144269 (Проект балочной площадки), страница 2

S_n = A_n·(h₀/2) = 10·84 = 8400 см³.

Сдвигающая сила Т воспринимается двумя швами, тогда минимальная толщина этих швов при длине l_w = 1 см, будет

k_f ≥ QS_n/n·I·(βR_w)·γ_c = T/2·(βR_w)·γ_c = 6000/2·1·1·16200 = 0,185 см,

где (βR_w) – меньшее из произведений коэффициента глубины проплавления (β_f или β_z) на расчетное сопротивление, принимаемое по условному срезу металла на границе сплавления шва (Rwzγwz); при γwt = γwz = = 1 и для автоматической сварки проволокой d = 2 мм марки СВ – 08А (по ГОСТ 2246 – 70*) βf = 0,9 имели

βfRwfγwf = 0,9·180·1 = 162 МПа.

Принимаем конструктивно минимальную толщину шва kf = 7 мм, рекомендуемую при толщине пояса 17 – 22 мм (см. табл. 3.3. с. 62 [II]).

6. Изменение сечения балки по длине

Рисунок 4 – К изменению сечения по длине

Место изменения сечения принимаем на расстоянии ¹/₆ пролета от опоры. Сечение изменяем уменьшением ширины поясов. Разные сечения поясов соединяем сварным швом встык электродами Э42 без применения физических методов контроля.

Определяем расчетный момент и перерезывающую силу в сечении:

x = l/6 = 15,6 = 2,5 м

M₁ = [qx·(l – x)]/2 = [170·2,5·(15 – 2,5)]/2 = 2656 кН·м = 265600 кН·см

Q₁ = q·(l/2 – x) = 170·(15/2 – 2,5) = 850 кН

Определяем требуемый момент сопротивления и момент инерции измененного сечения исходя из прочности сварного стыкового шва, работающего на растяжение:

Определяем требуемый момент инерции поясов (I_ст = 381191 см⁴)

I_n1 = I₁ – I_ст = 1154725 – 381191 = 773534 см⁴

Требуемая площадь сечения поясов

A_n1 = 2I_n1/h₀₁ = 2·773534/168² = 54,8 см²

Принимаем пояс 280×20 мм, A_n1 = 56 см²

Принимаемый пояс удовлетворяет рекомендациям

b_n1 > 18 см, b_n1 >170/10 = 17 cм

Определяем момент инерции и момент сопротивления уменьшенного сечения:

I₁ = I_ст + 2b₁t_n·(h₀/2)² = 381191 + 2·28·2·(168/2)² = 1171463 cм⁴

W₁ = 2I₁/h = 2·1171463/170 = 13782 cм³

σ_max = M₁/W₁ = 265600/13782 = 19,3 кН/см² < R^св = 0,85·23 = 19,55 кН/см²

7. Проверка общей и местной устойчивости элементов главной балки

1) Проверка прочности балки.

Проверяем максимальные нормальные напряжения в поясах в середине балки:

σ = M_max/C₁W = 478100/1,1 = 20,6 кН/см² < R = 23 кН/см²

Проверяем максимальное касательное напряжение в стенке на опоре балки:

Проверяем местные напряжения в стенке под балкой настила

σ_m = F/t_ст·l_м =128,88/1·17,5 = 7,36 кН/см² < R,

где F = 2·21,48·6/2 = 128,88 кН – опорные реакции балок настила

l_м = b + 2t_n = 13,5 + 2·2 = 17,5 см – длина передачи нагрузки на стенку банки.

Проверяем приведенные напряжения в месте изменения сечения балки (где они будут максимальны):

где

Проверки показали, что прочность балки обеспечена.

2) Проверяем общую устойчивость балки в месте действия максимальных нормальных напряжений, принимая за расчетный пролет l₀ – расстояние между балками настила в середине пролета балки, где учтены пластические деформации:

и

где , так как τ = 0 и С₁ = С

В месте уменьшенного сечения балки (балка работает упруго и δ = 1)

Проверки показали, что общая устойчивость балки обеспечена.

3) Проверка прогиба не производится, так как h = 170 > 50 см = h_min

Рисунок 5 – Схема монтажного стыка главной балки

8. Расстановка ребер жесткости

Определяем необходимость постановки ребер жесткости:

λ_ст = 2,2 – при действии местной нагрузки на пояс балки.

Вертикальные ребра жесткости необходимы. Кроме того, в зоне учета пластических деформаций необходима постановка ребер жесткости под каждой балкой настила, т. к. местные напряжения в стенке в этой зоне не допустимы. Определяем длину зоны использования пластических деформаций в стенке по формуле:

Определяем средние значения М и Q на расстоянии х = 157,9 см. от опоры под балкой настила

M₂ = [qx·(l – x)]/2 = [170·1,579 (15 – 1,579)]/2 = 1801 кН·м = 180100 кН·см

Q = q·(l/2 – x) = 170·(15/2 – 1,579) = 1006,5 кН

Определяем действующие напряжения:

где W = 20787 см³ из определения высоты и размеров главной балки.

σ_м = 7,36 кН/см² (из расчета балки на устойчивость)

Определяем критические напряжения:

где h₀ = h_cт, λ_усл = λ_ст = 4,9

R_ср = 13,5 кН/см²

Размеры отсека a₁/h₀ = M = 0,95 и δ_м/σ = 7,36/8,46 = 0,86

По таблице 7.6. (с. 158 [I]) при δ = 1,9; a/h₀ = 0,9 предельное значение σ_м/σ = 0,109

Расчетное значение σ_м/σ = 0,86 > 0,109

σ_кр определяем по формуле:

где с_кр = 33,1 по табл. 7.4 (с. 155 [I]) при δ = 1,9

Определяем σ_мкр

где

с₁ = 11 по табл. 7.5 (с. 156 [I]) при δ = 1,9

a₁/2h_ст = 157,9/2·166 = 0,47

Подставляем все значения в формулу

Устойчивость стенки обеспечена и постановка ребер жесткости на расстоянии а₁ = 157,9 см возможна.

Определяем размеры ребер жесткости ширина b_p = h_ст/30+40 = 1660/30 + 40 = 95 мм

Примем b_p = 120 мм

толщина

Примем t_p = 7 мм

9. Расчет монтажного стыка главной балки

Рисунок 6 – Схема опорной части главной балки

Стык делаем в середине пролета балки, где М = 4781 кН·м и Q = 0.

Стык осуществляем высокопрочными болтами d = 20 мм из стали «селект», имеющий по таблице 6.2 ; обработка поверхности газопламенная. Несущая способность болта, имеющего две плоскости трения:

где

γ_б = 0,85:

т. к. разница в номинальных диаметрах отверстия и болта больше 1 мм;

М = 0,42 и γ_н = 1,02;

Принимая способность регулирования натяжения болта по углу закручивания, k = 2 – две плоскости трения.

Стык поясов. Каждый пояс балки перекрываем тремя накладками сечениями 500×12 мм и 2×220×12 мм, общей площадью сечения

A_n = 1,2·(50 + 2·22) = 112,8 см² > A_n = 100 см²

Усилие в поясе определяем по формуле:

M_n = MI_n/I = 4781·1385704/1792391 = 3696 кН·м

N_n = M_n/h₀ = 3696/1,68 = 2200 кН

где I, I_n, h₀ – из расчета главной балки

Количество болтов для прикрепления накладок рассчитываем по формуле:

n = N_n/Q^ВБ = 2200/132 = 16,6

Принимаем 16 болтов.

Стык стенки. Стенку перекрываем двумя вертикальными накладками сечением 320×1560×8 мм.

Определяем момент, действующий на стенку

М_ст = MI_ст/I = 4781·381191/1792391 = 1016 кН·м

Принимаем расстояние между крайними по высоте рядами болтов:

a_max = 1660·2·80 = 1500

Находим коэффициент стыка

= M_ст/ma_maxQ^ВБ = 101600/2·150·132 = 2,56

Из таблицы 7.8 (с. 166 [I]) находим количество рядов болтов по вертикали k.

при = 2,56 k = 13

Принимаем 13 рядов с шагом 125 мм.

Проверяем стык стенки по формуле:

Проверяем ослабление нижнего растянутого пояса

А_п.нт = 2,0·(50 – 2·5,785) = 86,86 см² > 0,85 А_n = 0,85·100 = 85 см²

Ослабление пояса можно не учитывать.

Проверяем ослабление накладок в середине стыка четырьмя отверстиями

= 112,8 – 4·2·1,2·5,785 = 57,2 см² < 0,85A_n = 85 см².

Принимаем накладки толщиной 18 мм

= 1,8·(50+2·22) – 4,2·1,8·5,785=85,9 cм² >0,85A_n = 85 см²

10. Расчет опорной части главной балки

Опорная реакция балки F = 1275 кН

Определяем площадь смятия торца ребра

где R_см.т. = 35,5 кН/см² = 355 МПа (прил. 4 [I]).

Принимаем ребро 280×14 мм,

А_р = 28·1,4 = 39,2 см² >35,9 см². Проверяем опорную стойку балки на устойчивость относительно оси Z. Ширина участка стенки, включенной в работу опорной стойки:

А_ст = А_Р + t_cт·b_ст = 39,2 + 1·19,45 = 58,65 см²

I_z = 1,4·28³/12 + 19,45·1³/12 = 2562 cм⁴

λ = h_ст/iz = 166/6,6 = 25,1 по приложению 7 (I) φ = 0,947

Рассчитываем прикрепление опорного ребра к стенке балки двусторонними швами полуавтоматической сваркой проволокой С_В – 08Г₂. Предварительно находим параметры сварных швов и определяем минимальное значение β . По таблице 5.1 (I) принимаем = 215 МПа = 21,5 кН/см²; по прилож. 4 (I) – =165 МПа = 16б5 кН/см², по табл. 5.4. (I)

β_ш = 0,9; β_с = 1,05

β_ш· = 0,9·21,5 = 19,3 кН/см² > β_c· = 1,05·16,5 = 17,32 кН/см²

Определяем катет сварных швов по формуле:

Принимаем швов k_м = 7 мм.

Проверяем длину рабочей части шва:

l_м = 85·β_с·k_м = 85·1,05·0,7 = 62,5 см < h_cт = 166 см

Ребро привариваем к стенке по всей высоте сплошными швами.

11. Подбор и компоновка сечения сквозной колонны

Постоянная нагрузка от собственного веса колонны – 1,5 кПа. Расчетное усилие в стержне колонны:

N = 1,01·(n_p·p + n_g·g) ·A·B = 1,01·(1,2·22 + 1,05·1,5) ·15·6 = 2540 кН

Длина колонны: l₀ = 11 – 0,01 – 0,3 – 1,72 = 8,97 м

Зададимся гибкостью λ = 60 и находим φ = 0,785 (по прил 7 [1]), площадь сечения

A_тр = N/(φ·R) =2540/0,785·28 = 115,5 см²,

где R = 28 кН/м² – расчетное сопротивление для стали марки В_ст 3nc6 – 2 радиус инерции:

i_mp = l₀/λ = 897/60 = 14,95

По сортаменту ГОСТ 8240 – 72* принимаем два швеллера 40 со значениями А = 2·61,5 = 123 см³; i_x = 15,7 см.

Рассчитываем гибкость относительно оси х

λ_х = 897/15,7 = 57; φ_х = 0,800 (прил. 7)

Проверяем устойчивость относительно оси х

σ = N/φA = 2540/0,8·123 = 25,8 кН/м² < R = 28 кН/см²

Рисунок 7 – Сечение сквозной колонны