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:
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 . 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).
Рис.9. К расчету опорной части балки.
Ширина опорного ребра принимается равной ширине пояса балки bp = = 280 мм.
Определяется толщина ребра из условия прочности на смятие торцевой поверхности:
Принимается ребро из листа 280 х 16 и проверяется устойчивость опорной части:
площадь сечения условной стойки (рис. 9, сечение а-а)
где
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.
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:
Проверяется местная устойчивость опорного ребра (табл. 29*):
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:
по металлу границы сплавления:
Минимальный катет шва по табл. 38* kf min = 5мм.
Минимальный катет флангового шва из условия lw £ 85×bf×kf:
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.
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:
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:
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:
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:
Максимальное горизонтальное усилие от изгибающего момента, действующее на каждый крайний наиболее нагруженный болт:
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:
прочность стенки обеспечена.