Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
2. Расчет и конструирование главной балки
2.1 Подбор и проверка сечения главной балки
Рисунок. 8 – Расчётная схема главной балки.
Сбор нагрузок на главную балку.
Балку проектируем переменного по длине сечения и рассчитываем без учёта развития пластических деформаций. Главная балка воспринимает нагрузку от балок настила, расположенных с шагом 1000 мм. При таком частом расположении этих балок можно считать, что главная балка нагружена равномерно распределённой нагрузкой.
Вес настила и балок настила:
где: - собственный вес настила, =78,50,01=0,785 кН/м2 ;
- линейная плотность балок настила, кН/м ;
- шаг балок настила, .
Вес главной балки принимаем в пределах (1..2)% от нагрузки на балку
где: В - шаг колон в поперечном направлении.
Нормативная нагрузка на балку
Расчетная нагрузка на балку
Компоновка сечения главной балки.
Вычисляем максимальный расчетный изгибающий момент в середине пролета и поперечную силу на опоре
Требуемый момент сопротивления сечения балки в упругой стадии работы
Где =345 MПa – расчетное сопротивление стали С375 для листового проката по ГОСТ 27772-88 при толщине от 10 до 20 мм (т.2.3[1]).
Рисунок. 9 – Сечение главной балки.
Определяем ориентировочную высоту главной балки
При расчете по эмпирической формуле толщина стенки составляет
Толщина стенки из условий среза:
Где - расчетное сопротивление материала стенки срезу
=0,58=0,58345=200,1 МПа
Толщина стенки из условий местной устойчивости:
Принимаем стенку толщиной tw=12мм по ГОСТ 82-70* (т. 7.14[1]).
Определяем оптимальную высоту балки при tw=12мм:
где к=1,1 –коэффициент, зависящий от соотношения конструктивных коэффициентов поясов и стенки балки, принимаемый равным 1,10-1,15
Минимальная высота балки
где (т. 1.5[1]);
Ry = 345 МПа – расчетное сопротивление стали С375 для листового проката по ГОСТ 27772-88 при толщине св. 10 до 20мм (т. 2.3[1]).
Принимаем высоту балки h=1600 мм.
Принимаем толщину полки tf =20 мм (т. 7.14[1]), тогда высота стенки
Высота по осям посов
Требуемый момент инерции сечения балки
Момент инерции стенки балки
Момент инерции полки
Определяем требуемую площадь полки
Определяем требуемую ширину полки
Ширина полки принимается в пределах , но не менее 180 мм.
Принимаем bf =400мм из универсальной широкополосной стали по ГОСТ 82-70* (т. 7.14[1]).
Из условия свариваемости отношение толщины полки к толщине стенки не должно превышать 3:
.
Проверяем принятую ширину (свес) поясов , исходя из обеспечения их местной устойчивости:
Уточняем нагрузку на балку с учетом собственного веса главной балки.
м2
кН/м
Нормативная нагрузка на балку
Расчетная нагрузка на балку
Максимальный расчетный изгибающий момент в середине пролета
Максимальная поперечная сила на опоре
Проверяем толщину стенки балки из условия среза
Проверяем условие, при соблюдении которого не требуется постановка продольных ребер в стенке
Определяем расчетные геометрические характеристики сечения.
Момент инерции сечения балки
Момент сопротивления сечения балки
Прочность балки по нормальным напряжениям.
Недонапряжение:
Жесткость главной балки.
В соответствии с (т. 1.5[1]) допустимый относительный прогиб при =16 м составит:
Жесткость главной балки обеспечена, т.к.
2.2 Изменение и проверка сечения главной балки.
Изменение сечения поясов производим на расстоянии от опор, при этом изменение сечения не должно попасть на балку настила (рис. 10). Сечение поясов изменяем путем изменения ширины пояса, т.к. при этом не изменяется высота балки и верхний пояс остается гладким, что удобно при поэтажном опирании балок.
Рисунок. 10 – Расчётная схема главной балки.
Находим усилия в измененном сечении:
Расчетное сопротивление растяжению прямого стыкового сварного шва по пределу текучести с визуальным контролем качества шва:
где Ry = 345 МПа – расчётное сопротивление стали С375 для листового, широкополосного проката по ГОСТ 27772-88 при толщине св. 10 до 20мм (т. 2.3[1]).
Определяемый требуемый момент сопротивления изменённого сечения при упругой работе:
Требуемый момент инерции балки в сечении 1–1:
Момент инерции стенки балки:
Момент инерции полки:
Площадь измененного сечения полки:
Тогда ширина полки:
Согласно (т. 7.14[1]) по ГОСТ 82-70* ширину полки в измененном сечении принимаем b1f = 21 см:
Находим геометрические характеристики измененного сечения.
Момент инерции:
Момент сопротивления:
Статический момент:
Прочность в уменьшенном сечении балки.
Проверяем прочность по нормальным напряжениям в сварном стыковом шве:
Проверяем прочность балки по касательным напряжениям у опоры балки:
Проверяем приведенные напряжения на границе стенки в месте изменения сечения при loc = 0:
Находим приведенные напряжения:
Где:
Таким образом, получим:
Рисунок. 11 – Схема изменения сечения главной балки.
Рисунок. 12 – Схема локальных напряжений в главной балке.
Определяем локальные напряжения в стенке балки:
где: qбн – Расчётная нагрузка на балку настила.
Проверяем приведенные напряжения под балкой настила на расстоянии от оси колонны. Находим внутренние усилия и напряжения в балке при новом значении :
Находим приведенные напряжения:
Прочность балки в месте изменения сечения обеспечена.
Проверка общей устойчивости главной балки не требуется, так как она закреплена балками настила через lef =1,0м и выполняется следующее условие:
2.3 Проверка местной устойчивости элементов балки.
2.3.1 Проверка местной устойчивости полки
Местная устойчивость полки обеспечена, так как выполняется условие:
где: bef – свес полки,
2.3.2 Проверка местной устойчивости стенки
Рисунок. 13 – Схема расстановки рёбер жёсткости в главной балке.
Условная гибкость стенки:
где: hef = hw = 156см
При поэтажном сопряжении балок (loc ≠ 0) и необходима проверка местной устойчивости стенки. Так как напряжения в стенке , то поперечные ребра жесткости в местах опирания балок настила можно не ставить.
Принимаем шаг ребер жесткости ( ) :
– a = 240 см в средних отсеках;
– a = 200 см в крайних.
а) Первый отсек
Так как а > hef = 156 см, то проверку местной устойчивости следует вести при средних значениях М1 и Q1, вычисленных для более напряжённого участка длиной hef, т. е. в сечении, расположенном на расстоянии от первого поперечного ребра. Ширина полки балки настила №33 bf =140 мм и в этом сечении loc = 0. Более опасным для стенки является сечение, где приложена местная нагрузка, т.е. на расстоянии x1 = 150 см от опоры.
В сечении 1-1 действуют:
Находим сжимающие напряжения у верхней границы стенки:
Средние касательные напряжения в стенке:
Местные напряжения в стенке
Находим коэффициент :
Соотношение – предельного значения согласно (т. 3.17[1]), поэтому критические нормальные напряжения определим по формуле:
где: С2 =48,2 коэффициент, при по т. 3.18[1].
Критические местные напряжения:
где: С1 = 24,1 коэффициент по (т. 3.15[1]) при =0,5.
Критические касательные напряжения:
где:
Проверяем устойчивость стенки:
Устойчивость стенки в первом отсеке обеспечена.
б) Средний отсек (X2 = 7,5м)
Находим нормальные напряжения в отсеке:
Находим коэффициент :
При и , предельного значения согласно (т. 3.17[1]), поэтому критические нормальные напряжения определим по формуле:
где: Сcr = 31,125 коэффициент, при по т. 3.14[1].
Критические местные напряжения
где: С1 =14,44 коэффициент при и (т. 3.15[1]).
Проверяем устойчивость стенки в среднем отсеке.
Критические касательные напряжения:
Местная устойчивость среднего отсека обеспечена.
Назначаем размеры двухсторонних ребер жесткости:
Принимаем рёбра шириной
Находим толщину ребра:
В соответствии с (т. 7.14[1]) толщину ребра принимаем
Назначаем сечение ребра
Поперечные ребра жесткости привариваем сплошным швом полуавтоматической сваркой в углекислом газе проволокой СВ-08Г2С .
Рисунок. 14 – Двусторонние рёбра жёсткости.
2.4 Расчет соединения пояса со стенкой балки.
Для сварки пояса со стенкой принимаем полуавтоматическую сварку в углекислом газе проволокой СВ-08Г2С .
расчетное сопротивление по металлу шва;
нормативное временное сопротивление стали С375(т. 2.3[1]);
расчетное сопротивление шва по металлу границы сплавления.
Угловой шов поясов к стенке рассчитываем по металлу шва, так как
,
где: f и z –коэффициенты глубины проплавления шва (т. 4.2 [1]). При полуавтоматическую сварку в углекислом газе проволокой СВ-08Г2С: f = 0,7 и z = 1,0 (т. 4.2 [1]);
– коэффициенты условий работы сварного шва;
Определяем катет сварного шва на участке с изменением сечения пояса:
– длина шва;
– коэффициент условий работы (т. 2.1 [1]);
Принимаем Kf = 7 мм в соответствии с (т. 4.5[1]).
2.5 Расчет опорного ребра главной балки.
Ребро нагружено опорной реакцией Q = 1461,8 кН.
Расчётное сопротивление смятию торцевой поверхности:
где: нормативное временное сопротивление стали С375(т. 2.3[1]);
коэффициент надежности по нагрузке (т. 1.6[2]).
Определяем площадь опорного ребра:
;
Задаемся шириной ребра bp = bf1 = 21 см;
(т. 7.14 [1]);
Принимаем сечение ребра ; ;
Проверяем опорную стойку на устойчивость:
Гибкость опорного ребра
(т. 3.10[1]);
Торец ребра, опирающийся на опорный столик, должен быть пристроган.
Определим катет сварного шва, прикрепляющего опорное ребро к стенке балки.
где: nw количество швов, прикрепляющих ребро к стенке.
Принимаем катет шва Kf = 10 мм.
Рисунок. 15 – Расчёт опорной части главной балки.
2.6 Расчет укрупнительного стыка балки.
Стык делаем в середине пролета балки, где М=5847,2 кНм и Q=0.
Стык полки осуществляем высокопрочными болтами d = 24мм из стали 40X «Селект». нормативное временное сопротивление материала болтов из сталей. Обработка поверхностей газопламенная.
Несущая способность болта:
площадь болта нетто (т. 5.5 [1]);
коэффициент условий работы болтового соединения (т. 5.3 [1]);
коэффициент надежности (т. 5.9 [1]);
коэффициент трения (т. 5.9 [1]);
=2 число плоскостей трения.
Каждый пояс балки перекрываем 3-мя накладками: и общей площадью сечения:
Усилие в поясе:
Количество болтов для прикрепления накладок:
Принимаем количество болтов: n = 14.
Стык стенки осуществляем высокопрочными болтами d = 24мм из стали 40X «Селект». нормативное временное сопротивление материала болтов из сталей. Обработка поверхностей газопламенная.
Несущая способность болта:
площадь болта нетто (т. 5.5 [1]);
коэффициент условий работы болтового соединения (т. 5.3 [1]);
коэффициент надежности (т. 5.9 [1]);
коэффициент трения (т. 5.9 [1]);
=2 число плоскостей трения.
Стенку перекрываем двумя вертикальными накладками сечением длиной 1500 мм;
Момент, действующий на стенку:
Принимаем расстояние между крайними по высоте рядами болтов:
Коэффициент стыка :
По (т. 2.12[1]) принимаем количество рядов болтов по вертикали с .
Окончательно принимаем: 16 рядов по высоте балки с шагом 90 мм.
Проверяем стык стенки по формуле:
Проверяем ослабление нижнего растянутого пояса отверстиями под болты d0 =27мм.
Пояс ослаблен 4-мя болтами на краю стыка
условие не выполняется, следовательно, выполняем проверку с учетом ослабления пояса отверстиями:
Проверяем ослабление накладок в середине стыка двумя отверстиями:
Ослабление накладок можно не учитывать.
Рисунок. 16 – Укрупнительный стык главной балки.