Несущая способность и живучесть шарнирного узла крепления балок к колоннам на 2-х болтах

Размещено на http://www.allbest.ru/

Донской государственный технический университет

Несущая способность и живучесть шарнирного узла крепления балок к колоннам на 2-х болтах

А.А. Решетников, Д.А. Леонова, В.Ю. Корнет

Аннотация

В данной работе предлагается актуализировать значения несущей способности шарнирного узла крепления балок к колоннам на 2-х болтах. Проведен сравнительный анализ несущей способности узла представленной в серии 2.440-2 выпуск 1 и посчитанной по современным строительным нормам. Получено пять расчетных формул для пяти возможных предельных состояний узла. Представлена таблица с значениями предельных сил, воспринимаемых соединением. Приведен возможный вариант усовершенствования узла, путем включения в работу опорного столика.

Ключевые слова: несущая способность, металлические конструкции, шарнирный узел, конструктивное решение, соединение элементов, предельное состояние.

При проектировании стальных конструкций довольно часто возникает необходимость конструктивного решения для соединения одних элементов с другими. Так при проектировании многоэтажных каркасных зданий, рабочих площадок производственных зданий и прочих объектов имеет место узел шарнирного крепления балок либо к колоннам, либо к другим балкам [1-3]. При этом для выбора конструктивного решения данного узла часто используется серия 2.440-2 выпуск 1 [4]. Несмотря на то, что данная серия была выпущена в 1989 году за авторством таких известных институтов, как ЦНИИ Проектстальконструкция, ГПИ Ленпроектстальконструкция и ВНИПИ Промсталькоснтрукция, на сегодняшний день она обоснованно имеет все права на популярность и доверие в среде проектировщиков.

Однако с момента разработки серии строительные нормы претерпели неоднократные изменения, что повлекло за собой изменение значений некоторых коэффициентов, расчетных сопротивлений для определенных марок стали, расчетных формул и прочее.

Рис. 1. Шарнирный узел крепления балок к колоннам на 2-х болтах

В данной работе предлагается актуализировать значения несущей способности шарнирного узла крепления балок к колоннам на 2-х болтах (рис. 1), как наиболее часто используемого.

При вычислении несущей способности узла использовались следующие предельные состояния и расчетные формулы [5].

1. Несущая способность сварного шва крепления уголка к колонне.

Из предположения заводского исполнения сварных швов проволокой Св-08А под флюсом, а также принятой марки стали С245 для конструкций из прокатных профилей имеем следующие расчетные параметры по СП 16.13330.2017.

.

Так как

то расчетное сечение необходимо проверять на условный срез по металлу шва.

Согласно п. 14.1.19 СП 64.13330.2017 при одновременном действии в сварном соединении с угловыми швами поперечной силы и изгибающего момента должно выполняться условие:

Учитывая, что в такой конфигурации узла работает в основном сварной шов по обушку уголка, а шов по перу идет в запас прочности, подставим в формулу равнодействующего касательного напряжения значения для и приравняем его несущей способности:

Выразим из полученного уравнения предельную нагрузку и обозначим через :

2. Несущая способность болтового соединения.

В серии [4] для указанного узла приняты болты нормальной точности диаметром мм. Расчетное усилие, которое может быть воспринято одним болтом, определяется по формулам:

на срез

на смятие

Несущая способность соединения без учета действия изгибающего момента на болты будет равна:

Согласно п. 14.2.12 СП 64.13330.2017 при одновременном действии на болтовое соединение силы и момента , действующих в одной плоскости и вызывающих сдвиг соединяемых элементов болты следует проверять на равнодействующее усилие [6,7]. В этом случае несущая способность соединения будет равна:

- расстояние между осями крайних болтов,

- между промежуточными.

3. Несущая способность стенки балки, работающей на срез в опорном сечении.

Согласно п. 8.2.1 СП 64.13330.2017 предельная сила, воспринимаемая стенкой балки равна:

Несущая способность стенки уголка на срез.

Предельное состояние в работе соединения может наступить от потери прочности уголка при срезе:

тогда предельная нагрузка, которую может воспринять перо уголка будет равна:

Таким образом, получено пять расчетных формул для пяти возможных предельных состояний узла. Значения предельных сил, воспринимаемых соединением, сведены в таблицу 1. При сравнении значений из столбца 12 с аналогичными значениями в серии [4] заметны различия, как в большую, так и в меньшую сторону.

несущий крепление балка колонна

Таблица 1. Геометрические характеристики и несущая способность шарнирного узла крепления балок к колоннам на 2-х болтах

На рис. 1 видно, что монтажный столик после использования по назначению в дальнейшей работе соединения не участвует. При этом в указанной серии [4] имеется узел, в котором учитывается совместная работа указанных в данном узле элементов и опорного столика.

В данной работе предлагается использовать опорный столик (рис. 2) как дополнительный элемент «живучести» соединения [8], т.е. в качестве запасного несущего фактора, у которого несущая способность должна быть не ниже, чем у основного соединения. Предполагается включение в работу опорного столика после исчерпания несущей способности основного соединения [9,10].

Рис. 2. Опорный столик с ребром жесткости

В столбцах 13, 14 таблицы 1 указаны значения несущей способности опорного столика по его предельным состояниям: потеря несущей способности уголка при изгибе, потеря несущей способности двух сварных швов его крепления к колонне.

Несущая способность для двух сварных швов:

Несущая способность уголка при изгибе:

Литература

1. Мандриков А.П. Примеры расчета металлических конструкций: Учебное пособие для техникумов. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Стройиздат, 1991. - 431с.

2. Скачков С. В., Луптаков Р.И. Использование требований и норм для расчета на прогрессирующее обрушение / Инженерный вестник Дона, 2017, №2 URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n2y2017/4159

3. Металлические конструкции: Учебник для студ. высш. учеб. заведений / Кудишин Ю.И., Беленя Е.И., Игнатьева В.С. и др.; Под общ. ред. Ю.И. Кудишина.- 8-е изд., перераб. и доп. - М.: Издательский центр «Академия», 2006. - 688с.

4. Серия 2.440-2 «Узлы стальных конструкций производственных зданий промышленных предприятий» Выпуск 1 «Шарнирные узлы балочных клеток и рамные узлы примыканий ригелей к колоннам»: Чертежи КМ. - ЦНИИПСК им. Мельникова, - 1989 - 81с.

5. Металлические конструкции. В 3 т. Т.1. Элементы стальных конструкций: Учебное пособие для строит. Вузов / Горев В.В., Уваров Б.Ю., Филиппов В.В. и др.; Под ред. В.В. Горева. - М.: Высш. шк., 1997. - 527с.

6. Горев В.В., Уваров Б.Ю., Филиппов В.В. и др. Металлические конструкции. В 3т. Т.1. Элементы конструкций: Учеб. для строит. вузов - М., Высш. шк., - 2004. - 551 с.

7. Дарков А.В., Шапошников Н.Н. Строительная механика: Учеб. для строит. спец. Вузов. - М., Высш. шк., - 1986. - 607 с.

8. Н.Л. Вернези Метод оценки прочности металла неразрушающим способом с использованием априорной информации / Инженерный вестник Дона, 2017, №2. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n3y2013/1898

9. Hickman A.R. Carriers cut back coverage for construction defects / American Agent & Broker. 2003. V. 75. № 7. p. 24.

10. W.J. DeCoursey / Statistics and Probability for Engineering Applications With Microsoft® Excel. - 2003 - 400 р. - Elsevier Science (USA).

Размещено на Allbest.ru