Соединения поясов составной балки со стенкой осуществляем двусторонними поясными швами.

Для сварки пояса со стенкой принимаем полуавтоматическую сварку (ГОСТ 14771-76*) в углекислом газе (ГОСТ 8050-85) проволокой СВ-08ГА (ГОСТ 2246-71*) Æ1,4-2мм.

Угловой шов крепления поясов к стенке рассчитываем по металлу границы сплавления,

так как β f × Rwf ×γ wf = 0,9 × 200 ×1 = 180(МПа) > βz × Rwz ×γ wz = 1,05 ×171×1 = 179,55(МПа) ,

где: β f и βz

– коэффициенты

глубины

проплавления.

В соответствии с т. 4.2 [1] при

полуавтоматической сварке в

среде углекислого

газа

проволокой СВ-08ГА Æ1,4-2мм

(положение шва – в лодочку) β f

= 0,9 и βz

=1,05;

 

 

Rwf - расчетное сопротивление по металлу шва, Rwf

= 200МПа (т. 4.4 [1]);

Rwz -

расчетное сопротивление

шва

по

металлу границы сплавления,

Rwz = 0,45× Run = 0,45×380 =171МПа .

γ wz = γ wf = 1 – коэффициенты условий работы сварного шва; Статический момент измененного сечения

S

= b

 

 

×t

 

æ h

+

 

tf

ö

= 22

×2,0×

æ126

+

2,0

ö

= 2816см3

 

 

f ç

 

w

 

 

÷

ç

 

÷

 

 

 

 

 

 

 

1 f

 

1 f

 

 

 

2

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

è

 

 

ø

 

 

 

 

 

 

è 2

 

ø

 

Сила сдвига Т, приходящаяся на 1 см балки, определяется через касательные

напряжения

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

T =

 

Q × S f

 

=

902,72× 2816

 

= 4,71кН;

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I

 

 

 

 

 

 

593825,2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Расчетная поперечная сила

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

æ L

 

 

ö

 

 

 

 

 

æ

16

 

 

ö

 

 

 

Q = q ×

ç

 

 

 

 

- x1 ÷

=

123,12 ×ç

 

 

 

 

- 0,668

÷

= 902,72кН;

 

 

 

 

2

 

 

F

è 2

 

 

 

ø

 

 

 

 

 

è

 

 

ø

 

 

 

V =

 

=

161,976

 

= 9кН / см;

 

 

 

 

 

 

 

l

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

18

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ef

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Катет сварного шва определяем на равнодействующую сдвига и местного напряжения на участке с изменением сечения пояса

33

kf =

 

 

 

T 2 +V 2

 

 

 

=

 

(4,71)2 + 92

 

= 0,26(см)

2×β

z

×l

w

× R ×γ

wz

×γ

 

2×1,05×1×171×10−1 ×1×1,1

 

 

 

wz

 

c

 

 

 

 

где lw = 1 см – расчетная длина сварного шва;

gc = 1,1 – коэффициент условий работы (т. 2.1 [1]).

В соответствии с требованиями т. 4.5 [1] принимаем kf = 6 мм.

2.3.5 Расчет опорного ребра главной балки:

Ребро нагружено опорной реакцией Q = 993,68 кН. Расчетное сопротивление смятию торцевой поверхности:

Rp =

Run

=

 

380

= 370,73МПа ,

 

1,025

 

γm

 

где Run - нормативное временное сопротивление стали С285 (т. 2.3 [1]);

γm - коэффициент надежности по материалу, в соответствии с т. 1.6 [2] для сталей по ГОСТ 27772-88 γ m = 1,025 .

Определяем требуемую площадь опорного ребра

Ap =

Q

=

993,68×10

 

= 24,37см2 ;

Rp ×γ c

370,73×1,1

 

 

 

Ширину опорного ребра принимаем равной ширине полки в измененном сечении балки bp=bf1=22 см. Тогда требуемая толщина опорного ребра

tp = Ap = 24,37 =1,11см. bp 22

В соответствии с т. 7.14 [1] принимает толщину опорного ребра t p = 12мм .

Площадь опорного ребра сечением – 220х12 составляет Ap=22 х 1,2 = 26,4см2. Ширина= 0,65участка =стенки0,65,включенного1,4 =в работу25,61 сопорнойм стойки

;

Acr = Ap + bw ×tw = 26, 4 +1, 4× 25,61 = 62,26см2 ;

Icr = tp ×bp3 = 1,2 ×(22)3 = 1064,8см4 ; 12 12

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i =

Icr

=

1064,8 = 4,14см.

 

 

 

 

 

 

 

xcr

Acr

62,26

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Гибкость опорного ребра λx =

hw

=

126

= 30, 43.

ix

4,14

 

 

 

 

 

 

 

По т.

3.10 [1] в зависимости от гибкости опорного ребра λ = 30,43 и расчетного

сопротивления стали Ry = 260 МПа принимаем коэффициент продольного изгиба φ = 0,926. Проверяем опорную стойку на устойчивость

σ =

 

Q

=

993,68×10

=172,36МПа £ Ry ×γc

= 260 ×1,1 = 286МПа;

ϕ × Acr

 

 

 

 

0,926 ×62,26

 

 

 

 

Определим катет двустороннего сварного шва, прикрепляющего опорное ребро к

стенке балки,

из

условия

его

прочности

и максимально допустимой длины

 

= 85

 

. Расчет ведем по металлу границы сплавления

 

 

 

,

=

, ,,

, ∙ ∙ ,

= 0,628.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

34

 

где nw – количество швов, прикрепляющих опорное ребро к

стенке, nw = 2.

Проверяем длину

расчетной части шва

= 85

 

= 85 0,9 0,7 = 53,55 см <

Принимаем шов kf

= 7 мм, что больше kf,min (т. 4.5 [1]).

 

= 126 см.

 

 

 

 

Ребро привариваем к стенке по всей высоте сплошными швами. Торец ребра, опирающийся на опорный столик, должен быть пристроган.

Вид А

A

Рис. 21 Двусторонние ребра жесткости.

Вид А

A эп.σ

85β*k f f

Рис. 22 Расчет опорной части главной балки.

35

2.3.6 Расчет укрупнительного стыка балки

Стык делаем в середине пролета балки, где М = 3974,72кН∙м и Q = 0.

Стык осуществляем высокопрочными болтами d = 24 мм из стали 40X «Селект» по ГОСТ 4543-71*. В соответствии с т. 5.7[1] наименьшее временное сопротивление Rbun =1100МПа . По т. 5.9 [1] принимаем способ обработки соединяемых поверхностей

дробеметный или дробеструйный двух поверхностей без консервации, способ регулирования натяжения высокопрочных болтов – по углу закручивания.

Несущая способность болта при двух поверхностях трения (k = 2):

R

= 0,7R

= 0,7×110 = 77,0

кН

;

см2

bn

 

bun

 

 

 

 

 

Q

= R

× А

×

æ

γb × μ ö

×κ = 77,0×3,52×1,0×0,58 ×2 = 308,24кН ,

bh

bh

bn

 

ç

÷

 

 

1,02

 

 

 

 

è

γh ø

 

 

где Abn – площадь болта нетто, Abn = 3,52см2 (т. 5.5 [1]);

μ – коэффициент трения, μ = 0,58 (т. 5.9[1]);

γh – коэффициент надежности, γh = 1,02(т. 5.9[1]);

γb – коэффициент условий работы болтового соединения, при количестве болтов n > 10

γb = 1,0 (т. 5.3[1]).

Стык поясов.

Каждый пояс балки перекрываем 3-мя накладками: 420x10 и 2x180x10 мм общей площадью сечения

AН = 1, 2 ×(42 + 2 ×18) = 93,6см2 > Af = bf ×t f = 42 × 2,0 = 84см2.

Усилие в поясе:

M f

=

 

M × I f

 

=

3974,72 × 628877

= 2712,36кН × м;

 

 

I

 

921561, 2

 

 

 

 

 

 

 

N f

=

M f

 

=

2712,36

= 2152,67кН /

 

hw

 

1,26

 

 

 

 

 

 

 

Количество болтов для прикрепления накладок

n =

N f

=

2152,67

= 6,98.

Q

308, 24

 

 

 

 

bn

 

 

 

Принимаем количество болтов n = 8.

Стык стенки.

Стенку перекрываем двумя вертикальными накладками сечением 370x8 длиной 1100 мм. Момент, действующий на стенку

M w =

M × Iw

=

394,72 × 233377, 2

= 1006,56кН × м.

 

921561, 2

 

I

 

Принимаем расстояние между крайними по высоте рядами болтов amax =1100 - 2×60 = 980мм.

Коэффициент стыка a при двух вертикальных рядах m = 2

α =

M w

 

=

1006,56×100

= 1,67.

m ×a

max

×Q

2×98×308, 24

 

 

bn

 

 

По т. 2.12 [1] принимаем количество рядов болтов по вертикали κ = 8 с 7α=14,710 =>9801,68мм. Окончательно. принимаем 8 рядов болтов по высоте балки с шагом 140мм,

Проверяем стык стенки по формуле:

Nmax = M w ×

amax

 

=1006,56×

0,98

= 298,92 < Qbh

= 308,24кН ,

m × åai

2

2 ×1,65

 

 

 

 

 

36

 

где åai2 = (0,14)2 + (0,42)2 + (0,7)2 + (0,98)2 =1,65м2.

Проверяем ослабление нижнего растянутого пояса отверстиями под болты d0 = 27мм. Пояс ослаблен двумя отверстиями на краю стыка

Af НТ = t f ×(bf - 2 × d0 ) = 2,0 ×(42 - 2 × 2,7) = 73, 2см2 > 0,85× Af = 0,85 ×84 = 71, 4см2 **

Ослабление пояса можно не учитывать. Проверяем ослабление накладок в середине стыка двумя отверстиями:

AНАКЛ = 42 ×1, 2 + 2 ×18×1,2 = 93, 6см2 ;

A

НАКЛ = A

- 2 × 2×t

НАКЛ

× d

0

= 93,6 - 2 × 2×1, 2× 2, 7 = 80,64см2

> 0,85× A

f

= 71,4см2.

НТ

НАКЛ

 

 

 

 

 

Ослабление накладок можно не учитывать.

Рис. 23 Укрупнительный стык главной балки

** - при невыполнении данной проверки необходимо проверить по следующему условию:

σ = NНГf ×(1- ni ) £ Ry ×γc

Af n

где: ni –число болтов в рассматриваемом сечении;

n – общее количество болтов в соединении по одну сторону стыка.

37

2.4 Расчет и конструирование колонны

2.4.1 Определение расчетной длины колонны

Рис. 24 Расчетная схема колонны.

Расчетная нагрузка на колонну:

N = 2×993,68 =1987,36кН

Так как N<3000кН, тогда будем рассчитывать сквозную колонну, состоящую из двух двутавров.

Расчетная длина колонны:

l = Hотм - hгб - hбн - hн -16 + hз =10200 -1300 - 200 -8 - 20 + 500 = 9172мм

где:

Hотм=10200мм — отметка верха; hгб=1300мм — высота главной балки; hбн=200мм — высота балки настила; hн=8мм — толщина настила; hз=500мм — глубина заложения. Расчетная длина колонны: l0x=l0y=l=1×9,172=9,172 м

m=1 — коэффициент, зависящий от вида закрепления колонны (шарнирное закрепление с обоих концов);

38

Ix =10060см4; Wx = 581,7см3; Sx = 328,6см3. ix =14,25см
A = 49,53см2 ; q1 = 38,9kг / м;

2.4.2 Расчет сквозной колонны

2.4.2.1 Подбор и проверка сечения стержня колонны

Задаемся гибкостью l=50, тогда j=0,84 - коэффициент продольного изгиба при Ry=270МПа по табл. 3.10 [1]

Рекомендуется задаваться гибкостью: λ=70 – 90 при N<2000кН;

λ=60 – 70 при N>2000кН.

Определяем требуемую площадь сечения:

A =

N

=

1987,36×10

= 43,8см2

 

 

тр

ϕ × Ry ×2

0,84 ×270 × 2

 

 

 

Принимаем сечение колонны из двух двутавров 35Б1 по ГОСТ 26020-83 (табл. 7.5 [1]) h = 346мм,

bf =155мм, tf = 8,5мм, tw = 6,2мм, R =18мм iy1 = 3,27см

Iy1 = 529,6см4;

Проверяем колонну на устойчивость относительно оси Х.

λ =

lef

=

917,2

= 64,36см

 

 

x

ix

 

14,25

 

 

 

 

ϕх = 0,764 - коэффициент продольного изгиба при Ry=270МПа по табл. 3.10 [1]

σ x

=

 

N

=

1987,36 ×10

= 262,6 < Ry ×γ c = 270×1 = 270МПа

ϕx

× 2× A

0,764× 2 ×49,53

 

 

 

 

Недонапряжение составляет:

270 - 262,6 ×100% = 2,74% < 10%, что допустимо. 270

39

Рис. 25 Сечение и фрагмент колонны на планках.

Расчет относительно свободной оси.

Определим расстояние между ветвями колонны из условия равноустойчивости т.е. λх = λefy

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

принимаем λ

 

 

λ

y

= λ

2

-λ2

³ λ

В

=25

 

 

х

 

В

 

В

 

 

 

 

 

 

 

λу =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

64,362 - 252

= 59,3 > 25

 

α2=0,52 - коэффициент

 

 

 

lef

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

b =

 

 

=

917,2

 

 

= 29,74 см

 

 

α2

 

 

0,52×59,3

 

 

 

×λy

 

 

 

 

Принимаем b=30 см.

Определим просвет между ветвями: b1 = b bf = 30 −15,5 = 14,5 см.

Принимаем размеры планки:

bпл = b1 + 2×(4,0 ¸5,0) =14,5+ 2×4,5 = 23,5 см Принимаем: bпл = 24 см

- для колонны с сечением из двух двутавров α=0,52 по прил.4 [2]

40

dпл = (0,5 ¸0,8) ×b = 0,6×30 =18 см.

tпл

= 8 ¸12 мм. Принимаем tпл =10 мм

 

Найдем требуемое расстояние между планками:

l

= λ

В

×ib = 25×3, 27 = 81,75 см.

b

 

y

Принимаем: lb = 80 см.

Расстояние между центрами планок: l1 = lb + dпл = 80 +18 = 98 см.

Для проверки прочности планок и прикрепляющих швов определяем перерезывающую силу и момент, действующий на одну планку.

Qfic = 7,15×10−6 (2330 - E ) N ;

Ry φy

Предварительно зададимся φх=φу= 0,764 - коэффициент продольного изгиба при

Ry=270МПа по табл. 3.10 [1]

Qfic

= 7,15 ×10−6 ×(2330 -

206000

) ×

 

1987,36

= 29,14 кН

 

0,764

 

 

 

 

 

 

l1

 

 

270

 

 

 

 

F = Q

fic

×

 

 

 

= 29,14×

 

98

 

 

= 49, 24 кН

 

4×b

4

×14,5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Qfic

 

×l1

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

M1 =

 

=

29,14 ×98

= 713,93 кН*см.

 

 

 

4

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Планки прикрепляют

к ветвям

 

колонны угловыми швами прочность которых при

kf=tпл=1см, будет меньше прочности планки, поэтому достаточно проверить прочность сварных швов (в расчет учитываем только вертикальные швы)

Определим площадь сечения и момент сопротивления шва.

 

 

 

A

 

= β

 

f

 

× k

f

× d

пл

= 0,9 ×1×18 = 16, 2 см2

 

 

 

 

wf

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

β f

× k f

 

× dпл2

0,9 ×1×182

3

 

 

 

W =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

= 48,6 см

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

wf

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6

 

 

 

 

 

6

 

 

 

Тогда напряжение в шве:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

M1

 

 

 

713,93×10

 

 

 

 

 

 

 

 

 

σ wf

=

 

 

 

=

 

=146,9 МПа

 

 

 

 

 

 

Wwf

48,6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

τwf

=

 

F

 

 

=

49, 24 ×10

= 30,39 МПа

 

 

 

 

 

 

 

Awf

16,2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Равнодействующее напряжение:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

σ

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

равн

σ 2

+τ 2

 

 

 

=

 

146,92 + 30,392

 

=150,01£ R

= 200МПа

 

 

wf

 

wf

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

wf

Для сварки пояса со стенкой принимаем полуавтоматическую сварку (ГОСТ 14771-76*)

вуглекислом газе (ГОСТ 8050-85) проволокой СВ-08ГА (ГОСТ 2246-71*). Rwf = 200МПа - расчетное сопротивление по металлу шва (табл. 4.4 [1]);

Определим момент инерции относительно оси у: Iy1 = 529,6 см4

Iy = 2×(Iy1 + Ab ×(b2)2 ) = 2×(529,6 + 49,53×(302 )2 ) = 23347,7 см4

Вычисляем радиус инерции и гибкость стержня:

iy =

 

Iy

 

=

 

23347,7

=15,35

см.

2

× A

 

2×49,53

 

 

 

 

 

 

λy

=

lefy

=

917,2

= 59,75

 

 

 

iy

15,35

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

41

 

 

 

Рассчитываем приведенную гибкость:

λefy = λy2 + λb2 = 59,752 + 252 = 64,77

ϕ = 0,762 - коэффициент продольного изгиба при Ry=270МПа по табл. 3.10 [1] Проверим устойчивость ветви колонны:

α =

σ x

=

262,6

 

= 0,88 λmax = λefy = 64,77 < λu = 180 - 60 ×α = 130,8

Ry ×γ c

270 ×1,1

 

 

 

2.4.2.2 Расчет базы колонны

Рис. 27 База колонны

Принимаем фундамент из бетона класса C1215.

fck=12 МПа - нормативное сопротивление бетона осевому сжатию (СНБ 503.01-02,

табл.6.1);

gс=1,5 - частный коэффициент безопасности бетона (СНБ 5.03.01-02, стр. 22, п.6.1.2.11);

fcd =

fck

=

 

12

= 8МПа — расчетное сопротивление бетона осевому сжатию;

γ c

1,5

 

 

 

a=1 — коэффициент, учитывающий длительное действие нагрузки (СНБ 503.01-02,

п.6.1.5.4);

Задаемся wu =1,5 - коэффициент, учитывающий повышение прочности бетона при смятии.

fcud = ωu ×α × fcd =1,5 ×1×8 =10,2МПа

Требуемая площадь опорной плиты:

A =

N

=

1987,36 ×10

= 1948,39см2

 

 

пл

fcud

10, 2

 

 

 

Назначаем толщину траверсы tt=10мм; вылет консольной части плиты c=50мм (с рекомендуется назначать в пределах 40 – 50 мм, но не менее 40 мм).

Ширина плиты: Bпл = h + 2×(tt + c) = 34,6 + 2×(1+ 4) = 44,6см

Принимаем Впл = 45см

Требуемая длина плиты: Lпл = Aпл = 1948,39 = 43,3см

Bпл 45

Принимаем Lпл =50см

Получаем плиту с размерами в плане 450х500 мм. Среднее напряжение в бетоне под плитой:

42