Проектирование металлических конструкций рабочей площадки машинного зала электростанции

Рис. 4.1 Схема средней ячейки балочной клетки нормального типа

5. Определение нормативных и расчетных нагрузок на балку настила

На балки настила непрерывно опирается плоский металлический настил, который для них является постоянной нагрузкой, массой 1м2 настила 78,5 кН = 7850 кг/м³.

Толщина настила - 12 мм

Вес настила:

кН/м²

30,22кН/м²

25,28 кН/м²

По сортаменту находим такой двутавр, чтобы W_x W_треб:

-принимаем двутавр № 33 (по ГОСТ 8239-89) W_x=597см³, I_x=9840 см⁴, вес

P=42.2 кг/м, h=330 мм, b=140 мм.

Проверяем прогиб по формуле:

см

Расход материала, кг/м²

кг/м²

Определим силу растягивающую настил:

Расчетная толщина углового шва, прикрепляющего настил к балкам,

Определим катет сварного шва:

см,

принимаем К_Ш=5мм.

кН/см;

5.1 Расчетная схема и усилие в главной балки

Высоту главной балки целесообразно назначить близко к оптимальной и кратной 100 мм при соблюдении условия Минимальная высота определяется из условия обеспечения предельного прогиба - не более при полном использовании расчетного сопротивления материала по формуле:

При расчете с учетом пластических деформаций h_min увеличивается умножением на коэффициент С₁ . Оптимальная высота определяется по формуле:

При этом гибкость стенки целесообразно применять равной 150…200 (меньше значение при больших R), принимаем ;

Определяем расчетный изгибающий момент в середине пролета:

Поперечную силу на опоре:

Требуемы момент сопротивления:

Определяем оптимальную высоту балки, предварительно задав ее высоту 1,7 м, а толщина стенки

11,2 мм.

Принимаем толщину стенки 12 мм

Минимальную высоту определяем по формуле:

Строительная высота - не ограничена.

Принимаем h=1,5 м, что больше h_min и h_опт

6. Подбор сечения главной балки

Толщина стенки

Полагая, что t_п=2см; h_ст=h-2 t_п =150-22=146см; R_S=145Па=14.5см ² (для стали С25):

а)

б)

в)

Принимаем t_ст=12 мм. При этом 121,7, что незначительно отличается от принятого, поэтому пересчет h_опт не требуется.

Определение требуемой площади поясов А_птр

Обеспечивающей необходимый момент инерции сечения по формулам:

а)

б) 311213,6 см ⁴

в)

²;

где h_п - принимаем на 2-3см меньше высоты балки.

Принимаем пояса из листа (по ГОСТ 82-70*). При этом

Компоновка сечений с учетом рекомендаций

Желательно учитывать стандартную ширину и толщину листов широкополосной универсальной стали в соответствии с сортаментом, а также зависимость расчетного сопротивления R от толщины листа:

;

; ;

Таким образом, все рекомендации выполнены.

6.1 Геометрические характеристики сечения

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 6.1 Сечения главной балки

Проверка прочности:

Недонапряжение:

<5%

Проверки прогиба балки не требуется, т.к. принятая высота h=1,5м больше h_min=1,32м.

Изменение сечения главной балки

Изменение сечения выполняется без учета пластических деформаций за счет уменьшения ширины поясных листов на расстояние около 1/6 пролета от опоры. При этом следует учитывать следующие требования.

Принимаем место изме-нения сечения на рас-стоянии 2,5 м от опор.

Находим расчетное усилие:

Подбираем сечение, исходя из прочности стыкового шва нижнего пояса.

Требуемый момент сопротивления:

, где

Для выполнения стыка принята полуавтоматическая сварка без физического контроля качества шва.

Принимаем поясной лист 340х20 мм из толстолистовой стали по ГОСТ 19903-74^*. Геометрические характеристики измененного сечения:

А_1п=68 см ²

Проверка прочности по максимальным растягивающим напряжениям в точке А (по стыковому шву):

²<

Проверка прочности в месте изменения сечения по приведенным напряжениям на грани стенки (точки Б) (при этом _м=0 и _прив наибольшее):

Проверка прочности опорного сечения на срез (по максимальным касательным напряжениям в точке В):

Проверка прочности стенки на местное давление балок настила: F=25,28*5=126,4кН, здесь 25,28 кН/см²- погонная нагрузка на балку настила:

,

где l₀=b+2*t_п; в - ширина полки балки настила (двутавр №33, b=140мм).

Таким образом, прочность принятого уменьшенного сечения главной балки обеспечена.

6.2 Проверка обеспеченности общей устойчивости балки

Устойчивость балок проверять не требуется, если выполняются следующие условия:

- нагрузка передается через сплошной жесткий настил, непрерывно опирающийся на сжатый пояс балки и надежно с ним связанный в частности, стальной лист;

- при отношении расчетной длины балки l₀ (расстояние между точками закрепления сжатого пояса от поперечных смещений) к ширине сжатого пояса.

При отсутствии пластических деформаций =1. В курсовом проекте пользуемся упрощенной формулой:

,

где l₀=100 см (шаг балок настила);

b= 52см - ширина пояса

Нагрузка на главную балку передается через балки настила, закрепляющие главную балку в горизонтальном направлении и установленные с шагом 1м. Проверяем условие в середине пролета:

Следовательно, устойчивость балки проверять не требуется.

6.3 Проверка местной устойчивости сжатого пояса и стенки

Устойчивость сжатого пояса при отсутствии пластических деформаций обеспечивается выполнением условия:

;

1)

2)

Устойчивость полки выполнена.

Выбор расстояния между отсеками (ребрами жесткости)

условная гибкость стенки

Следовательно ; тогда,

а292,8 см

Расстановка ребер жесткости

Ребра жесткости принимаем односторонние шириной:

111 мм,

и толщиной:

8 мм

В отсеке №1 стенка работает в упругой стадии, и проверка устойчивости выполняется по формуле:

 (=1)

Расчетные усилия приближенно принимаем по сечению х₁=1500 мм

; 6,16 кН/см²

1,7; ; ;

10,0; 88,7; 29,35

Проверка устойчивости стенки отсека №2:

Устойчивость стенки обеспечена.

Расчетные усилия приближенно принимаем по сечению х₂=3500 мм

; 6,16 кН/см²

Рис.6.3 Устойчивость стенки

;

1,7; ;

10,0; 88,7; 29,35

Проверка устойчивости стенки отсека №2:

Устойчивость стенки обеспечена.

6.4 Проверка прочности поясных швов

Поясные швы примем двусторонними, т.к. не выполняется несколько условий. Расчет выполняется для наиболее нагружаемого участка шва у опоры под балкой настила. Расчет выполняется для наиболее нагруженного участка шва у опоры под балкой настила.

Расчетные усилия на единицу длинны шва:

;

;

Сварка автоматическая, выполняется в положении в лодочку сварочной проволокой Св-08Г2С. Для этих условий и стали марки С275 по табл.4 и 5, находим: R_уш^св=21,5 кН/см², R_ус^св=0,4537=16,65 кН/см². По табл. 5: _ш=1,1 и _с=1,15. По табл. 6 принимаем минимальную толщину шва К_ш=6 мм (при t_п=20мм).

Проверка прочности шва:

1) ;

;

2) ;

;

Таким образом, минимально допустимая толщина шва достаточна по прочности.

6.5 Конструирование и расчет опорной части балки

Ребро крепится к стенке полуавтоматической сваркой в углекислом газе сварочной проволокой Св-08Г2С. Размер выступающей части опорного ребра принимаем 20мм. Из условия смятия находим:

;

F_оп=Q_max; R_см,т=36 кН/см²

- смятие торцевой поверхности (табл.14 методички).

Принимаем ребро из листа 300х12 мм.

Площадь А_р=301,2=36 см ² 35.8 см ²;

В расчетное сечение стойки включается сечение ребра и примыкающие к нему участки стенки шириной:

;

;

Проверка на смятие:

; ;

Проверка устойчивости опорной части балки из плоскости балки, как стойки, нагруженной опорной реакцией F_оп:

; где А_оп=А_р+b₁t_ст=36+23.071,2=63,7 см²;

Значение определяем в зависимости от гибкости ; где:

;

;

Тогда =0,954 (по интерполяции), тогда:

;

Проверяем местную устойчивость опорного ребра:

;

b₀=(30-1,2)0,5=14,4см; ;

Подбираем размер катета швов по формуле

;

R_уш^св=21,5 кН/см², R_ус^св=16,65 кН/см², _ш=0,9 и _с=1,05

Откуда:

;

Проверку по металлу границы сплавления делать не нужно, т.к. (4,2 4,3). Принимаем К_Ш=7мм.

6.6 Конструирование и расчет укрупнительного стыка балки

Принимаем болты D=20 мм из стали 40Х «Селект», отверстия =23 мм. Тогда R_р^вр=110 кН/см ²; 2,45 см ² . Способ подготовки поверхности - газопламенный без консервации; способ регулирования натяжения - по углу поворота гайки. Для этих условий (таблица 18 прил.2) коэффициент трения =0,42; регулятор натяжения _н=1,02.

Расчетное усилие на один болт:

;

77 кН/см²;

77,7 кН;

Стык поясов перекрываем накладками из стали С245 сечением 480х12 с наружной, и 2х220х12 с внутренней стороны поясов. При этом суммарная площадь сечения накладок А_н=110,4 см², что несколько больше площади сечения поясов.

Усилие в поясах:

;

Требуемое количество болтов в стыке поясов:

;

Принимаем 16 болтов, и расставляем их в соответствии с требованиями таб. 20 прил.2.

Стык стенки перекрываем парными накладками из листа толщиной 10 мм. Болты ставим в двух вертикальных рядах с каждой стороны стыка на расстояние в ряду: а=100 мм.

В ряду 14 болтов. h _мах=13х10=130 см.

Момент приходящийся на стенку:

;

Проверка прочности соединения на сдвиг:

< 155,4 кН

7. Расчет и конструирование колонны

Сечение колонны принимаем сплошным в виде сварного двутавра. Концы колонны принимаем шарнирно - закрепленными.

Отметка верха колонны за вычетом толщины настила, высоты балок (настила и главной с учетом выступающей части опорного ребра) составляет: 7.5-0,01-0,33-1,5=5.66м.

Расчетная длинна колонны (=1): l₀=l=1(5.66+0,6)=6.26м.

Усилие в колонне: N=21,011288=2601.8 кН;

Материал: сталь С255, лист t= 4-20мм,

R_y=24 кН/см ²;

Задаемся =70:

тогда:

=0,754

;

(_у=0,24)

h_ст- назначаем конструктивно h_ст=380мм.

t_ст- назначаем из условия её местной устойчивости:

;

; см;

принимаем t_ст=8 мм, при этом:

;

Требуемая площадь поясов:

;

Принимаем пояса 360х14, при этом А_п= 361,4= 50,4см ² и обеспечена местная устойчивость пояса по формуле:

; ;

;

Геометрические характеристики сечения:

А=250,4+380,8=131,2 см ²;

,

то проверку устойчивости ведем относительно оси у-у:

_у=0,754

Проверка устойчивости:

; ;

.

Конструкция и расчет оголовка колонны

Принимаем плиту оголовка колонны толщиной t_пл=25 мм, и размерами 450х360 мм. Давление главных балок передается колонне через ребро, приваренное к стенке колонны четырьмя угловыми швами. Сварка полуавтоматическая в углекислом газе проволокой Св-08Г2С: R_уш^св=21,5 кН/см ², _ш= 0,7 и _с=1,0. Принимаем ширину ребер 170 мм, что обеспечивает необходимую длину участка смятия

;

Толщину ребер находим из условия смятия:

;

Принимаем t_р=30мм;

Длину ребра l_р находим из расчета на срез швов Д его прикрепления.

Примем К_ш=9 мм. Тогда:

;

Принимаем l_р= 48см, при этом условие выполнено. Шов Е принимаем таким же, как и шов Д. Проверяем стенку на срез вдоль ребра:

;

Необходимо устройство вставки в верхней части стенки. Принимаем её толщину 25мм, а длину

.

;

Принимаем конструктивно минимально - допустимый катет шва К_ш=7мм.

Стенку колонны у конца ребра укрепляем поперечными ребрами, сечение которых принимаем 100х8 мм.

Конструкция и расчет базы колонны

Определяем требуемую площадь плиты из условия смятия бетона:

,

где .

Значение коэффициента зависит от отношения площадей фундамента и плиты (принимаем =1,2). Для бетона класса В12,5: R_пр= 0,75 кН/см² - расчетное сопротивление бетона на смятие.

; ;

Принимаем плиту размером 560х500 мм. Тогда

А_пл = 5650=2800 см ²;

;

Находим изгибающие моменты на единицу длинны d=1см на разных участках плиты.

Участок 1: (балочная плита, так как отношение сторон 380/176=2,16>2;

;

Участок 2: (консольный):

;

Участок 3: (так же консольный так как, отношение сторон 360/76= 4,74>2; На этом участке размещаются анкерные болты.

;

Толщины плиты подбираем по наибольшему моменту из условия: ; R - для стали С245 и при t=2140 мм, R_у= 23 кН/см ²;

,

Тогда

= 29мм;

Принимаем t_пл=30мм;

Прикрепление траверсы к колонне выполняем полуавтоматической сваркой в углекислом газе сварочной проволокой Св-08Г2С. Соответствующие характеристики: R_уш^св=21,5 кН/см², R_ус^св=16,65 кН/см², _ш=0,7 и _с=1,0. Расчет достаточно выполнить по металлу шва, так как,

: (3,2<4,08).

Учитывая условие , находим требуемую величину катета шва К_ш из условия:

;

Принимаем К_ш=6мм. При этом требуемая длина шва l_ш= 850,76=357мм, поэтому высоту траверс принимаем равной 360 мм.

Крепление траверсы К_ш=8 мм принимаем конструктивно.

Размещено на Allbest.ru