Обеспечение местной устойчивости стенки главной балки

Местная устойчивость балки включает устойчивость поясов и стенки. Устойчивость поясов обеспечивается при конструировании сечения определенным соотношением размеров.

Устойчивость стенки обеспечивается постановкой поперечных рёбер жесткости. Ребра жесткости служат опорой для крепления балок настила.

Ребра воспринимают местные напряжения от них, поэтому ребра жесткости ставим в сечения, где примыкают балки настила в соответствии со схемой нормальной балочной клетки.

Примем шаг ребер жесткости b равным шагу балок настила b=1м.

Рисунок 10 – Схема расположения ребер жесткости

Считаем условную гибкость стенки.

(2.34)

Расчетный шаг ребер жесткости b зависит от величины условной гибкости.

, то b≤ 2h_w.

, значит b≤ 2h_w=2*160=320 см.

100< 320, следовательно, дополнительные ребра жесткости не нужны, и схема расстановки остается прежней.

Производим расчет приопорного отсека на местную устойчивость. Отсек – это расстояние, ограниченное полками и рёбрами жесткости. Находим расстояние до середины отсека.

Определяем изгибающий момент и поперечную силу

По формуле (2.16) получаем:

По формуле (2.17) получаем:

,

Определяем касательные и нормальные напряжения

,

(2.35)

.

Определяем критические нормальные напряжения, которые возникают при потере устойчивости, σ_cr, кН/см² :

(2.36)

где C_cr – коэффициент, определяемый по таблице в зависимости от δ, определяемого по формуле (2.37):

(2.37)

.

По формуле (2.36) получаем:

Определяем критические касательные напряжения при потере устойчивости стенки:

(2.38)

где R_s – расчетное сопротивление срезу ;

μ – коэффициент, равный отношению большей стороны рассматриваемого отсека к меньшей стороне

.

Проверяем устойчивость на усталостную прочность

(2.38)

где γ_с - коэффициент условий работы конструкции, γ_с=1

условие выполняется.

Проверку устойчивости центрального отсека производим с учетом пластических деформаций по формуле (2.39):

(2.39)

где ;

А_f – площадь пояса, А_f =38*2,5=95 см²

А_f – площадь стенки, А_w =160*1,5=240 см²

Условие устойчивости выполняется.

2.7 Обеспечение общей устойчивости главных балок

Общая устойчивость главной балки считается обеспеченной, если выполняются условия:

1) Верхние пояса балок связываются между собой жестким настилом, непрерывно опирающимся на балки.

Условие выполняется.

2) Отношение расчетного пролета балки к ширине пояса должно быть ограничено в соответствии со СНиП 2-23-81*.

(2.40)

- расчетный пролет главной балки (НБК а=1м).

- коэффициент упругости для сечений, работающих упруго.

, условие выполняется, общая устойчивость балки обеспечена.

2.8 Расчет угловых сварных швов между поясом и стенкой балки

Принимаем для стали марки С 245 по ГОСТ 9467-75* электроды типа Э46 с расчетным сопротивлением .

Для ручной сварки коэффициент сварки .

Определяем катет шва из формулы для определения касательных напряжений:

, (2.41)

.

В соответствии с [2.п.3.9] по условию свариваемости принимаем катет шва

k_f= 8 мм.

2.9 Расчет и конструирование опорного узла главной балки

Опирание главной балки на колонну производится сверху на выступающие части опорных ребер.

Рисунок 11 – Опирание главной балки на колонну

Определим требуемую площадь сечения ребра:

, (2.42)

где – расчетное сопротивление смятию торцевой поверхности:

, (2.43)

где - нормативное сопротивление по пределу прочности [2,п.1.2];

- коэффициент надежности по материалу.

см².

Определяем требуемую толщину опорного ребра:

, (2.44)

где b_d=b’_f =24 см.

,

Окончательно принимаем толщину опорного ребра по сортаменту на листовую сталь 15 мм.

Кроме смятия торца опорное ребро работает на сжатие, поэтому необходимо проверить устойчивость условной стойки. В сечении условной стойки кроме сечения самого опорного ребра входит часть стенки главной балки. Длина этой части определяется по формуле:

(2.45)

Определяем площадь сечения условной стойки:

(2.46)

Проверка устойчивости сводится к выполнению условия:

, (2.47)

где - коэффициент продольного изгиба, зависящий от расчетного сопротивления стали и гибкости λ_z [2,п.4.2].

Таким образом, необходимо определить гибкость:

_, (2.48)

где – радиус сечения условной стойки:

_. (2.49)

где I_z – момент инерции сечения условной стойки,

(2.50)

Тогда по формуле (2.49) получаем:

.

По формуле (2.48) получим:

.

Отсюда .

, условие выполняется.

2.10 Расчет и конструирование укрупнительного стыка главной балки

Стык проектируется в середине пролета балки и осуществляется при помощи 3х накладок пояса и парных накладок стенки на высокопрочных болтах.

Размеры накладок, перекрывающих пояса определяют исходя из:

- суммарная площадь 3хнакладок пояса должны быть не менее его площади;

-длинна накладок определяется из условия расстановки узлов.

Принимаем высокопрочные болты d 20 мм, марки 30Х2НМФА с расчетным сопротивлением на срез R_bun=135 кН/см².

- расчетная несущая способность болта на одну плоскость среза:

(2.51)

где -коэффициент учитывающий работу болта;

- площадь сечения болта;

- коэффициент трения;

- коэффициент учитывающий работу болта на срез.

.

Усилие, которое может возникнуть в верхнем поясе:

(2.52)

Определяем количество болтов с одной стороны стыка:

(2.53)

где – коэффициент учитывающий назначение конструкции;

- число плоскостей трения в стыке пояса.

Болты расставляем в 2 ряда с каждой стороны стыка пояса и по разные стороны стыка стенки.

Окончательная длина накладки должна быть кратна 10 мм.

Определяем изгибающий момент воспринимаемый стенкой

(2.54)

Болты в стыке расставляются вертикальными и горизонтальными рядами. Максимально загруженные болты находятся в дальних от нейтральной оси рядах.

Максимальное усилие в наиболее загруженном болте должно быть:

кН.см

, (2.55)

где h_max – расстояние между наиболее удаленными от нейтральной оси горизонтальными рядами;

т – число вертикальных рядов болтов с каждой стороны стыка;

- сумма квадратов расстояний между равноудаленными от нейтральной оси горизонтальными рядами.

Определяем

, (2.56)

.

Определяем максимальное усилие, приходящееся на крайние болты

Условие прочности не выполняется. Добавляем по одному вертикальному ряду болтов с каждой стороны стыка.

Условие прочности выполнено.

Рисунок 12 – Размещение болтов на монтажном стыке главной балки

3 РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ ЦЕНТРАЛЬНО СЖАТОЙ КОЛОННЫ

Колонна проектируется сквозного сечения, состоящая из двух ветвей, соединенных между собой планками. Сечение одной ветви – прокатный двутавр.

Рисунок 13 –Колонна