Расчет монтажного стыка сварной балки на высокопрочных болтах

3.10 Расчет монтажного стыка сварной балки на высокопрочных болтах

Стык делаем в середине пролета балки, где М_max=3026,16 кНм и Q=0 кН

Стык осуществляем высокопрочными болтами d=20мм из стали 40Х «Селект», имеющих по таблице , обработка пескоструйная.

Определим несущую способность болта, имеющую две плоскости трения :

 кН

где:

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

 и

к=2 - две плоскости трения

1) Стык поясов. Каждый пояс балки перекрываем тремя накладками сечениями 380х12 и 2х160х12 мм.

Общей площадью сечения:

Определяем усилие в поясе :

 кНм

 кН

Определим количество болтов для крепления площадок:

Принимаем 16 болтов

2) Стык стенки. Стенку перекрываем двумя накладками сечением 320х1150x8 мм

Определим момент действующий на стенку:

 кНм

Принимаем расстояние между крайними по высоте рядами болтов:

 мм

Находим коэффициент стыка a:

Из таблицы 7.8 (Бел.) находим количество рядов болтов по вертикали k при a=2,12, k=11 и a=2,20>a=2,12

Принимаем 11 рядов с шагом 104 мм.

Проверяем стык стенки:

 кН

Стык стенки удовлетворяет условиям прочности.

Устройство монтажного стыка главной балки см. рис. 12

Рис. 12

 

4. Расчет центрально сжатой колонны

4.1 Расчет стержня

-сталь марки С245

-расчетное сопротивление стали R_y=240 МПа = 24,5 кН/см²

-предел текучести стали R_u=360 Мпа = 37 кН/см²

Колонны рабочей площадки рассчитываются

как центрально сжатые стержни с шарнирным

закреплением нижнего и верхнего концов.

Расчетная длина стержня равна:

 м

μ – коэффициент равный 1,0 при шарнирном

закреплении с двух сторон.

Расчетная нагрузка:

 кН

1,01 – коэффициент учитывающий собственную

массу колонны

Рис. 13

а) Определение требуемой площади сечения колонны:

Зададимся значением гибкости λ₀=60, тогда коэффициент продольного изгиба φ₀=0,805 по прил. 7 (Бел.).

Подбираем сечение стержня, рассчитывая его относительно материальной оси x, определяя требуемые: площадь сечения:

 см²

Радиус инерции:

По сортаменту (прил. 14 Бел.) принимаем два швеллера № 36.

Рассчитаем гибкость принятого сечения относительно оси x:

тогда φ=0,896

проверим устойчивость относительно оси x:

 кН/см²

Недонапряжение %,

Принимаем 2 швеллера №36.

б) Расчет относительно свободной оси y.

Определим ширину сечения b из условия равноустойчивости колонны λ_пр=λ_b. Для этого, в соответствии с рекомендациями принимаем гибкость ветви λ_b=30. Тогда можно определить требуемую гибкость:

Ей соответствует радиус инерции:

 см

Требуемое расстояние между обушками швеллеров, с полками ориентированными внутрь, находим из соотношения:

 см

Это расстояние должно быть не менее удвоенной ширины полки швеллера плюс зазор 10 см (для возможности очистки и окраски ветвей с внутренней стороны).

В нашем случае 46см ≥ 2*11*10=32 см, то есть найденная величина – приемлема.

в) Окончательная проверка подобранного сечения.

Швеллер №36 имеет:

I_y0=513 см⁴

А=53,4 см²

i_y=3.1 см

z₀=2.68 см

Определим момент инерции всего сечения:

 см⁴

Расчетная длина ветви:

 см

Принимаем расстояние между планками в свету l_B=90 см

Радиус инерции сечения:

 см

Гибкость:

Приведенная гибкость:

Из этого следует, что проверку напряжений можно не делать.

Расчет планок.

Соединительную решетку центрально сжатых колонн рассчитывают на поперечную силу, которая возникает от искривления стержня при продольном изгибе:

 кН

Полагают, что поперечная сила постоянна по всей длине стержня.

В сварных колоннах:

 см

Толщину планок t_пл назначают конструктивно 6-14 мм, примем t_пл=10 мм

Площадь сечения планки:

 см²

Момент сопротивления планки:

 см

Погонная жесткость планки:

 см³

 см (см. рис.12 )

Погонная жесткость ветви:

 

деформацией планок можно пренебречь

Проверим напряжение в планке:

 кН/см²

 кНсм

 кН

Таким образом прочность обеспечена.

Рис.14

4.2 Расчет базы.

1.  определение размеров плиты в плане.

Определим расчетное сопротивление смятию бетона фундамента:

 кН/см²

где: R_c – призменная прочность (для бетона М-150 R_c=0,7 кН/см²)

ξ – вначале расчета можно приближенно взять 1,2

Требуемая площадь плиты:

 см²

Ширина плиты принимается конструктивно:

 см

Требуемая длина плиты:

 см

где: а – принимается от 100 до 120 мм для размещения плавающей шайбы.

Принимаем L_пл=66 см

2.  определение толщины плиты.

Плита работает как пластинка, опертая на траверсы и нагруженная равномерно-распределенным реактивным давление фундамента.

 кН/см²

Определим максимальные моменты для отдельных участков плиты.

1 участок. Плита работает как пластинка, опертая по контуру:

 кНсм

где: α – коэф. зависящий от отношения более длинной стороны участка а к более короткой b. a/b=46/36=1,28

2 участок. Плита работает как пластинка, опертая по трем сторонам:

 кНсм

где: α – коэф. зависящий от отношения закрепленной стороны а₁ к незакрепленной b₁. так как a₁/b₁=10/36≤0,5, плита проверяется как консоль вылетом а₁.

3 участок. Плита работает как консоль:

 кНсм

Принимаем для плиты сталь С235 (по табл. 51 СНиП II-23-81), тогда R_y=2250 кг/см²

Требуемая толщина плиты:

 см

Принимаем t_пл=40 мм.

3. расчет траверсы.

Требуемая высота траверсы определяется необходимой длиной каждого из четырех швов, соединяющих ее с ветвями колонны.

При k_f=1 см ≤1,2 t_трав=1x1=1 см

 см

Принимаем h_трав=42 см

Проведем приближенную проверку траверсы по прочности:

Нагрузка на единицу длины одного листа траверсы:

 кН/см

Изгибающий момент и поперечная сила в месте приварки к колонне:

 кНсм

 кН

Момент сопротивления сечения листа:

 см³

Проверка прочности:

 кН/см

 кН/см

 кН/см²

Таким образом с запасом прочности усилие в колонне полностью передается на траверсы, не учитывая прикрепление торца колонны к плите.

Прикрепление траверсы к колонне выполняется полуавтоматической сваркой в углекислом газе. Толщину траверс принимаем t_тр = 12 мм , высоту h_тр = 420 мм

 .

Рис. 14

4.3 Расчет оголовка

Шарнирное опирание главных балок выполняется через передачу нагрузки на опорную плиту, через фрезерованные торцевые ребра жесткости.

Ширину опорной плиты принимаем b=58 см, толщина опорной плиты оголовка принимается конструктивно t^/_пл=2 см.

В зависимости от ширины опираемого торца балки принимаем ширину опорного оголовка b_р = 27 см .

Так как, согласно условий задания, фрезирование торцевых поверхностей стержня колонны возможно, то толщина горизонтальных сварных швов принимается конструктивно k_f=1см.

Высоту диафрагмы принимаем из условия прочности сварных швов:

см

Принимаем h_д=42 см.

Требуемую толщину диафрагмы принимаем из условия прочности торца на смятие:

 см

Требуемую толщину диафрагмы принимаем из условия прочности на срез:

 см

Принимаем t_д=2 см

Толщина планок, к которым крепится диафрагма:

 см

Принимаем t_пл=2 см

Проверим прочность диафрагмы и стенки колонны на срез:

 кН/см²

 кН/см²

Заданный оголовок удовлетворяет условиям прочности.

Устройство оголовка см. рис. 14

Рис. 15

 

Литература

1. СНиП II-23-81* «Стальные конструкции».

2. Беленя Е.И. «Металлические конструкции». – М.: Стройиздат,

1985 г.