С целью снижения расхода стали используем закритическую работу стенки, принимая ее толщиной 8мм.

Включаем в расчетное сечение два крайних участка стенки шириной

Расчетная площадь сечения стенки:

Требуемая площадь сечения одной полки двутавра:

,

Так как ранее принятая толщина полки t_f = 16 мм, ширина полки

,

окончательно примем b_f = 48см.

Получим следующее сечение



Рис.25. Сечение верхней части колонны.

По табл. 29 СНиП устойчивость полки обеспечена, так как

.

Геометрические характеристики сечения:

- площадь поперечного сечения

см²;

- расчетная площадь сечения с учетом только устойчивой части стенки

см²;

- момент инерции сечения относительно оси х-х

см⁴;

- момент инерции сечения относительно оси у-у

см⁴;



- радиус инерции сечения относительно оси х-х

см;

- радиус инерции сечения относительно оси у-у

см;

- момент сопротивления

см³;

- ядровое расстояние

см.

Гибкости стержня верхней части колонны:

,

;

,

.



5.2.2 Проверка устойчивости в плоскости действия момента

Относительный эксцентриситет:

.

Отношение площадей полки и стенки:

.

=1,1 =(1,9-0,1m)-0.02(6-m) =(1.9-0.1*4.4)-0.02(6-4.4)1.48=0,093

По таблице находим, что коэффициент влияния формы сечения = 0,093 Тогда приведенный относительный эксцентриситет:

.

По таблице находим, что коэффициент _е = 0,716.

Проверим устойчивость

.

5.2.3 Проверка устойчивости из плоскости действия момента

Эту проверку выполним по формуле:

,



где _у - коэффициент устойчивости, при _у = 42.1 по табл. 72 СНиПа _у = 0.879

с - коэффициент, учитывающий влияние момента М_х при изгибно-крутильной форме потере устойчивости.

Для определения т_х найдем максимальный момент в средней части расчетной длины стержня при сочетании нагрузок 1, 2, 3*, 4(-), 5*.

Рис.26. К определению расчётного момента М_х.

За расчетный примем максимальный момент в пределах средней трети расчетной длины. Проверка:

кНм.

Тогда

.

При т_х < 5



,

где , , - коэффициенты.

При 1 < m_x < 5, = 0,65 + 0,05m_x = 0,65 + 0,053.42= 0,821.

При > 3,14, = .

.

.

В запас несущей способности в расчет включаем редуцированную площадь:

.

Так как m_ef < 20 и верхняя часть колонны не имеет ослабления сечения, то выполнять проверку несущей способности колонны нет необходимости.

5.3 Подбор сечения нижней части колонны

Подкрановую ветвь колонны принимаем из прокатного двутавра с параллельными гранями полок, а наружную - в виде сварного швеллера

Предварительно примем, что ось симметрии наружной ветви отстает от торца на z₀ = 5 см. Тогда расстояние между центрами тяжести ветвей

см.



Положение центра тяжести сечения нижней части колонны определим по формуле:

см,

см.

Усилия в ветвях:

- в подкрановой ветви

кН;

- в наружной ветви

кН.

5.3.1 Компоновка сечения

Для фасонного проката толщиной до 20 мм расчетное сопротивление растяжению, сжатию, изгибу по пределу текучести R_y = 24 кН/см². В первом приближении коэффициент = 0,8.

Для подкрановой ветви:

см².

По сортаменту принимаем двутавр 60Б1 с А_В1 = 135.26 см², i_x1 = 4.83 см, i_y = 24.13 см.



Для наружной ветви:

см².

Для удобства прикрепления элементов решетки просвет между внутренними гранями полок принимаем таким же, как в подкрановой ветви (516 мм). Толщину стенки для удобства ее соединения встык с полками верхней части колонны принимаем t_w = 14 мм, а ширину стенки из условия размещения швов h_w = 580 мм.

Требуемая площадь полок

см².

Из условия устойчивости полок b_f / t_f < 15. Принимаем b_f = 22 см, t_f = 2 см.

Тогда

см².

Геометрические характеристики наружной ветви:

- площадь поперечного сечения:

см²;

- ордината центра тяжести:



см;

- момент инерции относительно оси 2-2:

см⁴;

- момент инерции относительно оси у-у:

см⁴;

- радиус инерции сечения относительно оси 2-2:

см;

- радиус инерции сечения относительно оси у-у:

см.

Уточним положение центра тяжести сечения нижней части колонны:

см;

см,

см.



Отличие от первоначально принятых размеров мало, поэтому усилия в ветвях не пересчитываем.

Рис.27. Сечение нижней части колонны.

5.3.2 Проверка устойчивости ветвей

Из плоскости рамы.

Подкрановая ветвь:

,

.

По таблице находим, что коэффициент _у = 0,866.

Тогда

.

Наружная ветвь:



,

.

По таблице находим, что коэффициент _у = 0,854.

.

Рис.28. Принятое сечение нижней части колонны.

В плоскости рамы.

Из условия равноустойчивости подкрановой ветви в плоскости и из плоскости рамы определим требуемое расстояние между узлами решетки:

;

см.



Принимаем длину панели

l_B1 = 200 см, разделив нижнюю часть колонны на целое число панелей.

Проверим устойчивость ветвей в плоскости рамы (относительно осей х1-х1 и х2-х2).

- для подкрановой ветви:

- устойчивость обеспечена.

- для наружной ветви:

- устойчивость обеспечена.

5.3.3 Расчет решетки подкрановой части колонны

Поперечная сила в сечении колонны Q_max = 237.31кН.

По формуле СНиП II-23-81 определим условную поперечную силу:

.

Для стали С245 по табл. 8.2 учебника примерно определим, что

кН < Q_max = 237.31 кН,

следовательно, расчет решетки проводим на действие Q_max.

Угол наклона раскоса определим графически: = 55^о, поэтому усилие сжатия в раскосе:



кН.

Зададим, что гибкость раскоса _d = 100. По таблице находим, что коэффициент = 0,547. Тогда требуемая площадь сечения раскоса:

см².

Принимаем равнополочный уголок 100х8, для него A_d = 15.6 см², i_min = 1,98 см. Тогда максимальные гибкость и условная гибкость:

;

.

По таблице находим, что коэффициент _у = 0,604.

Получим

кровля покрытие стропильный ферма

5.3.4 Проверка устойчивости колонны в плоскости действия момента как единого стержня

Геометрические характеристики всего сечения:



см²;

см⁴;

см;

.

Определим приведенную гибкость:

,где

A_d1 - площадь сечения раскосов в одном сечении,

равняется 2A_d = 213.8 = 27.6 см²;

- коэффициент, зависящий от угла наклона раскосов при

,

,

Условная приведенная гибкость:

.

Для комбинации усилий, догружающую наружную ветвь (сечение 4-4),

N₂ = -1662.48 кН; М₂ = 3790.04 кНм относительный эксцентриситет:



.

По таблице находим, что коэффициент _е = 0,740

.

Для комбинации усилий, догружающих подкрановую ветвь (сечение 3-3),

N₁ = -3282 кН; М₁ = -1463.4кНм:

.

По таблице находим, что коэффициент _е = 0,558.

.

Устойчивость сквозной колонны как единого стержня из плоскости действия момента проверять нет необходимости, так как она обеспечена проверкой устойчивости отдельных ветвей.

5.4 Расчет и конструирование узла сопряжения верхней и нижней частей колонны

Расчетные комбинации в сечении над уступом:

1) M =+585.1 кНм; N = - 855 кН (загружение 1, 3, 4(+)).

2) М = -477.6 кНм; N = -1308.6 кН (загружение 1, 2)

Давление кранов D_max = 2246,6 кН.

Прочность стыкового шва (Ш1) проверяем в крайних точках сечения надкрановой части.

Первая комбинация М и N (сжата наружная полка):

- наружная полка:

- внутренняя полка:

Вторая комбинация М и N (сжата внутренняя полка):

- наружная полка:

- внутренняя полка:

расчетное сопротивление стыкового шва при растяжении.

Прочность шва обеспечена с большим запасом.

Толщину стенки траверсы определяем из условия ее смятия:

,



где R_p - расчетное сопротивление смятию торцевой поверхности

R_un - временное сопротивление стали разрыву, принимаем R_un = 37 кН/см²;

l_ef - определяемая по формуле:

,

где b_о.р. - ширина опорных ребер балок;

t_пл - толщина плиты, принимаем равной 20 мм.

Получим:

см;

см.

Учитывая возможный перекос опорного ребра, примем толщину стенки траверсы t_w = 18 мм.

При второй комбинации М и N усилия во внутренней полке:

кН.

Для сварки применяем полуавтоматическую сварку проволокой СВ-08Г2С диаметром d = 2 мм. Расчетное сопротивление углового шва условному срезу по металлу шва кН/см²

Расчетное сопротивление углового шва условному срезу по металлу границы сплавления:

кН/см².



_f = 0,9 - по металлу шва;

_z = 1,05 - по металлу границы сплавления.

Определим, какое сечение в соединении является расчетным:

кН/см²,

следовательно расчетным является сечение по металлу границы сплавления.

Принимаем катет шва k_f = 6 мм. Тогда длина шва крепления вертикального ребра траверсы к стенке траверсы (Ш2):

см <

< см.

В стенке подкрановой ветви делаем прорезь, в которую заводим стенку траверсы.

Для расчета шва крепления траверсы к подкрановой ветви (Ш3) составляем комбинацию усилий, дающую наибольшую опорную реакцию траверсы.

Такой комбинацией будет сочетание 1, 2, 3*, 4(-),5*: N = 1263 кН, М = -78,4 кНм.

Рассчитаем швы Ш3 на усилие:

кН.

Примем катет шва k_f = 8 мм, тогда требуемая длина шва:



см.

Из условия прочности стенки подкрановой ветви в месте крепления траверсы определим высоту траверсы h_тр по формуле:

,

где t_w1 - толщина стенки двутавра подкрановой ветви, по сортаменту 10,5 мм;

R_S - расчетное сопротивление стали сдвигу кН/см², Тогда

см.

Принимаем высоту траверсы h = 100 см.

Максимальная поперечная сила в траверсе с учетом усилия от кранов возникает при комбинации усилий 1,2, 3*, 4(-),5*:

кН.

Здесь k = 1,2 - коэффициент, учитывающий неравномерную передачу усилий D_max.

Проверим на срез стенку подкрановой ветви в месте крепления траверсы:



5.5 Расчет и конструирование базы колонны

Расчетные комбинации усилий в нижнем сечении колонны (сечение 4-4):

1) М₂ = 1662,48 кНм; N₂ = -3970,04 кН (для расчета базы наружной ветви);

2) М₁ = -78,45 кНм; N₁ = -3381,8 кН (для расчета базы подкрановой ветви сочетание 1,3,4(-),5). Снеговая нагрузка разгружает подкрановую ветвь поэтому ее значение не учитываем.

Усилия в ветвях:

- в подкрановой ветви

кН;

- в наружной ветви

кН.

База наружной ветви

Требуемая площадь плиты базы наружной ветви колонны

,



где - коэффициент, зависящий от характера распределения местной нагрузки по площади смятия, при равномерно распределенной нагрузке = 1;

R_b,loc - расчетное сопротивление смятию:

,

где R_b - расчетное сопротивление тяжелого, мелкозернистого и легкого бетонов для предельных состояний первой группы на осевое сжатие, для бетона класса В15

R_b = 0,85 кН/см²;

- коэффициент для расчета на изгиб, зависящий от характера операния плит, для бетонов класса ниже В25 =1;

,

принимают не более 2,5 для бетонов класса выше В7,5,

потому в нашем случае _b = 1,2.

кН/см².

Получим

см².



По конструктивным соображениям с₂ должен быть не менее 4 см. Тогда

см,

принимаем B = 65см.

см,

принимаем L = 55 см.

Тогда

см² > A_тр = 3301,3 см².

Среднее напряжение в бетоне под плитой

кН/см².

Из условия симметричного расположения траверс относительно центра тяжести ветви расстояние между траверсами равно

При толщине траверсы 12 мм



Рис.29. К расчёту базы наружной ветви колонны.

Плита работает на изгиб, как пластинка, опертая на соответствующее число сторон. Нагрузкой является отпор фундамента. В плите имеются 4 участка.

На участке 1 плита работает как консоль со свесом с = с₁ = 5,3 см.

Изгибающий момент:

кНсм.

Участок 2 - консоль со свесом с = с₂ = 5,0 см.

Изгибающий момент:

кНсм.

Участок 3 работает по схеме - пластинка, опертая на четыре канта. Соотношение сторон



> 2,

Изгибающий момент:

кНсм.

На участке 4 плита работает как пластинка, опертая на три канта. Соотношение сторон:

> 2,

то есть плиту можно рассматривать как однопролетную балочную, свободно лежащую на двух опорах.

Изгибающий момент:

кНсм.

Требуемая толщина плиты подбирается по максимальному изгибающему моменту, принимая материал плиты - сталь С345, для которой расчетное сопротивление R_y = 32,5 кН/см², тогда

см,

принимаем толщину базы 34 мм.

Считаем что усилие на плиту передается только через швы, прикрепляющие ствол колонны к траверсам и не учитываем швы, соединяющие ствол колонны непосредственно с плитой базы. Это упрощение идет в запас прочности.

Траверса работает на изгиб, как балка с двумя консолями. Высота траверсы определяется из условия прочности сварного соединения траверсы с колонной.

Рассчитаем угловые швы на условный срез.

Для сварки применяем полуавтоматическую сварку проволокой Св-08Г2С диаметром d =2 мм

Принимаем катет шва k_f = 8 мм. Тогда требуемая длина шва:

см.

Принимаем высоту траверсы h_тр =60 см.

База подкрановой ветви.

Требуемая площадь плиты базы наружной ветви колонны

см².

Считая, что В останется тем же, что и для базы наружной ветви, получим

см,

принимаем конструктивно L = 30см.

см² > A_тр = 1526,4 см².



Среднее напряжение в бетоне под плитой

кН/см².

Так как значение отпора бетона фундамента и линейные размеры всех расчетных участков плиты базы подкрановой ветви меньше соответствующих величин для базы наружной ветви, то нет причины подбирать фундаментную плиту заново. Поэтому примем толщину плиты t_f = 40 мм.

Расчет анкерных болтов крепления подкрановой ветви

Расчетные нагрузки:

N_min = -1088 кН М_соотв = 787,1 кНм;.

Усилие в анкерных болтах:

кН.

Расчетные нагрузки:

М_max = 983,8 кНм;.N_соотв= -1360 кН

Усилие в анкерных болтах:

кН.



Примем анкерные болты из стали класса С235.

Расчетное сопротивление болтов R_b = 18,5 кН/см².

Требуемая площадь сечения болтов:

см².

Принимаем два болта d=30мм с площадью поперечного сечения нетто

А_bn = 5,6х2=11,2 см².

Усилие в анкерных болтах наружной ветви меньше. Из конструктивных соображений принимаем такие же болты.



6. Расчет и конструирование подкрановой балки

Пролет подкрановой балки 12 м.

Пролет здания 36 м.

Кран грузоподъемностью 100т.

Режим работы крана - тяжёлый (7К).

Материал балки - сталь класса С255. По таблице находим, что расчетное сопротивление растяжение, сжатию и изгибу по пределу текучести при t < 20 мм равняется R_y = 24 кН/см².

Расчетное сопротивление сдвигу:

кН/см².

Коэффициент надежности по назначению

6.1 Сбор нагрузок на подкрановую балку

Для мостового крана грузоподъемностью 100 т рекомендована следующая тележка:

По ГОСТу на мостовые краны находим, что нормативное значение максимального давления колеса крана F_К1ⁿ = 446 кН, F_К2ⁿ = 456 кН. Вес тележки G_T = 412 кН. Тип кранового рельса - КР-120.

Для кранов режима работы 7К поперечное горизонтальное усилие на колесе при расчете подкрановых балок:

кН;

кН;

Расчетные усилия на колесе крана:

кН;

кН;

кН;

кН.

Здесь k - коэффициент динамичности, зависящий от режима работы и пролета подкрановой балки.

- коэффициент надежности по нагрузке

6.2 Определение расчетных усилий

По нормам, расчетный крановый пояс состоит из 2-х максимально сближенных кранов с тележками в крайних положениях с наибольшим грузом на крюках и движущихся с максимальной скоростью. Это маловероятно, и поэтому вводится коэффициент сочетания нагрузки , который равен 0,95.

Установим два сближенных крана в невыгоднейшее положение, при котором в балке будут возникать наибольшие изгибающие моменты от вертикальных и горизонтальных сил.



Расчетный момент от вертикальной нагрузки

кНм;

то же от горизонтальной нагрузки

кНм;

здесь - коэффициент, учитывающий влияние собственного веса подкрановых конструкций;

Установим краны так, чтобы поперечные силы были наибольшими.

Расчетные значения вертикальной и горизонтальной поперечных сил:

кН;

кН.



6.3 Подбор сечения подкрановой балки

Принимаем подкрановую балку симметричного сечения с тормозной конструкцией в виде листа из рифленой стали t = 6 мм и швеллера № 36.

Влияние горизонтальных поперечных нагрузок на напряжение в верхнем поясе подкрановой балки можно учесть коэффициентом :

,

здесь высоту балки примерно принимаем ;

а ширину сечения тормозной конструкции .

Материал подкрановой балки - сталь С255.

Для нее по таблице определим, что расчетное сопротивление растяжению, сжатию и изгибу по пределу текучести R_y = 24 кН/см² (t = 10 - 20 мм).

Требуемый момент сопротивления:

см³.

Зададимся гибкость стенки подкрановой балки

Оптимальная высота балки

см.

Минимальная высота балки



см.

кНм

момент от загружения балки одним краном

=500 - обратная величина допустимого относительного прогиба (для кранов 7К).

Принимаем h_b = 150 см.

Задаемся толщиной полок t_f = 30 мм, тогда

см.

Из условия среза стенки силой Q_х запишем:

.

кН/см² - расчетное сопротивление стали сдвигу

-гибкость стенки

см.

Из условия устойчивости:

см.



Принимаем t_w = 10 мм.

Размеры поясных листов определим по формулам:

см⁴;

см⁴.

Требуемая площадь полки:

см².

Принимаем пояс из листа сечения 30420 мм, А_f =126 см².

Устойчивость пояса обеспечена, так как

.

Рис.25. Сечение подкрановой балки.



Проверка прочности сечения.

Определяем геометрические характеристики принятого сечения относительно оси х-х:

см⁴

см³

Геометрические характеристики тормозной балки (в ее состав входят верхний пояс, тормозной лист и швеллер).

Расстояние от оси подкрановой балки до центра тяжести сечения:

Проверим нормальные напряжения в верхнем поясе (точка А):

Прочность стенки на действие касательных напряжений на опоре обеспечена, так как принятая толщина стенки больше определенной из условия среза.

Жесткость балки также обеспечена, так как h_b > h_min.

Проверим прочность стенки балки от действия местных напряжений под колесом крана:

- для кранов режима работы 7К

- расчетная нагрузка на колесе крана без учета динамичности

- условная (расчетная) длина распределения усилия, зависит от жесткости пояса, рельса и сопряжения пояса со стенкой.

- коэффициент, учитывающий степень податливости сопряжения пояса и стенки (для сварных балок)

- сумма собственных моментов инерции пояса и кранового рельса или общий момент инерции в случае приварки рельса швами, обеспечивающими совместную работу рельса и пояса.

- момент инерции рельса КР-120.

Размещено на Allbest.ru