Материал: Расчет и конструирование элементов балочной клетки

=1710

 - коэффициенты глубины проплавления шва, принимаемые соответственно 0,9 и1,05 для полуавтоматической сварки;

Определяем катет сварных швов

Принимаем катет сварных швов =6 мм что соответствует

Проверка длины расчётной части шва не требуется.

Расчёт поясных швов

Соединение поясных листов ГБ со стенкой осуществляется поясными швами. Расчёт соединений ведётся на силу сдвига пояса относительно стенки. В сварных балках сдвигающая сила Т, приходящаяся на 1 см длины балки, определяется через касательные напряжения:

Где:  - статический момент пояса относительно нейтральной оси сечения балки.

В случае неподвижной нагрузки двусторонние угловые швы, соединяющие стенки и пояса составных двутавровых балок, рассчитываются по формулам:

Где: Т-сила, сдвигающая пояс балки относительно стенки;  - высота катета шва, необходимая для восприятия сдвигового усилия.

Высота катета шва из условия прочности металла шва:

=

Высота катета шва из условия прочности металла границы сплавления

=

Высота катета шва из конструктивных требований определяется по т 38 СНиП. Минимальная высота катета шва при толщине наиболее толстого из сварных элементов t=20 мм для таврового сечения с двусторонним угловыми швами при ручной автоматической и полуавтоматической сварке для стали с пределом текучести до 430 МПа равна =6 мм. Окончательно высота катета шва, соединяющего пояса и стенку главной балки, назначается =6 мм.

8. Конструирование и расчёт монтажного стыка

Монтажный стык ГБ устраивается в одном из средних отсеков на расстоянии 5,5 м от опоры.

Изгибающий момент, воспринимаемый стенкой

Где: - изгибающий момент, воспринимаемый всем поперечным сечением ГБ (принимается максимальное значение усилия, поскольку стык выполняется в середине пролёта балки);  - фактический момент инерции стенки ГБ;  - фактический момент инерции всего сечения ГБ.

Усилие воспринимаемое поясом ГБ:

Где:  - расстояние меду осями поясных листов, яалящеесяя плечом изгибающего момента.

Монтажный стык ГБ рассчитывается в двух вариантах: сварной стык и стык на высокопрочных болтах.

Поскольку при монтаже автоматическая сварка и повышенные способы контроля затруднены, пояса свариваются косым швом, угол наклона оси шва к оси пояса φ=45°

Условие прочности

Где -расчётное сопротивление по пределу текучести стыкового шва;  - расчётное сопротивление сварного соединения сдвигу,

Т.е. прочность сварного монтажного стыка пояса ГБ обеспечена.

Косой сварной шов не рекомендуется к применению но угол больший чем 45 не обеспечивает выполнение условия прочности.

9. Болтовой стык пояса

В последнее время монтажные стыки, чтобы избежать сварки на монтаже, выполняют на высокопрочных болтах. В таких стыках стенка балки и пояса перекрываются накладками, а площадь сечения нетто А_п элемента, ослабленного отверстиями, в расчете принимается равной площади сечения брутто А, если А_п > 0,85А. Если А_п < 0,85А, тогда А=1,18А_п.

Рассмотрим расчет стыка балки на высокопрочных болтах для того же сечения на расстоянии 6,3 м от опоры.

Стык поясов перекрываем тремя накладками - одной сверху сечением 221,2 см и двумя снизу сечением 131,2 см, в качестве болтов используются высокопрочные болты d= 20 мм из стали марки 30Х2НМФА по ГОСТ 22356-77*, перед постановкой накладок поверхности соединяемых элементов обрабатываются пескоструйным аппаратом.

Расчетное усилие, которое может быть воспринято каждой поверхностью трения соединяемых элементов, стянутых одним высокопрочным болтом, следует определять по формуле:

где:  - расчетное сопротивление растяжению высокопрочного болта, определяемое по формуле (3) СНиП в зависимости от наименьшего сопротивления болта разрыву (наименьшее временное сопротивление болта разрыву, принимаемое по т 61 СНиП);  - коэффициент условий работы соединения, зависящий от количества болтов, необходимых для восприятия расчетного усилия;  - площадь сечения болта нетто;  и  - соответственно коэффициент трения и коэффициент надежности.

 кгс/см² - для марки стали болта 30Х2НМФА;  = 0,9 - для 5 < п < 10;

 = 2,45 см² - для болта d = 20 мм;  = 0,58;  = 1,02 - при статической нагрузке и разности номинальных диаметров отверстий и болтов d= 1-4 мм.

Количество высокопрочных болтов в соединении при действии продольной силы следует определять по формуле:

где: к - количество поверхностей трения соединяемых элементов (в случае соединения одним болтом трех листов к = 2).

Принимается 8 болтов d= 20 мм. Устанавливаемых в отверстия d= 22 мм. Указанное количество болтов устанавливается по каждую сторону от центра стыка. В соответствии с табл. 39 СНиП.

Зная диаметры отверстий под болты, можно определить фактическую площадь отверстия:

Где  - количество болтов в одном сечении полки.

,15А=12

,6 > 12

Значит необходимо провести расчёт на прочность сечения нетто с учётом того, что половина усилия уже передана силами трения:

-17,6=62,4 см⁴

1141.487 < 3350

Т.е. прочность сечения ГБ ослабленного отверстиями под болт, будет обеспечена.

10. Болтовой стык стенки

Прочность ГБ не будет нарушена, если площадь отверстий под болты в стенке не превысит следующего значения:

Для расчёта принимается следующее соединение. Стык стенки перекрывается двумя накладками с дух сторон сечением 123 см, в качестве болтов используются высокопрочные болты d= 20 мм из стали марки 30X2HМФА по ГОСТ 22356-77*, устанавливаемые с шагом 15 см.

Изгибающий момент, приходящийся на стенку, уравновешивается суммой внутренних пар усилий, действующих на болты, расположенные на стыковой полунакладке симметрично относительно нейтральной оси балки:

Где m - число вертикальных рядов болтов в одной полунакладке; -плечо пар усилий в равноудалённых от нейтральной оси болтах.

Все усилия  можно выразить через  из подобия преугольников.

Поскольку = и = расчёт монтажного стыка стенки ГБ моно свести к следующей формуле:

Где:  - коэфициент уловной работы соединения при n≥10 =1 (т 35* СНиП), =2,45 d= 20 мм;  - коэффициент трения (т 36* СНиП) =0,58 дробемётный или дробеструйный двух поверхностей с консервацией,  - коэффициент надёжности (т 36* СНиП) при =1,02 при статической нагрузке и разности номинальных диаметров отерстий и болтов от 1 до 4 (у нас 2). - расчётное сопротивление растяжению высокопрочного болта

В случае соединения одним болтом трёх листов каждый болт имеет де поверхности трения, поэтому усилие, которое может быть воспринято одним болтом, равно

Т.е. несущая способность одного болта больше усилия, которое необходимо воспринять болтом крайнего ряда (максимальное усилие возникающее монтажном стыке стенки).

Зная диаметр отверстий под болты, можно определить фактическую площадь отверстий и сравнить её с допустимой:

Где  - количество болтов в одном сечении стенки;

Т.е. прочность сечения ГБ, ослабленного отверстиями под болты, будет обеспечена.

11. Уточнение собственного веса ГБ

Для того, что бы последствии правильно собрать нагрузки на колонну при её статическом расчёте, необходимо уточнить нагрузку от собственного веса ГБ, принятую ориентировочно при статическом расчёте ГБ.

Главная балка балочной клетки, двух полок различной ширины в пролёте и в участках, пяти основных поперечных рёбер жёсткости с каждой стороны балки и двух опорных рёбер.

Собственный вес стенки:

Собственный вес полок:

Собственный вес рёбер жесткости:

Собственный вес опорных рёбер:

Собственный вес ГБ:

12. Конструирование и расчёт колонны

Сбор нагрузок и статический расчёт

Для расчёта принимаем колонну К-4, как максимально нагруженная.

Нагрузка, действующая на колонну, складывается из нагрузки, передаваемой главной балкой, и собственного веса колонны.

Где  - фактическая линейная плотность ГБ.

Собственный вес 1 п.м. колонны ориентировочно принимается равным 0,4 - 0,8 кН/м

Высота колонны: м

Вес колонны:

Продольная сила, возникающая в сечениях максимально нагруженной колонны равна: