2.8. Проектирование укрупнительного стыка главной балки

Укрупнительный стык устраивается обычно в середине пролета балки, что позволяет получить два одинаковых отправочных элемента. Стык проектируется сварным (рис.14), либо на высокопрочных болтах (рис.15).

2.8.1. Сварной стык

Вариант сварного укрупнительного стыка требует следующих конструктивных и технологических мероприятий:

1. Сжатый пояс и стенку соединяют прямым швом встык, а растянутый пояс – косым швом (тангенс угла наклона линии стыка к оси пояса равен 2), так как на монтажной площадке физические способы контроля затруднены. Такой стык равнопрочен основному сечению балки и может не рассчитываться.

2. Участки поясных швов длиной по 500…700 мм от стыка оставляют на заводе не заваренными.

3. Сварку стыка следует производить в последовательности, указанной цифрами на рис.14 (во избежание больших сварочных напряжений).

4. Следует предусмотреть разделку кромок свариваемых деталей и зазоры в стыке.

Рис. 14. Сварной стык главной балки

2.8.2 Стык на высокопрочных болтах

Конструирование стыка на высокопрочных болтах заключается в выборе диаметра и материала болтов, размеров накладок поясов и стенки, способа обработки поверхностей, в размещении болтов.

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

При выборе диаметра болтов следует учитывать, что наиболее применимые диаметры высокопрочных болтов – 16, 20 и 24мм. Стык поясов перекрывают тремя накладками с двух сторон из стали, что и сталь ГБ, при этом суммарная площадь накладок должна быть не менее площади пояса А_f. Стык стенки перекрывают парными накладками из листа t=t_W.

Пример. Требуется рассчитать стык сварной балки на высокопрочных болтах. Стык делаем в середине пролета балки, где М=10000 кНм. Конструкция стыка представлена на рис.15. Размеры и характеристики сечения балки в середине пролета:

h=1956мм; h_w=1900мм; t_w=12мм; b_f=450мм; t_f=28мм; h_f=1928мм; А_f=126см²; I_x=3028000см⁴; I_w=685900см⁴. Материал балки – сталь С375.

Принимаем болты диаметром 24мм из стали 40Х «Селект», отверстия диаметром 27мм;

R_bun=1100МПа (табл. П.5); площадь сечения болта по нарезке А_bn=3,52см² (табл. П.7). Способ обработки поверхности выбираем газопламенный, способ регулирования натяжения болтов – по углу поворота гайки  (табл. П.6). Тогда коэффициент трения =0,42; коэффициент надежности _h=1,02.

Расчетное усилие на один болт, которое может быть воспринято каждой поверхностью трения соединяемых элементов, определяется по формуле

Q_bh=R_bh_bA_bn/_h,

где R_bh=0,7R_bun – расчетное сопротивление высокопрочного болта; _b– коэффициент условий работы, зависящий от количества болтов n:

0,8 при n<5;

_b= 0,9 при 5n<10;

1,0 при n10.

Принимаем _b=1, тогда Q_bh=0,7x110x3,52x0,42/1,02=111,2кН.

Рис. 15. Укрупнительный стык на высокопрочных болтах

Стык поясов перекрываем накладками из стали С375 сечением 450х16мм с наружной и 200х16мм с внутренней сторон поясов. Имеем А_н=45х1,6+2х20х1,6=136см² > A_f =126см².

Расчетное усилие на стык поясов можно определить по формуле

N_f=R_YA_f=32,5x126=4095кН.

Количество болтов с одной стороны от стыка определяется по формуле n=N_f/(kQ_bh)=4095/(2x111,2)=18,4, где к=2 – количество поверхностей трения в стыке. Принимаем n=20 и расставляем болты в соответствии с требованиями табл.П.8 (расстояния принимаем кратными 10мм).

Стык стенки перекрываем парными накладками из листа t=t_w=12мм. Болты ставим в двух вертикальных рядах с каждой стороны стыка на расстояниях в ряду а=130мм (максимально допустимое а=12t=144мм). Число болтов в ряду 14 штук. Расстояние между крайними рядами в вертикальном ряду h_max=13х130=1690мм.

Момент, приходящийся на стенку, M_w=M_maxI_w/I_x= 10000x685900/3028000=2265кНм.

Наибольшее усилие на один болт, которое будет передаваться одной поверхностью трения, определится по формуле

N_max=M_wh_max/(kmh_i²), где m – количество вертикальных рядов болтов с одной стороны стыка; h_i – расстояния между парами симметрично расположенных болтов (рис.15).

Имеем h_i²=0,13²+0,39²+0,65²+0,91²+1,17²+1,43²+1,69²=7,69м².

Проверка прочности: N_max=2265x1,69/(2x2x7,69) =124,4кН >Q_bh . Условие прочности стыка не выполняется.

Принимаем а=120мм (число болтов в ряду – 16 штук). Тогда h_max=15x120=1800мм, h_i²=0,12²+0,36²+0,6²+0,84²+1,08²+1,32²+1,56²+1,8² =9,79м². N_max=2265x1,8/(2x2x9,79)=104,1кН<Q_bh=111,2кН.

Условие прочности выполнено.