Балочная клетка

    

    

Рисунок 2.4 – Изменение сечения поясов главной балки

    Определяем  требуемый момент сопротивления  и момент инерции изменённого  сечения:

    Вычисляем требуемый момент инерции поясов и требуемую площадь сечения  поясов:

     

    Отсюда  можно посчитать ширину полки  двутавра:

    Принимаем .

    Принятые  размеры пояса должны удовлетворять следующим конструктивным требованиям:

    

    

    Окончательно  принимаем  .

    Принимаем пояса из листа 380 х 50 мм.

    Геометрические характеристики измененного сечения:

    

    

    

    

    Проверяем нормальные напряжения в сварном  шве:

    

    

    Проверяем приведенные напряжения по границе  стенки в месте изменения сечения при

    где

    

    Проверка:

    

    Проверим  прочность балки по касательным  напряжениям:

          (2.12)

    

3. Проверка  прочности и прогиба  балки

    Фактический момент инерции и момент сопротивления  балки

     ;    (2.13)

    

;

     ;     (2.14)

    

;

    

;

    Определим массу 1 м.п. главной балки:

    

    Вычислим  расчетную нагрузку на главную балку:

        (2.15)

    

    Нормативная нагрузка на главную балку будет  равна:

         (2.16)

    

;

    Рассчитаем  максимальный изгибающий момент и максимальную поперечную силу:

    

    

    Нормальные  напряжения

     ;    (2.17)

    Перенапряжение  не допускается, а недонапряжение не должно превышать 5 %.

    

;

    

;

    Величина  недонапряжения является допустимой.

    Прочность балки по касательным напряжениям:

     ;    (2.18)

    

;

    Проверки  прочности для балки выполняются.

    Проверку  жёсткости балки выполним по следующей  формуле:

          (2.19)

    где – предельный прогиб, устанавливаемый нормами, для главных балок равен .

    

    

;

    Величина  относительного прогиба на превышает 5 %, что является допустимым. Следовательно, проверка жёсткости для балки выполняется.

4. Проверка  и обеспечение  общей устойчивости балки

    Проверки  общей устойчивости балок не требуется, если на балку передаётся статическая  равномерно распределённая нагрузка от жёсткого настила, который опирается  на верхний сжатый пояс и жёстко с ним связан, или если отношение расчётной длины балки к ширине сжатого пояса не превышает значений, определяемых по следующей формуле:

    

;

    где – толщина сжатого пояса.

    

    В месте уменьшенного сечения балки

    

    Таким образом, общая устойчивость балки обеспечена.

5. Проверка  и обеспечение  местной устойчивости элементов балки

    В балке потерять устойчивость может  сжатый пояс от действия нормальных напряжений и стенка от действия касательных  или нормальных напряжений, а также  от их совместного действия.

    Устойчивость  сжатого пояса.

    Из  условия обеспечения местной  устойчивости (при работе балки в  пределах упругих деформаций) отношение свободного свеса полки к ее толщине не должно превышать значений, вычисляемых по формулам:

     ;     (2.20)

    где  ;

    

 

    с учётом развития пластических деформаций:

           (2.21)

    

.

    В соответствии с [1], местная устойчивость пояса балки обеспечена.

    Устойчивость  стенки.

    Проверку  устойчивости стенки выполняем с  учетом значения условной предельной гибкости и наличия местной нагрузки на пояс балки.

     ;     (2.22)

    

    Поскольку , то условие устойчивости стенки балки выполняется и нет необходимости в установке поперечных ребер жесткости.

6. Соединение  поясов балки со стенкой

    Соединение  поясных листов главной балки  со стенкой осуществляется поясными швами. При изгибе балки это соединение предотвращает сдвиг поясов относительно стенки балки. Расчет соединений ведется на силу сдвига пояса относительно стенки.

    Согласно  п. 11.16.[1] сварные швы, соединяющие стенки и пояса составных двутавровых балок следует рассчитывать согласно табл. 37*.

    При неподвижной нагрузке для двусторонних угловых швов расчет поясных швов производим по формулам:

    T/(2 b_f k_f)£R_wf g_wf g_c;      (2.23)

    T/(2 b_z k_f)£R_wz g_wz g_c,;     (2.24)

    В сварных балках сдвигающая сила , приходящаяся на 1 см длины балки, определяется через касательные напряжения:

    

;

    где – статический момент брутто пояса балки относительно нейтральной оси.

     ;

    Расчетное сопротивление металла по границе сплавления сварных соединений с угловыми швами для элементов главной балки из стали С235 будет равно согласно Таблице 3[1]: .

     =10 мм=1 см. – минимальный катет шва углового соединения при полуавтоматической сварке деталей конструкций из стали до 530 МПа при толщине более толстого из свариваемых элементов мм, согласно[4, табл. 4.3]. Катеты угловых швов при наименьшей толщине соединяемых элементов , не должны быть более [1].

    β_f=0,7 и β_z=1,0 – коэффициенты, принимаемые при сварке элементов из стали: с пределом текучести до 530 МПа (5400 кгс/см²) по [1, табл. 34*];

    γ_wf и γ_wz – коэффициенты условий работы шва, равные 1 во всех случаях, кроме конструкций, возводимых в климатических районах I1, I2, II2 и II3.

    Проверка  параметров швов: 

    по  металлу шва

    по  металлу границы сплавления

    Принимаем .

7. Расчёт  и конструирование  укрупнительного  стыка балки на высокопрочных болтах

    Проектируем стык на расстоянии 9,5 метров от опоры главной балки. Изгибающий момент в этом сечении равен:

    

     Стык осуществляем высокопрочными болтами из стали 30Х3МФ, имеющей [3] обработка поверхности газопламенная. Несущая способность болта, имеющего две плоскости трения:

    

    где

      по (т. 6.3 [3]),

     , т.к. разница в номинальных диаметрах отверстия и болта больше

      – коэффициент трения;

      – (т. 6.4 [3]); принимая способ регулирования натяжения болта по углу закручивания, две плоскости трения.

    Стык  поясов.

    Каждый  пояс балки перекрываем тремя  накладками сечениями  и , общей площадью сечения

    

;

    Усилие  в поясе определяем по формуле:

    

;

    

.

    Количество  болтов для прикрепления накладок рассчитываем по формуле:

    

    Принимаем 16 болтов, которые размещаем согласно (Рисунок 2.5).

    Стык  стенки.

    Стенку  перекрываем двумя вертикальными  накладками сечением .

    Момент, действующий на стенку, определяем по формуле:

    

;

    Принимаем расстояние между крайними по высоте рядами болтов

    

;

    Находим коэффициент стыка 

    

;

    Принимаем 6 рядов с шагом 180 мм (табл. 7.8 [3]). Проверяем стык стенки: