Конструирование и расчет опорной части балки.

Различают два вида сопряжения балок с колоннами – опирание сверху и примыкание сбоку. При опирании сверху сопряжение балок и колонн считается шарнирным, т.е. передающим только опорную реакцию. Передача опорной реакции V=Qmax происходит через опорное ребро, которое приваривают к торцу балки по всему контуру их примыкания угловыми швами (рис. 9).

Ширину опорного ребра принимают равной ширине пояса балки в измененном сечении. Нижний торец ребра выступает за грань нижнего пояса на 20 мм (не более 1,5ts) и его поверхность фрезеруется с целью плотного опирания на опорную плиту оголовка колонны, поверхность которой строгается.

Опирание ребра рассчитывается по смятию торцевой поверхности по формуле:

Конструирование и расчет опорной части балки. - student2.ru

где b и t – ширина и толщина опорного ребра;

Rp – расчетное сопротивление смятию торцевой поверхности (при наличии пригонки), принимается по табл. 52* СНиП.

Опорные ребра балок расчитывают на продольный изгиб из плоскости стенки, как условного центрально-сжатого стержня. Расчет ведется на действие опорной реакции. В расчетное сечение этого стержня включается опорное ребро и участок стенки балки шириной Конструирование и расчет опорной части балки. - student2.ru . Расчетная длина стержня принимается равной высоте стенки балки hw.

Для обеспечения местной устойчивости ширина свеса опорного ребра bef к его толщине не должна превышать значений, определенных по табл. 29.

Пример.

Главная балка опирается на колонну сверху и через опорное ребро, приваренное к торцу балки, передает на нее опорную реакцию V = Qmax =1434кН; Rp = 336 МПа (табл. 52*).

Принимается конструкцию опорной части по варианту (рис. 9). Конструирование и расчет опорной части балки. - student2.ru

Рис.9. К расчету опорной части балки.

Ширина опорного ребра принимается равной ширине пояса балки bp = Конструирование и расчет опорной части балки. - student2.ru = 280 мм.

Определяется толщина ребра из условия прочности на смятие торцевой поверхности:

Конструирование и расчет опорной части балки. - student2.ru

Принимается ребро из листа 280 х 16 и проверяется устойчивость опорной части:

площадь сечения условной стойки (рис. 9, сечение а-а)

Конструирование и расчет опорной части балки. - student2.ru

где Конструирование и расчет опорной части балки. - student2.ru

Вычисляется момент инерции сечения относительно оси х1 (рис. 9), без учета момента инерции участка стенки (ввиду малости), радиус инерции сечения и гибкость стойки с расчетной длиной равной высоте стенки.

Конструирование и расчет опорной части балки. - student2.ru

По табл.72 в зависимости от значений lx1 = 27 и Ry = 240 МПа определяется значение коэффициента продольного изгиба j = 0,94.

Проверяется устойчивость опорного ребра:

Конструирование и расчет опорной части балки. - student2.ru

Проверяется местная устойчивость опорного ребра (табл. 29*):

Конструирование и расчет опорной части балки. - student2.ru

Местная устойчивость ребра обеспечена.

Выполняется расчет угловых швов сварного соединения опорного ребра со стенкой (сварка полуавтоматическая сварочной проволокой Св-08ГА, d = 1,4…2 мм):

по металлу шва:

Конструирование и расчет опорной части балки. - student2.ru

по металлу границы сплавления:

Конструирование и расчет опорной части балки. - student2.ru

Минимальный катет шва по табл. 38* kf min = 5мм.

Минимальный катет флангового шва из условия lw £ 85×bf×kf:

Конструирование и расчет опорной части балки. - student2.ru

Окончательно принимается катет шва kf = 8 мм.

Расчет и конструирование

Укрупнительного монтажного стыка балки

На высокопрочных болтах.

Укрупнительный монтажный стык желательно проектировать совмещенным (стенка и полки балки стыкуются в одном сечении) в середине пролета главной балки. Каждый пояс главной балки в месте стыка перекрывается тремя накладками. Ширина верхней накладки принимается равной ширине пояса bf, а нижних – bf /2 – 20...40 мм. Толщина накладок устанавливается таким образом, чтобы суммарная площадь их поперечного сечения была не менее площади сечения пояса балки. Стенка перекрывается двумя листовыми накладками с толщиной равной толщине стенки, tw.

Высокопрочные болты изготавливаются в различном климатическом исполнении из сталей 40Х «Селект», 38ХС, 30Х3МФ, 30х2НМФА, диаметром от 16 до 48 мм. Наиболее распространенными являются высокопрочные болты из стали марки 40Х «Селект» по ТУ 14-1-1237-75.

Болты следует размещать в соответствии с табл. 39 п.12.19*, а именно шаг между центрами болтов в соединении устанавливается: минимальный – 2,5d, максимальный – 8d и 12t; расстояния от центра болта до края накладки: минимальное вдоль усилия – 2d, поперек усилия – 1,5d, максимальное 4d и 8t, где d – диаметр отверстия для болта; t – толщина наиболее тонкого наружного элемента. Для облегчения пользования кондукторами для сверления отверстий шаг и дорожки необходимо применять кратными 40 мм.

Пример.

Укрупнительный стык размещается в середине пролета балки (х = 7,5 м). Усилия M и Q в расчетном сечении: М1 = 5377,5 кН×м; Q1 = 0 (см. п. 2.8). Конструкция стыка представлена на рис.10.

Каждый пояс балки перекрывается тремя листовыми накладками – одной сверху и двумя снизу. Сечение верхней накладки принимается 500 х 14 мм, а нижних – 220 ´ 14 мм. Суммарная площадь сечения накладок:

Ан = (50 +2×22)×1,4 = 131,6 см2 > Af =50×2,0 = 100 см2.

Стенка балки перекрывается двумя листовыми накладками с толщиной равной толщине стенки, tw = 12 мм.

Конструирование и расчет опорной части балки. - student2.ru

Рис. 10. Монтажный стык на высокопрочных болтах.

Стык осуществляется высокопрочными болтами диаметром 20 мм из стали 40Х "селект", с временным сопротивлением материала болта разрыву Rbun = 1100 МПа (табл. 61); обработка поверхности газопламенная. Несущая способность одного высокопрочного болта, имеющего две плоскости трения:

Конструирование и расчет опорной части балки. - student2.ru

где Rbh = 0,7×Rbun = 0,7× 1100 = 770МПа – расчетное сопротивление растяжению высокопрочных болтов;

gb = 1 – коэффициент условий работы соединения (п. 11.13*при n > 10);

m = 0,42 – коэффициент трения, принимаемый по табл. 36* для газопламенной обработки соединяемых поверхностей;

где k = 2 – количество поверхностей трения соединяемых элементов;

gh = 1,12 – коэффициент надежности (способ регулирование натяжения болтов по моменту закручивания), принимаемый по табл. 36*[2];

Abh = 2,45 см2 – площадь сечения болта нетто, определяемая по табл. 62*.

Стык поясов.

Расчетное усилие на стык поясных листов:

N = Ry × Af = 240×50×2,0×(100) = 2400000 Н = 24000 кН.

Требуемое количество высокопрочных болтов в соединении на полунакладке:

Конструирование и расчет опорной части балки. - student2.ru

Принимаются 18 болтов и размещаются согласно рис. 10.

Проверяется ослабление нижнего растянутого пояса отверстиями под болты d = 23 мм (на 3 мм больше диаметра болта). Пояс ослаблен двумя отверстиями по краю стыка:

An.нт = tf×(bf - n×d0) = 2×(50 - 2×2,3) = 90,8 см3 >

> 0,85×bf×tf = 0,85×50×2 = 85 см2,

поэтому ослабление пояса отверстиями можно не учитывать.

Проверяется ослабление накладок в середине стыка четырьмя отверстиями:

Ан.н = Ан – 2×n×do×tн = 1,4×(50 + 2×22) – 2×4×2,3×1,4 =105,8 см2 >

>0,85×bf×tf = 0,85×50×2 = 85 см2,

Стык стенки.

Изгибающий момент, действующий на стенку, определяется по формуле:

Конструирование и расчет опорной части балки. - student2.ru

Поперечная сила Q = 0.

Принимается расстояние между крайними по высоте рядами болтов

amax = hw – (12… 18) = 170 – 18 = 152 см.

Задается число горизонтальных рядов болтов К = 20, устанавливаем расстояние между болтами по вертикали:

Конструирование и расчет опорной части балки. - student2.ru

Максимальное горизонтальное усилие от изгибающего момента, действующее на каждый крайний наиболее нагруженный болт:

Конструирование и расчет опорной части балки. - student2.ru

где m = 2 – количество вертикальных рядов болтов на полу накладки;

Sai2 = 1522 + 1362 + 1202 + 1042 + 882 + 722 + 562 + 402 + 242 +82 = 84728 см2.

Усилие на один болт от действия поперечной силы V = 0, так как Q = 0.

Равнодействующее усилие от момента и поперечной силы в наиболее напряженных крайних болтах стенки:

Конструирование и расчет опорной части балки. - student2.ru

прочность стенки обеспечена.

Наши рекомендации