Проектирование прокатных балок

Размещено на http://www.allbest.ru/

1.Исходные данные

hn = 6,6м

кН/

Сопряжение балок - этажное.

Проектирование настила.

При нагрузке кН/ назначают толщину настила

Пролет настила:

Шаг балок настила равен:

Рисунок 1 - Пролет настила



Главная балка на монтаж отгружается двумя отправочными марками, равной длины.

Рисунок 2 - Главная балка

Рисунок 3 - Схема элементов рабочей площадки

2. Проектирование прокатных балок (балки настила в балочной клетке)

2.1 Статический расчет

Сбор нагрузок производится на рядовую балку настила грузовой площади на LБН=500 см.

1) Нормативная погонная нагрузка на балку настила.

2) Расчетная погонная нагрузка на балку настила.

=1?(17?1.2+0.71?1.05)?1?1.02=21.57 кН/м

3) Расчетная схема балки настила (балка разрезная, однопролетная).

Рисунок 4 - Расчетная схема балки настила

2.2 Конструктивный расчет

Цель: определение сечения, соответствующего 1 и 2 группам предельных состояний (то есть прочности и жесткости).

1) Выбор стали.

По табл.50 СНиП «Строительные конструкции»:

С255 (ГОСТ 27772-88)

2) Работа прокатных балок. Расчетная формула.

Балка работает на изгиб. Балки изготавливают из углеродистых пластичных сталей нормальной прочности.

Расчетная формула:

3) Подбор сечения по требуемому моменту сопротивления сечения по , который выражаем из расчетной формулы:

В сортаменте по выбираем профиль и номер балки:

І 25Б1 (ТУ) (ГОСТ АСЧМ-20-93)

Рисунок 5 - вырезка из ГОСТ АСЧМ-20-93

4) Геометрические характеристики сечения:

Рисунок 6 - Сечение балки настила

5) Проверки по первой группе предельных состояний (балки настила проверяем только на прочность по нормальным и касательным напряжениям).

По нормальным напряжениям

По длине: посередине (в области максимального момента)

По высоте: в крайних волокнах.

Прочность обеспечена, если выполняется условие:

Следовательно, прочность обеспечена.

Рациональность подбора сечения определяется коэффициентом недонапряжений:

Вывод: сечение подобрано рационально.

По касательным напряжениям:

По длине: в области опоры

По высоте: посередине высоты

Прочность по касательным напряжениям обеспечена, если выполняется условие:

Вывод: прочность обеспечена.

Проверка по 2 группе предельных состояний (по деформациям).

По табл. Е1 СП «Нагрузки и воздействия» для

При L=6м ,

при L=3м ,

интерполируем: =2,78 см

Следовательно, деформации в пределах нормы, жесткость обеспечена.



3. Проектирование сварной составной балки (главная балка в балочной клетке)

3.1Сбор нагрузок

3.1.1 Нормативная погонная, равномерно-распределенная.

3.1.2 Расчетная погонная нагрузка на балку настила.

=1?(17?1.2+0.71?1.05+0,26?1,05)?5?1.02=109,24 кН/м

3.1.3Расчетная схема балки настила (балка разрезная, однопролетная).

Рисунок 7 - Расчетная схема балки настила

Расчетные усилия:

3.2 Конструктивный расчет

Цель: определение сечения, соответствующего 1 и 2 группам предельных состояний (то есть прочности и жесткости).

3.2.1 Выбор стали.

По табл.B5 СНиП «Строительные конструкции»:

С255 (ГОСТ 27772-88)

3.2.2 Расчетная формула.

Условие прочности по нормальным напряжениям при расчете по упругой работе:

3.2.3 Подбор сечения:

1) основного

Определим требуемый момент сопротивления сечения:

Если бы это был прокат, то сечение можно было бы подобрать по сортаменту, но так как балка составная сварная, то нужно компоновать, начиная с высоты.

Высота ориентировочная (в первом приближении):

Толщина стенки:

Принимаем в соответствии с ГОСТ 19903-74*.

Из условия экономичности материала определим оптимальную высоту балки:

Из условия жесткости определим минимальную высоту:

Высоту главной балки назначаем с условиями:

Принимаем ; .

Требуемый момент ширины сечения:

Принимаем толщину пояса:

Принимаем

Рисунок 8 - Основное сечение главной балки



Требуемая площадь пояса:

Ширина пояса основного сечения:

h/6 ? ? h/3

23.3 см ? ? 46.7 см ; принимаем ширину пояса .

3.3 Геометрические характеристики основного сечения балки

Площадь пояса:

Площадь стенки:

Момент инерции сечения:



Компонуем измененное сечение ( в области опор).

Ширина пояса измененного сечения:

Принимаем



4. Геометрические характеристики измененного сечения

Рисунок 9 - Измененное сечение главной балки

Площадь пояса:

Площадь стенки:

Момент инерции сечения:



5. Проверки по 1 группе предельных состояний

5.1 Проверки прочности

5.1.1 По нормальным напряжениям:

По длине: посередине пролета

По высоте: в крайних волокнах по основному сечению.

Прочность обеспечена, если выполняется условие:

Следовательно, прочность обеспечена.

Рациональность расчета определяется коэффициентом недонапряжений:

Вывод: сечение скомпоновано рационально.

Расчетное сопротивление стыкового шва зависит от наличия или отсутствия контроля качества шва. Назначаем контроль качества шва, тогда:

Измененное сечение проверяем на прочность по нормальным напряжениям, если расчетное усилие изгибающего момента на раcстоянии x от опоры:

Принимаем ,

По длине: на расстоянии х от опоры

По высоте: в крайних волокнах.

Прочность обеспеченна если:

Следовательно, прочность обеспечена.

5.1.2 Проверка прочности по касательным напряжениям.

По длине: в области опор в зоне

По высоте: посередине.

Прочность обеспечена, если:

Следовательно, прочность обеспечена.



5.1.3 Проверка по местным напряжениям.

Прочность обеспечена, если выполняется условие:

Следовательно, прочность обеспечена.

балка сварной составной проектирование

5.1.4 Проверка по приведенным напряжениям

Рисунок 10 - Расчетная схема главной балки

Следовательно, прочность обеспечена.



6. Проверки устойчивости

6.1 Проверка и обеспечение общей устойчивости главной балки.

- определяется по таблице 11 [1]:

- расстояние между связями (расстояние между балками настила)

0.02.

Следовательно, прочность обеспечена.

6.2 Проверка местной устойчивости пояса

Устойчивость пояса обеспечена, если выполняется условие:

Следовательно, устойчивость обеспечена.

6.3 Проверка местной устойчивости стенки

Критерием устойчивости стенки является ее условная гибкость.

- условная гибкость стенки.

3,78, следовательно необходима установка поперечных ребер

Шаг поперечных ребер:

Принимаем a=2м.

Определяем ширину стенки:

Принимаем

Определим толщину стенки:

Принимаем .

Рисунок 11 - Главная балка с установленными на ней поперечными ребрами жесткости

Проверяем стенку на устойчивость по условию формулы 79 [1].

Выбираем расчетный отсек:

Рисунок 12 - Расчетный отсек

Расчетные усилия:

Нормальные напряжения на расстоянии на уровне поясных швов:

Касательные напряжения:

Определяем критические напряжения по [1]:

где

Первая проверка:

Определим

=(по таблице 14; a/hef=200/134=1.49;

Рисунок 13 - Вырезка из СНиП II-23-81*

Интерполируем:

	1.4	1.49	1.6
0.20	12.1	11,74	11.3
0.22		10,94
0.25	10.0	9,73	9.4

при a/hef=1.49 и =0,2 c1=12,1-

при a/hef=1.49 и =0,25 c1=10,0-

при a/hef=1.49 и =0,22 c1=11,74-

=(по таблице 15; a/hef=200/134=1.49;

Рисунок 14 - Вырезка из СНиП II-23-81*

Интерполируем:

	1.4	1.49	1.6
1	1,56	1,56	1,56
1,77		1,78
2	1,84	1,84	1,85

при a/hef=1.49 и =1,77 c2=1,56+

Определим =32,71 кН/см2

Определим нормальные критические напряжения по формуле 75 [1]:

для первой проверки определим по таблице 16 [1]:

Рисунок 15 - Вырезка из СНиП II-23-81*

Интерполируем

при a/hef=1.49 ссr=52.8+

=171.84 кН/см2

0.351.

Вторая проверка:

Для второй проверки принимаем:

a1=0.67*134=89.78 (т.к. a/hef>1,33)

=(по таблице 14; a1/hef=89.78/134=0.67;

Рисунок 16 - Вырезка из СНиП II-23-81*

Интерполируем:

	0,67
0,2	23,5
0,22	22,22
0,25	20,3

при a/hef=0,67 и =0,22 c1=23,5+

=(по таблице 15; a1//hef=89.78/134=0.67;

Рисунок 17 - Вырезка из СНиП II-23-81*

Интерполируем:

	0,67
1	1,56
1,77	1,60
2	1,64

при a/hef=0,67 и =1,77 с2=1,56+

кН/см2

для второй проверки определим по таблице 12 [1]:



Рисунок 18 - Вырезка из СНиП II-23-81*

Интерполируем:

при =1,77 сcr=31.5 +

=99.26 кН/см2

0.661.

Следовательно, местная устойчивость стенки обеспечена.



7. Проверка балки по деформациям

Рисунок 19 - Прогиб главной балки

- прогиб главной балки посередине пролета.

см

определим по табл.Е1 СНиП «Нагрузки и воздействия»:

Условие:

Следовательно, прочность обеспечена.

Проектирование узлов главной балки.

Стык на высокопрочных болтах.

Главная балка на монтаж отгружается двумя отправочными марками, равной длины.

Рисунок 20 - Стык главной балки. Эпюра моментов, поперечной силы

Расчетные усилия (пропорционально жесткостям):

- для стыка поясов

Таким образом, расчетным усилием для стыка будет являться Mmax.

Определим толщину поясных и стеновых накладок:

,

Таким образом,

Принимаем ГОСТ 19903-74*.

Принимаем ГОСТ 19903-74*.

Сталь накладок принимаем по ГБ С255 [1].

Рассчитаем болтовое соединение:

(так как точность болта C); Ab=3.14см2; Abn=2.45см2

Выбираем способ обработки соединяемых поверхностей по табл. 42[1]: дробеметный способом обработки, коэффициент трения м = 0,58 ; коэффициент =1,17

Определение прочностных характеристик материала болта и листа

Рисунок 21 - Основное сечение с накладками, в месте монтажного стыка

Несущая способность одного болта:

Для первого приближения примем

.

Количество болтов на Ѕ накладки:

Перерасчет несущей способности одного болта:

Количество болтов на Ѕ накладки:

Принимаем 16 болтов.

Компоновка сечения

Определим расстояние между центрами отверстий болтов, в зависимости от диаметра отверстия

- минимальное расстояние

- максимальное в крайних рядах

Определим Растояние от центра отверстия до края элемента.

Минимальное вдоль усилия amin= 2*d = 2*23 = 46 мм

Минимальное поперек усилия при проканых кромках

Максимальное

Рисунок 22 - Стык главной балки



8. Проектирование поясных швов

Наиболее нагруженным по длине балки от действия касательных напряжений поясной шов будет в области опор.

Выбираем материалы для сварки по табл. Г.5.[1] = f(группа конструкции -2; сталь С255)

1расчетное сопротивление проката:

.

2 Нормативное сопротивление проката по пределу текучести

.

3 Нормативное сопротивление проката по пределу прочности

4 Сварочная проволока марки - Св-08А по ГОСТ 2246-70*;

флюс марки - АН-348А по ГОСТ 9087-81*.

Сварка автоматическая.

5 Расчетное сопротивление наплавляемого металла шва Rwf по табл. Г.2 [1] = f (сварочных материалов)

Rwf 18(кН/ см2 )

6 Максимальные и минимальные толщины соединяемых элементов равны: tmax=30мм, tmin=12мм.

7 Расчетное сопротивление металла шва по границе сплавления

.

8 Минимальный катет шва по табл. 38 [1] = f (вид соединения - тавровое с двусторонними угловыми швами, вид сварки -автоматическая, 24(кН/ см2 ), tmax=30мм)

=5мм=0,5см.

9 Максимальный катет шва шва =1,2* tmin=1,2*12=14,4мм=1,44см.

Расчетный катет шва =0,5см.

9 Коэффициенты глубины проплавления по табл. 39 [1] = f (вида сварки - автоматическая, при диаметре сварочной проволоки d=3-8мм, положение шва - в лодочку, kf=0,6см)

10 Коэффициенты условий работы угловых швов по п. 11.2 [1]

11 Расчет плоскости с минимальной несущей способностью:

- по металлу шва

- по металлу границы сплавления

12 Назначаем длину шва

13 Расчетные усилия

6.4811.2=7.78 кН

14 Прочность обеспечена, если:

10.95 кН/см2 19,21кН/см2

Следовательно, условие выполняется

8.1 Проектируем стык стенки

a=f(dотв)=1,3d=1,3*23=29,9мм

принимаем обрез a=30мм.

Болты размещаются с помощью коэффициента стыка б:

m - количество вертикальных рядов на Ѕ накладки, для предварительного расчета принимаем m=2.

- максимальный разнос болтов.

Тогда количество дорожек

15.63

Принимаю шаг а=14 см.

Проверка стыка стенки:

Следовательно, прочность обеспеченна.

Рисунок 23 - Стык стенки



8.2 Проектирование опорного участка главной балки

Расчетное усилие для опорного участка:

Компоновка фланца:

Рисунок 24 - Компоновка фланца

- ширина опорного фланца

=140,5 - высота опорного фланца

Проверка на смятие торца опорного фланца.

Прочность обеспечена, если выполняется условие:

Следовательно, прочность обеспечена.

Проверка на устойчивость опорного участка главной балки.

Устойчивость обеспечена, если выполняется условие:

Момент инерции сечения опорного участка относительно оси z-z:

Радиус инерции сечения опорного участка:

Гибкость опорного участка:

30	931
31,68
40	894

Интерполируем:

924,78

Следовательно, устойчивость обеспечена.

Проверка на прочность вертикального шва крепления фланца к стенке.

Назначим катет шва по табл.38 «СтК»:

Рабочая длина:

Фактическая длина:

Прочность обеспечена, если выполняется условие:

По табл. 56

Прочность шва обеспечена.



9. Проектирование центрально-сжатой колонны

Требуемая площадь сечения:

По требуемой площади сечения в сортаменте выбираем номер профиля.

І 25 К 3 (Сортамент АСЧМ 20-93)

Геометрические характеристики сечения:

Проверки подобранного сечения:

Проверка гибкости колонны.

Гибкость относительно оси х-х:

Гибкость относительно оси y-y:

Проверка устойчивости колонны.

Устойчивость обеспечена, если выполняется условие:

Коэффициент определяем по табл.72 «СтК»:

100 542

107.23

110 478

Интерполяция:

Устойчивость колонны обеспечена.

Геометрические характеристики сечения:

Колона спроектирована из прокатного профиля, значит местная устойчивость поясов и стенки, обеспечена прокатом.

9.2 Проектирование узлов

Проектирование базы колонны

Проектируем опорную плиту. Назначим класс бетона В 7,5.

Напряжение в бетоне под опорной плитой:

Расчетная нагрузка на опорную плиту:

Плита рассчитывается как балка шириной 1 см.

Коэффициент определяем по табл.6,9 учебника Горева:

0.2 0.024

0.27

0.3 0.036

Интерполяция:

Коэффициент определяем по табл.6,9 учебника Горева:

Выбираем сталь по т.50 «СтК»: С 255

Условие выполнено.

Проектирование траверсы:

Траверса работает как балка на двух опорах. Опорами являются швы крепления траверсы к колонне.

Погонная равномерно-распределенная нагрузка, которая собрана с ширины грузовой площади в траверсе:

Проверка траверсы на прочность по нормальным напряжениям:

Прочность обеспечена.

Расчет швов крепления траверсы к колонне.

Шов угловой, сварка полуавтоматическая.

Назначим катет шва по табл.38 «СтК»:

Длина шва:

Прочность обеспечена, если выполняется условие:

По табл. 56

Условие не выполняется, увеличиваем катет шва:

Прочность шва обеспечена.

Проектируем шов крепления торца колонны к плите.

Прочность обеспечена, если выполняется условие:

По табл. 56

Условие выполняется.

Проектирование оголовка.

Шов крепления, сварка полуавтоматическая, шов угловой, вертикальный, фланговый, в расчете 2 шва.

Назначим катет шва по табл.38 «СтК»:



10. Проектирование центрально-сжатой колонны сквозного сечения

Основной принцип проектирования центрально-сжатой колонны - равноустойчивость

Расчетная формула условия устойчивости:

для предварительного расчета.

Выразим требуемую площадь сечения:

По требуемой площади выбираем швеллер №33 (ГОСТ 8240-97).

Геометрические характеристики ветви:

Радиусы инерции:

Относительно оси х-х:

Относительно оси y-y:

Момент инерции:

Относительно оси х-х:

Относительно оси y-y:

Геометрические характеристики сечения:

Радиус инерции:

Гибкость колонны определяется относительно оси х-х:

Проверка устойчивости колонны относительно материальной оси х-х.

Устойчивость обеспечена, если выполняется условие:

Коэффициент определяем по табл.72 «СтК»:

70 0.754

71.66

80 0.686

Интерполяция:

Устойчивость колонны обеспечена.

Компановка сечения относительно оси y-y.

Цель: определить разнос ветвей.

Особенность компановки: на устойчивость колонны относительно оси y-y влияет податливость (гибкость планок), таким образом гибкость колонны относительно оси у-у определяется с учетом податливости планок и рассчитывается приведенная гибкость.

Приведенную гибкость определим по т.7 «СтК»:

Где - гибкость ветви относительно собственной оси 1-1

- гибкость колонны относительно оси у-у ( в целом) без учета работы планок.

Условие равноустойчивости:

Согласно этому условию, предварительно принимаем

Принимаем .

Выразим гибкость колонны относительно оси у-у без учета работы планок:

Предварительный радиус инерции сечения относительно оси y-y:

Компановка планки.

Толщина планки

Ширина планки

Длина планки

Геометрические характеристики сечения планки:

Размещаем планки по высоте колонны, исходя из принятой гибкости ветви относительно собственной оси 1-1.

Расчет и работа планок

В прямом центрально-сжатом стержне от действия продольной силы N усилие в планках не возникает. Но если продольная сила N достигает критического значения, при котором в колонне возникает продольный изгиб и, как следствие, поперечная сила.

- срезывающая сила. Под действием срезывающей силы планки работают, как стойки безраскосной фермы.

- срезывающая сила для планки.

Планка работает на поперечный изгиб. Расчетные усилия: и .

Проверка планки на прочность по нормальным и касательным напряжениям.

По нормальным напряжениям:

Условие выполняется. Прочность обеспечена.

По касательным напряжениям:

Условие выполняется. Прочность обеспечена.

Проверка устойчивости относительно свободной оси

После того, как скомпонованы планки и размещены по высоте колонны, есть возможность проверить колонну на устойчивость относительно свободной оси у-у.

Геометрические характеристики скомпонованного сечения относительно оси у-у:

Момент инерции относительно оси у-у:

Радиус инерции сечения:

Расчет гибкости колонны без учета податливости планок.

Расчет гибкости ветви относительно собственной оси 1-1.

Расчет гибкости с учетом податливости решетки:

В случае, если планки спроектированы достаточно жесткими (относительная жесткость ветви должна быть ).

Равноустойчивость обеспечена.

Проверка на устойчивость колонны относительно оси у-у.

Коэффициент определяем по табл.72 «СтК»:

70 0.754

70.17

80 0.686

Интерполяция:

Устойчивость колонны обеспечена.

Размещено на Allbest.ru