Проектирование сварных конструкций

метки: Проектирование, Конструкция, Расчет, Основа, Курсовой, Работа, Выпускной, Сварной

Металлические конструкции благодаря своим высоким технико-экономическим качествам применяют во всех отраслях промышленности, широкое использование в строительстве металлических конструкций позволяет проектировать сборные элементы зданий и сооружений сравнительно малой массы, организовать поточное производство на заводах и поточно-блочный монтаж их на строительной площадке, ускоряя ввод объектов в эксплуатацию.

Задача конструктора состоит в том, чтобы при соблюдении технологических и иных требований к объекту проектирования создать конструктивную схему с подбором параметров элементов и узловых соединений, обеспечивающую простой и надёжный путь для передачи силовых потоков. При этом каждый конструктивный элемент, конструкция и сооружение в целом должны удовлетворять комплексу условий: прочности, устойчивости, жёсткости, долговечности, ремонтопригодности и многим другим. В сочетании с экономическими ограничениями названные условия трудно реализуемы. Сложность проектирования состоит в том, что база знаний и нормативная база о силовом сопротивлении конструкции построена не на принципах их синтеза, а на принципах поверочных расчётов элементов с фиксированными геометрическими параметрами и идеализированными схемами работы, свойствами материала, условиями нагружения.

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

Рисунок 1 — Расчётная схема

Вариант — 1671.

Город строительства — Новосибирск.

Температура самой холодной пятидневки — 42 º C.

Таблица 1 — Исходные данные.

L1, мL3, мhстр., мОтметка верха перекрытия, мНормативная нагрузка, кПаПостояннаяВременная1851,88,51,021

1. ВЫБОР МАТЕРИАЛОВ И ОЦЕНКА СВАРИВАЕМОСТИ

Стали для строительных конструкций выбираем в зависимости от степени ответственности конструкции, условий эксплуатации и климатического района строительства по табл. 50 [1].

Для настила, балки настила и колонны выбираем сталь из 3 группы, для главной балки — из 2 группы.

По ГОСТу 16350-80 выбираем климатический район строительства для города Новосибирск — II4.

Таблица 1.1 — Применяемые стали

Элемент конструкции№ группыСтальRyn, МПаRun, МПаRy, МПаRu, МПаГлавная балка2С345305 (31)460 (47)300 (30,5)450 (46)Колонна3С255245 (25)380 (38)240 (24,5)370 (37)Балка настила3С255255 (26)380 (39)250 (25,5)370 (38)Настил3С255245 (25)380 (39)240 (24,5)370 (38)

Химический состав сталей С345 и С255 приведены в таблице 1.2 и 1.3 соответственно.

Металические конструкции

... конструкций состав-ляет (%): завышение номинального диаметра арматурной ста-ли-- 62,4; плюсовые допуски проката-- 12,0; немерные длины свариваемых марок стали -- 25,6. Значительная доля металлических изделий, используемых в строительстве, ... размера, изготовленная из профилированного настила и швеллеров, при той ... сталежеле-зобетонные балки, объединяя стальные главные балки пролетного строения ...

Таблица 1.2 — Химический состав стали С345

СSiMnNiSPCrNCuдо 0,15до 0,81,3-1,7до 0,3до 0,04до 0,035до 0,3до 0,012до 0,3

Определим эквивалентное содержание углерода для стали С345 и С255. Для углеродистых и низколегированных конструкционных сталей перлитного класса выполняются по формуле Сефериана (1.1).

балка узел колонна сечение

(1.1)

При сварка может быть выполнена без подогрева до сварки и в процессе сварки, а также без последующей термообработки.

В эту группу входят стали, которые для предупреждения образования трещин необходимо предварительно нагревать, а также подвергать последующей термообработке.

Однако содержание элементов взято по максимуму, во всех справочниках говорится о свариваемости без ограничений для стали С345 поэтому сварку главных балок выполняем без подогрева до сварки и в процессе сварки, а также без последующей термообработки.

Таблица 1.3 — Химический состав стали С255

СSiMnNiSPCrNCuдо 0,220,15-0,3до 0,65до 0,3до 0,05до 0,04до 0,3до 0,012до 0,3

Свариваемость без ограничений.

Химический состав сварочной проволоки Св 08Г2С приведён в таблице 1.4.

Таблица 1.4 — Химический состав проволоки Св 08Г2С

СSiMnNiSPCrCuдо 0,10,7-0,951,8-2,1до 0,25до 0,025до 0,03до 0,2до 0,25

Склонность к образованию горячих трещин определим по формуле:

. (1.2)

Т.к. HCS=1,23<4, склонности к образованию горячих трещин нет.

2. РАСЧЁТ ПЛОСКОГО НАСТИЛА

Рисунок 2.1 — Расчётная схема плоского настила

При расчёте плоского настила, он рассматривается как гибкая пластина, изгибаемая по цилиндрической поверхности, шарнирно закреплённая к не смещаемым опорам.

При нагрузках, не превышающих , и предельном относительном прогибе определяющим фактором при расчёте является жёсткость, поэтом расчёт ведут на нормативную нагрузку.

Расчёт настила ведётся для двух вариантов. В каждом из вариантов отличные от другого варианта значения 1) пролёта балок настила; 2) толщина настила; 3) размеры поперечного сечения балки. После расчёта обоих вариантов, принимается наиболее лёгкая конструкция (настил и балки настила).

Толщину листа настила можно определить по приближённой формуле (2.1).

, (2.1)

где lн — шаг балок настила;н — толщина настила;

— заданное отношение пролёта настила к его предельному прогибу (табл. 3, [3]);

• модуль упругости при отсутствии поперечной деформации;

, (2.2)

• коэффициент Пуассона (для стали v=0,3);
• нормативное значение нагрузки.

Модуль упругости E1 равняется

Определим толщину настила для двух вариантов — с шагом балок настила lн = 1м и lн = 1,8м.

Вариант 1н = 1м — шаг балок настила,

— отношение пролёта настила к его предельному прогибу,= 21+1,0=22 (кН/м2) — нормативное значение нагрузки.

Тогда толщина настила получается равной

Толщину листа настила принимаем равной 7 мм.

Вариант 2н = 1,8м — шаг балок настила,

• отношение пролёта настила к его предельному прогибу,

Тогда толщина настила получается равной

Производство горячекатаной листовой стали 1250 2,5 по ГОСТ

... качества для стали марки 08пс (рисунок 1.1) 2.1 Характеристика оборудования широкополосных станов 2000 Горячекатаная полосовая сталь составляет до 70% всего горячекатаного листового проката. Часть ... для производства гнутых профилей, сварных труб, холоднокатаного листового металла и жести. В зависимости от назначения, продукции листовых станов горячей прокатки перед отправкой потребителям ...

99,73,

Толщину листа настила принимаем равной 18,5 мм.

3. РАСЧЁТ БАЛОК НАСТИЛА

Каждую балку в перекрытии рассматривают раздельно, несвязанную с другой балкой (разрезная схема).

Нагрузка на балку настила передаётся от настила с участков перекрытия, которые расположены на смежных от балки пролётах. Следовательно, ширина грузовой площади для балок настила равна шагу этих балок или пролёту настила.

Погонная равномерно распределённая расчётная нагрузка на балку с учётом плоского настила находится по формуле

, (3.1)

где lн — шаг балок настила;

• нормативная временная нагрузка, pn=21 кПа;
• нормативная постоянная нагрузка, gn=1,0 кПа;- вес настила,

; (3.2)

? — плотность стали, ?=7800 кг/м3;

• ускорение свободного падения, g=9,81 м/с2;
• толщина листов настила;

коэффициент надёжности по временной нагрузке, ?fp=1,20 [2. табл.1];

коэффициент надёжности по постоянной нагрузке, ?fp=1,10 [2. табл.1];

коэффициент надёжности для веса настила, ?G=1,05 [2. табл.1];

Таким образом, получаем два значения расчётной нагрузки для двух вариантов толщины настила.

Вариант 1н = 1м — шаг балок настила,

Вариант 2н = 1,8м — шаг балок настила,

Подбор сечения балок настила производят по максимальному изгибающему моменту или по величине предельного прогиба (деформированная схема).

Максимальные расчётные значения изгибающего момента М и поперечной силы Q для разрезной балки находим по следующим формулам.

М=0,125ql2 — изгибающий момент;=0,5ql — поперечная сила;=5м — пролёт балки настила.

Вариант 1 (см. рисунок 3.1)

Рисунок 3.1 — Эпюры внутренних силовых факторов для балки настила

Вариант 2 (см. рисунок 3.2)

Рисунок 3.2 — Эпюры внутренних силовых факторов для балки настила

Требуемый момент сопротивления при допущении пластических деформаций находится по формуле (3.4)

, (3.4)

где с1 — коэффициент учёта развития пластических деформаций по сечению, с1=1,1;

• расчётное сопротивление стали по пределу текучести, Ry= 250 МПа;

с — коэффициент учёта условий работы стальной конструкции, ?с=1,1.

Подбор сечений прокатных балок (см. рисунок 3.3) по жёсткости идёт на основе требуемой величины предельного относительного прогиба, который определяется по табл. 3 [3].

Требуемый момент инерции найдём по формуле (3.5)

, (3.5)

где qн — погонная равномерное распределённая нормативная нагрузка на балку с учётом веса плоского настила;

Дуговая сварка балки БП

... производительному труду. 1.3 Материалы для изготовления балки БП-2 Рассматриваемые стали (Ст 3) обладают хорошей свариваемостью Существует два вида сталей, различающихся между собой по химическому ... быть предусмотрено место для баллонов. Правильная организация рабочего места - залог качественной сварки и высокой производительности труда. Сварочные работы на постоянных сварочных постах следует ...

, (3.6)

н — шаг балок настила;

• нормативная временная нагрузка, pn=21 кПа;
• нормативная постоянная нагрузка, gn=1,0 кПа;- вес настила,

Рисунок 3.3 — Двутавр

Вариант 1

Требуемый момент сопротивления равняется:

Погонная равномерное распределённая нормативная нагрузка равняется:

Требуемый момент инерции равняется:

По ГОСТу 26020-83 выбираем двутавр (см.рисунок 3.3) №26Б1=258 мм, b=120 мм, S=5,8 мм, t=8,5 мм, Ix=4024 мм4, Wx=312 см3, m=28 кг.

Вариант 2

Требуемый момент сопротивления равняется:

Погонная равномерное распределённая нормативная нагрузка равняется:

Требуемый момент инерции равняется:

По ГОСТу 26020-83 выбираем двутавр (см.рисунок 3.3) №35Б1=346 мм, b=155 мм, S=6,2 мм, t=8,5 мм, Ix=10060 мм4, Wx=582,7 см3, m=38,9 кг. Проверка прочности выбранных двутавров осуществляется по формулам:

, (3.7)

, (3.8)

где Ry — расчётное сопротивление стали по пределу текучести;

• расчётное сопротивление стали сдвигу;

с — коэффициент учёта условий работы стальной конструкции, ?с=1,1.

, (3.9)

где Ryn — нормативное сопротивление стали по пределу текучести, Ryn=255МПа;

• расчётное сопротивление стали сдвигу;

коэффициент надёжности по материалу, ?m=1,025.

Расчётное сопротивление стали сдвигу равняется:

Проверка жёсткости осуществляется по формуле (3.10).

. (3.10)

Вариант 1

Проверка прочности:

;

;

Оба условия выполняются, следовательно, прочность обеспечена.

Проверка жёсткости:

Условие выполняются, следовательно, прочность обеспечена.

Вариант 2

Проверка прочности:

;

;

Оба условия выполняются, следовательно, прочность обеспечена.

Проверка жёсткости:

Условие выполняются, следовательно, прочность обеспечена.

Из двух возможных вариантов балки настила и листа настила выбираем наиболее экономичный. «Экономичным» считаем наиболее лёгкий вариант настила с балками настила.

Вариант 1 н =1м — шаг балок настила;н =7 мм — толщина листа настила;= 28 кг/м — погонная масса.

Определим общую массу настила и балок настила:общ=mн+mб (3.11)

? — плотность стали, ?=7800 кг/м3.

Вариант 2 н =1,8м — шаг балок настила; tн =18,5 мм — толщина листа настила;= 38,9 кг/м — погонная масса. Определим общую массу настила и балок настила:

? — плотность стали, ?=7800 кг/м3.

Так как общая масса в первом варианте меньше чем во втором, то при дальнейшем проектировании будем использовать первый вариант компоновки балки настила и настила. Силу распора, на действие которой проверяют сварные швы, присоединяющие настил к балкам определяют по следующей формуле:

Строительные конструкции (Деревянные арки и конструкции. Арматура ...

... стали, все остальные элементы – из брусьев. Деревянные конструкции В районах, где древесина является местным материалом, деревянные конструкции ... балок настила: на стены, главные или вспомогательные балки. Нагрузка на балки передается через настил, ... применяют клееные арки с металлическими затяжками. Рамные деревянные конструкции из ... с бетоном. Диаметр сечения стержней периодического профиля ... момента ...

(3.12)

Сварку балок настила с настилом осуществляют ручной дуговой сваркой электродом Э46А d=1,4 мм. Расчётные значения катетов шва, прикрепляющего настил к балкам, определяем по формулам (3.13) и (3.14):

Катет по металлу шва:

, (3.13)

Катет по металлу границы сплавления:

, (3.14)

?f=0,7; ?z=1,0

Rwf — расчётное сопротивление срезу по металлу шва,

;

расчётное сопротивление срезу по границе сплавления,

;

и ?wz — коэффициенты условия работы сварного соединения, ?wf = ?wz =1

lw — расчётная длина шва, lw=5-0,01=4,99 м

;

;

С учётом требований таблицы 38[1] принимаем катет kf =5 мм.

4. РАСЧЁТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ ГЛАВНОЙ БАЛКИ, .1 Определение расчётных усилий и назначение расчётной схемы

Расчётная схема главной балки и эпюры внутренних силовых факторов представлены на рисунке 4.1.

Нагрузка на главную балку передаётся от балок настила в виде сосредоточенных сил. При достаточно частом расположении балок настила (больше пяти в пролёте) сосредоточенные силы, без существенного снижения точности, можно заменить эквивалентной равномерно распределённой нагрузкой.

, (4.1)

где F — опорная реакция балки настила

; (4.2)

• погонная равномерно распределённая расчётная нагрузка на балку настила, qn=26863,46 — вес балки настила, Gbn=mgl3 ;= 28 кг/м — погонная масса балки настила;

• ускорение свободного падения, g=9,81 м/с2;
• пролёт балок настила, l3=5 м;

коэффициент надёжности для веса балки настила, ?G=1,05.

lн — шаг балок настила, lн=1 м;

?=1,02…1,05. Принимаем ?=1,04.

Тогда (см. рисунок 4.1)

Расчётное значение изгибающего момента равняется:

;

Расчётное значение изгибающего момента равняется:

;

Рисунок 4.1 — Эпюры внутренних силовых факторов главной балки

4.2 Компоновка и подбор сечений главной балки

Рисунок 4.2 — Параметры главной балки

Проектирование составных балок выполняют в два этапа: на первом компонуют и подбирают сечение, на втором — проверяют прочность и устойчивость балки в цело и её элементов, а также проверяют жёсткость балки.

Компоновку сечения начинают с установления высоты балки — основного размера, от которого зависят все остальные размеры сечения, масса балки и её жёсткость.

Оптимальная, из условия прочности и минимума расхода стали, высота балки равняется:

, (4.3)

где k — коэффициент, принимаемый для сварных балок постоянного сечения. Принимаем k = 1,2 ;- требуемый момент сопротивления сечения балки,

; (4.4)

• максимальное значение изгибающего момента с учётом собственного веса главной балки, Mmax =5731,8 кНм;- расчётное сопротивление стали по пределу текучести, Ry = 350 МПа

с — коэффициент условия работы, ?с =1,1.

Расчет и проектирование сварной балки двутаврового сечения

... 330 1.3 Расчет и конструирование балки Определяем расчётные нагрузки F р , кН, по формулам (1) где - нормативные нагрузки, кН; - коэффициент условий работы, кН; = 1,10. сварная балка двутавровое сечение Определяем сумму моментов относительно ...

Требуемый момент сопротивления сечения балки равняется:

;

Толщину стенки предварительно определяем по эмпирической формуле (4.4)

, (4.5)

где h=(1/8…1/15)l,

1450 (мм).

Толщина стенки получается равной:

Принимаем толщину стенки tw=12 мм.

Тогда оптимальная высота балки hopt равняется:

Минимальная из условия обеспечения жёсткости, высота балки для безконсольной схемы должна быть:

. (4.6)

(допустимое отступление — (5…10)% в меньшую сторону).

Принимаем высоту hГБ=145 см.

стр=hГБ+ hБН + tН =145+25,8+0,7=171,5 (см)< hстр =180(см).

из условия её работы на срез и сравниваем с ранее назначенной.

, (4.7)

где k=1,5 — при включении в работу только стенки, без учёта поясов;

• высота стенки в первом приближении,

;

• расчётное сопротивление стали по пределу текучести,

;, (4.8)

• нормативное сопротивление стали по пределу текучести Ryn=355;
• коэффициент надёжности по материалу, .

Расчётное сопротивление стали сдвигу равняется:

равняется:

Окончательную толщину стенку принимаем tw=12 мм

Назначая толщину стенки, необходимо учитывать, что местная устойчивость стенки без дополнительного её укрепления продольными рёбрами жёсткости будет обеспечена, если

, (4.9)

• условие выпол-няется.

Установив размеры стенки, определим требуемую площадь сечения, поясов (4.10)

, (4.10)

• расстояние между центрами тяжести полок,
• момент инерции поясов, ;

— момент инерции стенки, ;

— момент инерции балки, ;

Тогда требуемая площадь сечения поясов равняется:

По полученной площади назначают ширину bf и толщину tf пояса с учётом требований для сжатых поясов (табл. 30 [1]).

Для растянутых поясов ширина пояса не должна быть более 30 толщин пояса из условия равномерного распределения напряжений по ширине пояса.

Толщину пояса принимаем равной: .

Ширина пояса равняется:

Примем ширину пояса .

должна удовлетворять следующим условиям:

• условие выполняется,
• лежит в этих пределах,

Размеры сжатых поясов должны удовлетворять условию:

, (4.11)

где — половина ширины сечения пояса, ;

• толщина пояса, tf = 2,5 см;
• расчётное сопротивление стали по пределу текучести, Ry = 300 МПа;

Е — модуль упругости.

Проектирование подкрановой балки

... её работы на срез. 2.4 Подбор сечения балки Определяем требуемый момент сопротивления балки по формуле, м 3 Определяем требуемый момент инерции сечения балки по формуле, м 4 Определяем момент инерции стенки балки по ... определяется по формуле, мм Принимаем t р =6 мм. Подкрановая балка имеет постоянное сечение по всей длине. Поэтому проверку местной устойчивости стенки выполняем для среднего отсека, ...

Тогда условие (4.11) примет вид:

• условие выполняется.

Окончательно принимаем размеры главной балки (см. рисунок 4.2):= 1425 мм, hw = 1400 мм, h = 1450 мм, tf =25мм, tw =12мм, bf =400мм,

2.1 Изменение сечения балки по длине

При равномерной нагрузке наивыгоднейшее по расходу стали место изменения сечения поясов на расстоянии x=l/6=18/6=3 м от опоры.

Определяем расчётный момент и перерезывающую силу в сечении

M1=qx(l-x)/2=141527,65*3(18-3)/2=3184,4 кН/м=318440 кН/см;=q(l/2-x)= 141527,65*(18/2-3)=849,1 кН.

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

• W1= M1/Rwy=318440/33=9649,7 см3;= W1h/2=9649,7*145/2=699603,25 см4.

Определяем требуемый момент инерции поясов:

• Iw=274400 см4;=I1 — Iw=699603,25-274400=425203,25 см4

Требуемая площадь сечения поясов Af1=2If1/h0=2*425203,25/142,52=41,9 см2.

Принимаем пояс 200×25=50 см2.

Принятый пояс должен удовлетворять рекомендациям bf1>h/10, b1>180, b1>b/2.

=200>145, b1=200>180, b1=200>400/2 — Условия выполняются.

Определяем момент инерции и момент сопротивления уменьшения сечения:

• I1= Iw+2bf1tf(hef/2)2=274400+2*20*2,5*(142,5/2)2=782056,25 см4;=2I1/h=2*782056,25/145=10787 см3;

=M1/W1=318440/10787=29,52 <

4.3 Проверка прочности балки

Прочность балки проверим в середине пролёта (в месте действия максимального момента).

, (4.12)

, (4.13)

где M — максимальный изгибающий момент, Mmax =5731,8 кНм;

— момент сопротивления, вычисляется по формуле (4.16);

• расчётное сопротивление стали по пределу текучести, Ry = 300 МПа;

— коэффициент условия работы, .- максимальная поперечная сила, Q=1271,7 кН;

• статический момент полусечения, вычисляется по формуле (4.15);
• толщина стенки, tw=1,2 см;

• момент инерции сечения, см4;- расчётное сопротивление стали сдвигу, .

Определим геометрические характеристики балки:

Момент инерции сечения:

, (4.14)

(см4).

Статический момент полусечения:

, (4.15)

• площадь сечения пояса, (см2);

(см3).

Момент сопротивления:

, (4.16)

(см3).

• условие выполняется.

МПа — условие выполняется.

Оба условия обеспечены, следовательно, прочность обеспечена.

(МПа)

• условие выполняется.

4.4 Проверка общей устойчивости и жёсткости балки

Проверку изгиба балки делать не нужно, т.к. принятая высота сечения больше минимальной.

Проверку устойчивости балки проводим в соответствии с положением п. 5.15 и по табл. 8* [2].

Проверку устойчивости проводить нет необходимости, так как отношение расчетной длины lef к ширине сжатого пояса b не превышает значений, определенных в табл. 8*. Нагрузка приложена к верхнему поясу, получаем:

Клеефанерная балка

... Расчет клееной балки, несущих ограждающих конструкций покрытия, полигональной деревянной фермы / Состав: 2 листа чертежи (Клеефанерная панель покрытия, разрезы, балка покрытия, узлы, спецификации,ферма покрытия, узлы, сечения) + ПЗ ... Исходные данные к курсовой работе ВВЕДЕНИЕ 1 Расчет настила и прогона 2 Выбор конструктивной схемы 3 Расчет балки с волнистой стенкой ЗАКЛЮЧЕНИЕ СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ...

, (4.18)

где h0 = 142,5 см — расстояние между осями поясных швов;= 40 см, t = 2,5 см — ширина и толщина сжатого пояса;= 100 см — расчётная длина балки — расстояние между балками настила;

Таким образом:

Условие выполняется, устойчивость обеспечена.

4.5 Проверка местной устойчивости элементов балки

В целях обеспечения местной устойчивости стенку балки необходимо укреплять поперечными рёбрами жёсткости в соответствии с требованиями [1 п. 7.3].

Для пропуска поясных швов и сокращения длины швов, перпендикулярных осевым напряжениям в стенке балки, в рёбрах срезают углы, примыкающие к стенке. Швы, крепящие ребро, выполняют минимальной толщины, либо принимают по расчёту из условия среза на действие опорной реакции балки настила (при сопряжении балок в одном уровне).

Проверку местной устойчивости пояса производить не нужно, так как при компоновке сечения выполнены требования [1 табл. 30].

Устойчивость стенки балки, укреплённой поперечными рёбрами жёсткости, не требуется проверять, если при выполнении условия (33) [СНиП II-23-81*] условная гибкость стенки не превышает 3,5 — при отсутствии местного напряжения, и 2,5 — при наличии местного напряжения.

; (4.19)

где — условная гибкость стенки;= 1,2 см — толщина стенки;= hw = 140 см — расстояние между поясами;

• условие не выполняется.

Следовательно, требуется расчёт на устойчивость стенки балки.

Рёбра жёсткости устанавливаем через 2 м от опорных рёбер.

Определяем размер рёбер жёсткости по выражениям (4.20) и (4.21):

; (4.20)

; (4.21)

Подставляя численные значения величин, получаем следующие результаты:

, принимаем 87 мм и , принимаем 7 мм.

Проверка местной устойчивости осуществляется в соответствии с нормами [1 п. 7.4*] по формулам:

; (4.22)

где — нормальные напряжения в середине отсека;

• касательные напряжения в середине отсека;
• критические нормальные напряжения в середине отсека, определяе-мые по формуле (4.23);
• напряжения смятия стенки под грузом;
• критическое местное напряжения, определяемые по формуле (4.25);
• критические касательные напряжения в середине отсека, определяе-мые по формуле (4.26);
• ; (4.23)

Коэффициент сcr следует принимать для сварных балок — по табл. 21 [1] в зависимости от значения коэффициента ?:

; (4.24)

где bf и tf — соответственно ширина и толщина сжатого пояса балки;

• ? — коэффициент, принимаемый по табл.22 [1], следовательно сcr =35,5.

(4.25)

; (4.26)

Проверяем местную устойчивость в 1 и 9 отсеках:

отсек

;

условие выполняется, местная устойчивость в 1-ом отсеке обеспечена

отсек

;

• В расчёте 9 отсека касательные напряжения поэтому в расчёт их не берём;

;

• условие выполняется, местная устойчивость в 6-ом отсеке обеспечена.

6 Расчёт поясных швов главной балки

Рисунок 4.3 — Схема поясных швов главной балки

Проектирование сварных подкрановых балок

... подкрановых балок Кн=1,15); Отсюда высота из условия жесткости равна: Принимаем толщину стенки =6 мм Высота двутавровой балки из условия экономичности определяется по формуле: Принимаем высоту балки h=1350 мм. мм; Принимаем высоту стенки ... поперечного сечения балки Подбор сечения балки производится из условия ее прочности при работе на ... До 0,08 ? 96-97 Таблица 2. Механические свойства стали 09Г2С ...

При соединении поясов со стенкой двусторонними сварными швами автоматической сваркой «в лодочку» и при наличии поперечных рёбер жёсткости в местах опирания балок настила минимальный катет шва определяется по формулам: 4.27, 4.28.

По металлу шва:

; (4.27)

По границе сплавления:

, (4.28)

где ?wf = 1; ?wz = 1; ?c = 1,1 — коэффициенты условия работы;

• ?f = 1,1;
• ?z = 1,15 — коэффициенты, принимаемы по табл. 34* [2] при сварке элементов из стали с пределом текучести до 540 МПа;= см4 — осевой момент инерции сечения балки;= 1271,7 кН — поперечная сила, действующая на балку;

• статический момент брутто пояса;- расчетное сопротивление сварных соединений для углового шва при работе на срез по металлу шва:

, (4.29)

где Rwun = 450 МПа — нормативное сопротивление металла шва для сварочной проволоки Св-08Г2С, для автоматической и полуавтоматической сварки (по ГОСТ 2246-70, табл. 3 и 4* [2]);

• ?wm = 1,35 — коэффициент надёжности по металлу.
• расчетное сопротивление сварных соединений для углового шва при работе на срез по металлу границы сплавления:

Тогда:

По табл. 38* (СНиП II-23-81*) катет сварного шва при автоматической сварке должен быть не менее 7 мм. Так как по расчету получилось меньше, то принимаем минимально допустимую величину — 7 мм.

4.7 Конструирование и расчёт укрупнительного стыка балки

Укрупнительные (монтажные) стыки балок проектируют сварными или на высокопрочных болтах. Рассчитаем стык на высокопрочных болтах.

Расчет стыка на высокопрочных болтах начинают с определения места укрупнительного стыка.

Расчёт проведём для двух вариантов:

Вариант 1: Балка делится на части 6,5 м и 11,5 м.

Расчет стыка на высокопрочных болтах начинают с определения величины изгибающего момента M и поперечной силы Q в месте стыка. В месте стыка M = 2989,7 кН·м, Q = 353,9 кН.

Стык осуществляем высокопрочными болтами [1. табл. 61*], d = 24мм, из стали 40Х «селект», имеющей Rbun = 1100 МПа — наименьшее временное сопротивление. Обработка поверхности — газопламенная. Тогда несущая способность болта, имеющего две плоскости трения, находится по формуле [1. п. 11.13*]:

, (4.29)

где Rbh = 0,7

• Rbun = 0,7·1100 = 770 МПа — расчётное сопротивление болта растяжению;= 3,52 см2 — площадь сечения болта [1, табл. 62*];

• ?b = 0,9- коэффициент условия работы болтового соединения[1. табл 35];
• ?h = 1,12 — коэффициент надёжности [1, табл. 36*];
• ? = 0,42 — коэффициент трения при газопламенной обработке [1, табл. 36];= 2 — количество плоскостей трения.

При конструировании такого типа стыка расчет каждого элемента сварной балки ведут раздельно, распределяя изгибающий момент между поясами и стенкой пропорционально их жесткости.

Стык поясов.

Момент, действующий на пояс равен:

, (4.30)

где — момент инерции поясов сечения в месте стыка:

;(34)

• момент инерции всего сечения: .

Тогда: .

Тогда усилие в поясе находится по формуле:

• (4.31)

Количество болтов для прикрепления накладок:

• (4.32)

Принимаю 10 болтов на одну полунакладку.

Стык стенки.

Момент, действующий на пояс равен:

, (4.33)

где — момент инерции стенки сечения в месте стыка:

;

• момент инерции всего сечения: .

Тогда: .

Принимаем расстояние между крайними по высоте рядами болтов:

Находим по следующей формуле коэффициент стыка:

, (4.34)

где m — количество вертикальных рядов болтов на одной половине накладки (из конструктивных соображений не меньше двух), принимаем m=2.

Тогда: Из таблицы 7.9 [4] находим что, количество рядов болтов по горизонтали k = 6 и ? = 1,4. То есть, принимаем 6 рядов. Отсюда шаг болтов равен 250 мм. Тогда amax =5·250 = 1250 мм.

Стык стенки проверяем на действие изгибающего момента:

, (4.35)

где .

Тогда: .

Условие выполняется, прочность болтового соединения стенки обеспечена.

Кроме изгибающего момента в стыке действует поперечная сила, которую условно принимают распределенной на болты стенки

, (4.36)

Проверку прочности ведем для крайних по вертикали болтов ряда

, (4.37)

Условие прочности выполняется.

Вариант 2: Балка делится на части 9,5 м и 8,5 м.

В месте стыка M = 5112,2 кН·м, Q = 70,65 кН.

Стык поясов.

Тогда: .

Количество болтов для прикрепления накладок:

Принимаю 16 болтов на одну полунакладку.

Стык стенки.

принимаем m=2.

Тогда: Из таблицы 7.9 [4] находим что, количество рядов болтов по горизонтали k = 12 и ? = 2,36. То есть, принимаем 12 рядов. Отсюда шаг болтов равен 208 мм. Тогда amax = 11·113 = 1243 мм.

Стык стенки проверяем на действие изгибающего момента:

где .

Тогда: .

Условие выполняется, прочность болтового соединения стенки обеспечена.

Принимаем вариант 1:

Рисунок 4.4 — Эпюры внутренних силовых факторов для расчёта укрупнительного стыка главной балки

Болты ставятся на минимальном расстоянии друг от друга (2,5…3)·d = 2,5·24 = 60 мм — чтобы уменьшить размеры накладок. Так же по п. 12.19 [1] расстояние от центра болта до края элемента равно 2·d = 2·24 = 48 мм.

Каждый пояс балки перекрываем тремя накладками сечениями:

• я — 460х400х15 мм;
• я и 3-я — 460х160х15 мм

Общая площадь сечения накладок определяется по формуле:

Стенку балки перекрываем двумя накладками сечением 340х1350х8 мм. Причем их суммарная площадь сечения должна быть не меньше площади сечения стенки: .

Проверяем ослабление растянутого пояса отверстиями под болты d0=26 мм (на 2 мм больше диаметра болта).

Пояс ослаблен двумя отверстиями по краю стыка:

• (4.38)

Согласно п. 11.14 (СНиП II-23-81*):

Условие выполняется, ослабление пояса отверстиями незначительно. Прочность стыка элементов осуществляется за счёт сил трения.

Проверяем ослабление накладок в середине стыка, четырьмя отверстиями:

• (4.39)

Согласно п. 11.14 (СНиП II-23-81*):

• Условие выполняется.

4.8 Конструирование и расчёт опорного узла балки

Рисунок 4.5 — Опорный узел балки

Сопряжение главной балки с колонной.

Размеры опорных ребер определяют из условия прочности поперечного сечения на смятие по формуле:

; (4.40)

где Rp — расчётное сопротивление смятию торцевой поверхности;

• Rp = Run/?m = 460/1,025 = 448,8 МПа — для стали С345;= 1271,7 кН — опорная реакция балки.

Принимаю ребро 200×14 мм, тогда . Проверяем опорную стойку балки на устойчивость относительно оси Z. Определяем ширину участка стенки, включённого в работу опорной стойки:

; (4.41)

где tw = 1,2 см — толщина стенки.

Тогда: .

Примем

Определяем площадь сечения участка стенки, включённого в работу:

• (4.42)

Определяем момент инерции этого сечения:

• (4.43)

Радиус инерции:

• (4.44)

Гибкость:

• (4.45)

По значению гибкости ?, исходя из таблицы приложения 8 [4], определяем коэффициент ? продольного изгиба центрально-сжатого элемента. ? = 0,905. Тогда определяем устойчивость, исходя из формулы:

; (4.46)

где F = 1271,7 кН — опорная реакция балки.

Тогда: . Устойчивость заданного ребра обеспечена.

Используем механизированную сварку проволокой Св-08Г2С диаметром d=1,6 мм. Находим соответствующие коэффициенты по табл. 34* [1]: ?f = 0,9; ?z = 1,05.

Rwf — расчетное сопротивление сварных соединений для углового шва при работе на срез по металлу шва:

; (4.47)

где Rwun = 490 МПа — нормативное сопротивление металла шва для сварочной проволоки, для автоматической и полуавтоматической сварки по ГОСТ 2246-70 [1, табл. 3 и 4*];

• ?wm = 1,25 — коэффициент надёжности по металлу [2. по табл. 3].

Rwz — расчетное сопротивление сварных соединений для углового шва при работе на срез по металлу границы сплавления:

Расчётная длина шва:

Катет по металлу шва:

Катет по металлу границы сплавления:

С учётом требований таблицы 38 [1] катет сварного шва при автоматической сварке должен быть не менее 6 мм. Принимаем катет 6 мм.

5. РАСЧЁТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ СОПРЯЖЕНИЯ БАЛКИ НАСТИЛА

Рис. 5.1 — Опирание балки настила на главную балку

Примем вид сопряжения балок — поэтажное опирание.

Проверку прочности проводим по формуле:

, (5.1)

где F = 67,158 кН — опорная реакция балки настила;=180 мм — длина передачи давления на балку настила;

• =t+r=8,5+12=20,5 см — расстояние от наружной грани полки до начала внутреннего закругления;
• = 0,58 см — толщина стенки прокатного двутавра.

Проверку устойчивости проводим по формуле:

, (5.2)

где ? — принимаем как для центрально сжатой стойки по гибкости:

• l = h/(0,29·tw) = 258/(0,29·5,8) = 155,17;
• ? = 0,200;

• условная длина распределения опорного давления:

= b + 0,5·hw = 180 + 0,5·258 = 309 мм.

Крепление балок настила к главным балкам осуществляем с помощью четырёх высокопрочных болтов диаметром 18 мм.

6. КОНСТРУИРОВАНИЕ И РАСЧЁТ ЦЕНТРАЛЬНО СЖАТОЙ КОЛОННЫ

1 Выбор расчётной схемы

Выбираем расчётную схему колонны вида: жёсткой фундаментной заделки и шарнирного прикрепления балок (рисунок 6.1)

Рисунок 6.1 — Расчётная схема колонны

Колонна жестко защемлена в фундаменте, опирание балок — шарнирное.

Стержень колонны выполним из двутавра.

2 Компоновка сечения сплошной колонны

? = 80 и находим коэффициент продольного изгиба ?.

? = 0,7215

Определяем требуемую площадь:

, (6.1)

где N — нагрузка действующая на колонну, включая вес главной балки,

N=Nof+Gow/2, =1271,7 кН;

Gow — вес главной балки,

? — коэффициент продольного изгиба, ? = 0,905 ;

Rу — расчётное сопротивление по пределу текучести, Rу = 240 МПа

см2

Определим требуемый радиус инерции

где lef — расчётная длина колонны, lef=µl=0,7(8,5+0,5-1,715)=5,1 м.

Определим требуемый радиус инерции:

По таблице 8.1 [4] b=6,375/0,24=26,5 см

По сортаменту прокатных профилей (ГОСТ 26020-83) находим подходящее сечение (№ 26К1) со следующими геометрическими характерис-тиками:= 83,08 см2 — площадь сечения;

линейная плотность — 65,2 кг/м;

= 255 мм; b = 260 мм; tw = 8 мм; tf = 12 см;= 10300 см4; ix = 11,14 см; Jy = 3517 см4; iу = 6,52см.

Определим максимальную гибкость колонны

;

Подбираем коэффициент продольного изгиба ? = 0,714.

Выполним проверку колонны на устойчивость по формуле (6.2).

(6.2)

Запас >5%

Корректируем сечение:

Принимаем сечение пояса 260х10 мм, сечение стенки 240х8.

Площадь сечения Ab = 70,8 см2

= 8672,7 см4; ix = 11,07 см; Jy = 2930,3 см4; iу = 6,43 см

? = 0,706.

Запас

Проверяем устойчивость стенки колонны

условие выполняется.

Проверяем устойчивость пояса колонны

условие выполняется.

.3 Конструирование и расчёт базы

Конструкцию базы принимаю для колонны сплошного сечения из тавра с жестким типом закрепления.

Материал базы — сталь С255. Фундамент проектируем из бетона В7,5, следовательно, Rb = 4,5 МПа (СНиП 2.03.01-84).

Для бетона класса ниже В25 . Принимаем предварительно Rb.loc = 1,5·Rb = 1,5·4,5 = 6,75 МПа и находим Apl.

Определим требуемую площадь опорной плиты по формуле (6.3)

, (6.3)

где N — расчётное усилие с учётом веса колонны, .

Тогда см2

Примем предварительные размеры фундамента 700×700 мм и плиты 450×450 мм.

Тогда:

, (6.4)

Где Rb.loc — расчетное сопротивление бетона при местном сжатии (смятии);

• площадь фундамента, на который опирается плита;
• площадь плиты;
• расчетное сопротивление бетона сжатию, принимаемая по [1].

Принятая площадь плиты удовлетворяет требуемой. Принимаем размеры плиты — ширина 45×45 см. Размеры фундамента 70×70 см.

Определяем толщину плиты. Плита работает на изгиб от равномерно распределенной нагрузки (реактивного давления фундамента), равной:

Выделим характерные участки плиты (см. рисунок 6.2):

Рисунок 6.2 — База колонны

опёртые на 4 канта;

опёртый на 3 канта;

консольный.

-ый участок:

a=0,1 табл. 6.8, 6.9 [4].

;

2-ой участок:/a1 =0,365

;

-ий участок:

По наибольшему изгибающему моменту определяем требуемую толщину плиты:

. (6.5)

Принимаем толщину плиты tpl = 23 мм.

Высоту траверсы определяем исходя из требуемой длины сварного шва для полной передачи усилия со стержня колонны на траверсу:

. (6.6)

где (?·Rw·?w) min минимальное значение из ?f·Rwf·?wf или ?z·Rwz·?wz.

nw = 4 — количество швов, так как две траверсы, по два шва на каждую;= 5 мм (по табл. 38, [1]) — требуемый катет шва

?wf = 1; ?wz = 1; ?c = 1,1 — коэффициенты условия работы;

?f, ?z — коэффициенты, принимаемы по табл. 34* [1] при сварке элементов из стали с пределом текучести до 540 МПа; так как сварка полуавтоматическая и d = 1,4 мм, то ?f = 0,7, ?z = 1;

Rwf — расчетное сопротивление сварных соединений для углового шва при работе на срез по металлу шва:

— расчетное сопротивление сварных соединений для углового шва при работе на срез по металлу границы сплавления:

Получаем: ?f·Rwf·?wf = 0,7·215,6·1 = 150,9 МПа; ?z·Rwz·?wz = 1·166,5·1 = 207 МПа.= 1300 кН — опорная реакция;

(?·Rw·?w)min = 15,1 кН/см2.

. Принимаем hd = 400 мм.

6.4 Конструирование и расчёт оголовка

На колонну действует продольная сила N=1295,8 кН. Торец колонны фрезерован. Толщину плиты оголовка принимаем равной 25 мм.

Плита поддерживается ребрами, приваренными к стенке колонны. Толщину ребер определяем из условия смятия:

, (6.7)

где Rp — расчётное сопротивление смятию торцевой поверхности: Rp=380/1,025=370,7 МПа = 37 кН/см2

Усилие N передаётся на колонну на длине lсм=bp0+2tf=20+2×2,5=25 см

Толщина рёбер tp=Aсм/lсм=35/25=1,4 см

Принимаем толщину ребер tr=15 мм. Задаемся катетом шва kf = 8 мм, количество швов nw=4.

Определяем высоту ребра по требуемой длине шва:

. (6.8)

Длину ребра принимаем равной 250 мм.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ, СНиП II-23-81*Стальные конструкции. — М., 1986., СНип 2.01.07-85 Нагрузки и воздействия — М., 1986.

. И.В. Сидоров Стальные конструкции технологической площадки: Учебное пособие. — Челябинск: ЧГТУ, 1995. — 31 с.

• Металлические конструкции: учебник для студ. высш. учеб. заведений / [Ю.И. Кудишин, Е.И. Беленя, В.С. Игнатьева и др.];
• под редакцией Кудишина. — 9 — е изд., стер. — М.: Издательский центр «Академия»,2007. — 688 с.