3.11.1. Пример расчета опорного ребра главной балки

Исходные данные см. примеры 3.4.1, 3.5.1, и 3.6.1.

Ширину опорного ребра принимаем равной ширине уменьшенного сечения пояса: b_h = b_f1 = 22см. Толщину опорного ребра вычисляем из расчета на смятие, предварительно определив расчетное сопротивление смятию

R_p = R_u = 35 кН/см². t_h = 783.09 / 35·22 = 1,017 см. Принимаем t_h = 1.2 см.

Выступающая часть опорного ребра a_h <1,5t_h = 1,5·1,2 = 1,8 см. Принимаем a_h = 1.5 см.

Устойчивая часть стенки, включающаяся в работу ребра на продольный изгиб

см.

Площадь сечения условной стойки: А = 22·1,2+19,45·1=45,85 см².

Момент инерции опорного ребра относительно оси y-y:

J_y = (1,2·22³)/12+(19,45·1³)/12=1066,42 см⁴.

Радиус инерции: см.

Высота опорного ребра: h_h = 110 + 1,5·1,2 – 2 = 109,8 см.

Гибкость опорного ребра из плоскости балки: _y = 109,8 /4,82 = 22.78.

Коэффициент продольного изгиба  - по табл. 72 [4],  = 0,953.

Проверяем устойчивость опорного ребра по (3.47):

 = 783,09 /0,953·45,85 = 17,92 кН/см²  R_y_c = 23 кН/см² - устойчивость опорного ребра обеспечена.

Проверяем крепление опорного ребра к стенке балки по (3.48). Принимаем автоматическую сварку электродами Э46. Опасным сечением в нашем случае является сечение по зоне сплавления (см. п. 3.8.1.)

R_wz = 16,2 kH/cм²; β_z = 1,15. Принимаем минимально возможный катет шва. По табл. 34^* [4] минимальный катет для наших параметров k_z = 6мм. Расчетная длина шва l_w = 85 k_z β_z = 0,85·0,6·1,15 = 58,65 см. Проверяем прочность: τ = 783,09/2·58,65·0,6·1,15 = 9,675 < R_wz = 16,2. Прочность шва обеспечена с большим запасом.

3.12. Укрупнительные стыки балок

Из соображений удобства доставки с завода изготовителя на монтажную площадку тем или иным видом транспорта главная балка может быть изготовлена в виде двух-трех отправочных элементов, а на монтажной площадке собрана с помощью укрупнительного стыка.

Чтобы получить два одинаковых отправочных элемента укрупнительный стык обычно устраивают в середине пролета.

3.12.1. Конструирование стыка на монтажной сварке

Сварной укрупнительный стык конструируют таким образом, чтобы сжатый пояс и стенка стыковались прямым швом, и растянутый пояс - косым под углом 60⁰ (рис. 3.7). Такой стык при правильном выборе сварочных материалов будет равнопрочным основному сечению балки и может не рассчитываться.

Рис. 3.7. Укрупнительный стык на монтажной сварке

а - разделка кромок и указание последовательности наложения сварных швов; б - вид стыка после сварки

Чтобы уменьшить сварочные напряжения сначала сваривают поперечные стыковые швы стенки - 1 и поясов - 2, имеющие наибольшую поперечную усадку. Оставленные не заваренными на заводе участки поясных швов длиной около 500 мм дают возможность поясным листам несколько вытянуться при усадке швов 2. Последними заваривают угловые швы - 3, имеющие небольшую продольную усадку.

3.12.2. Расчет и конструирование укрупнительного стыка

на высокопрочных болтах

Конструирование стыка заключается в выборе диаметров и материала болтов, размеров накладок поясов и стенки, размещении болтов и назначении способов обработки стыкуемых поверхностей.

Рис. 3.8. Укрупнительный стык на высокопрочных болтах

В таких стыках (рис. 3.8) каждый пояс балки желательно перекрывать тремя накладками с двух сторон, а стенку - двумя вертикальными накладками, площадь сечения которых должна быть не менее площади сечения перекрываемого ими элемента.

Расчет стыка состоит в определении количества болтов в стыке поясов и в проверке прочности стыка стенки по усилию в наиболее нагруженном болте.

Расчетное усилие на один болт, заданной марки, которое может быть воспринято каждойповерхностью трения соединяемых элементов, определяется по формуле:

(3.49)

где R_bh - расчетное сопротивление высокопрочного болта растяжению, определяемое по п. 3.7. [4] по формуле R_bh = 0,7R_bun, где R_bun - наименьшее временное сопротивление болта разрыву, принимаемое по табл. 61^* [4]; - коэффициент трения, табл. 36^* [4]; - коэффициент надежности, табл. 36^* [4]; А_bh - площадь сечения болта нетто, табл. 62^* [4]; _b - коэффициент условий работы соединения, зависит от количества болтов необходимых для восприятия расчетного усилия, принимается равным: 0,8, при n < 5; 0,9 при

5 <n <10; 1,0 при n > 10; k - число поверхностей трения.

Расчет стыка каждого элемента балки ведут раздельно, а изгибающий момент распределяют между поясами и стенкой пропорционально их жесткостям.

Стык поясов.

Каждый пояс балки перекрывают тремя накладками: одной - сечением b_ít_н, где b_í = b_f и t_н = 0,5t_f + 0,2 см, и двумя - шириной b_í = 0,5(b_f - 4) см и толщиной t_н = 0,5t_f + 0,2 см.

Изгибающий момент, воспринимаемый поясами балки

. (3.50)

Расчетное усилие, приходящееся на один пояс

. (3.51)

Количество болтов с одной стороны стыка пояса

. (3.52)

k – число поверхностей трения.

Площадь сечения пояса на краю стыка с учетом ослабления отверстиями под болты в крайнем ряду

, (3.53)

где n_k - число отверстий, попадающих в сечение пояса по крайнему ряду, d₀ – диаметр отверстия.

Согласно СНиП [4], если A_fn  0,85A_f , ослабление поясов можно не учитывать. В противном случае необходимо выполнить проверку прочности по ослабленному сечению по формуле:

(3.54)

Аналогично проверяется ослабление отверстиями накладок.

Площадь сечения накладок в середине стыков с учетом ослабления отверстиями А_n = А_н - 2n₀d₀t_н , где n₀ - число отверстий, попадающих в сечение стыка.

Если А_n  0,85A_f , ослабление накладок можно не учитывать, а при А_n<0,85A_f , проверяется прочность ослабленного сечения по формуле:

. (3.55)

Стык стенки.

Размеры двухсторонних накладок для стыка стенки:

t = 1/2t_w + 0.2, cм; h_н = h_w - 2t_н - 2, см.

Часть изгибающего момента в сечении балки, воспринимаемая стенкой

. (3.56)

Расстояние между двумя крайними рядами болтов: a_max h_н - 4d₀.

В зависимости от принятого количества вертикальных рядов болтов с одной стороны стыка - m, вычисляется коэффициент стыка - .

(3.57)

2 – количество поверхностей трения в стыке стенки.

По  в таблице 3.2 определяют количество горизонтальных рядов болтов - k и размещают болты по высоте накладки в соответствии с требованиями п. 12.19 [4]. Ширину накладки назначают по условиям размещения болтов с учетом требований норм.

Определение количества горизонтальных рядов болтов

Таблица 3.2

k	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15
	1,40	1,55	1,71	1,87	2,04	2,20	2,36	2,52	2,69	2,86

Максимальное горизонтальное усилие от изгибающего момента действует на каждый крайний наиболее нагруженный болт и определяется по формуле:

, (3.58)

где,

Если в сечении кроме изгибающего момента действует поперечная сила, принято считать, что она полностью воспринимается стенкой и равномерно распределяется между болтами. Проверка прочности наиболее нагруженного болта в этом случае выполняется по формуле:

(3.59)

где n- число болтов на полунакладке.