Требования к металлоконструкциям

v(у/у0)2 + (ф/ф0)2 ? 1, (3)

А местное напряжение ум - по формуле:



ум = P/дz ? R. (4)

Потеря устойчивости от действия местных напряжений схожа с потерей устойчивости от действия нормальных напряжений (рисунок), а потому значение критического местного напряжения (кН/см2) определяют по формуле:

ум,о = 10k1 (100д/ а)2, (5)

Где а - расстояние между осями поперечных ребер; k1 - коэффициент, зависящий от соотношения сторон рассматриваемого отсека стенки a/ho и от степени защемления стенки в поясах г.

Рисунок - Потеря устойчивости стенкой балки от действия местного давления:

При частом расположении ребер, при а/h0 ? 0,8, стенка между ребрами может выпучиваться только по одной полуволне (рис.).

При более редком расположении ребер жесткости при а/hо > 0,8, возможны две формы выпучивания стенки балки: одна - при большем значении ум, которая имеет одну полуволну по длине пластинки, с отношением сторон а/h0, и другая - при меньшем значении ум, которая имеет две полуволны, с отношением сторон а/2: h0.

Нахождение устойчивости стенок балок симметричного сечения, которые зафиксированы одним продольным и поперечными ребрами жесткости. Для создания устойчивости стенки, в больших балках с тонкой стенкой при соотношении h0/д > 160, правильнее ставить не только поперечные ребра жесткости, но продольное ребро, которое опирается на поперечные и располагается на расстоянии:

b1 = (0,2 -0,3) h0

От сжатой кромки отсека. Это ребро, так же как и поперечные ребра, состоит, из двух ребер, которые располагаются по обе стороны стенки. Продольное ребро ставят обычно в средних отсеках балки, в зоне больших значений изгибающих моментов и соответственно больших нормальных напряжений. Размеры ребер определяются от их момента инерции, которые удовлетворяют формулам:

J перечн * р ? 3h0ді

J продольн * р ? 1,5h0ді(6)

Продольное ребро разделяет стенку на верхнюю и нижнюю пластинки, устойчивость которых проверяется раздельно. Верхняя пластинка, располагается между продольным ребром и сжатым поясом, находится в условиях неравномерного сжатия и проверяется по формуле:

у/у01 + ум/ум01 + (ф/ф01)І ? m, (7)

Где у, ум, ф и m - определяют также, как и для формулы (2). Нижняя пластинка, располагается между продольным ребром и растянутым поясом, находится в условиях неравномерного растяжения, и для нее граничная кривая устойчивой и неустойчивой областей используется по формуле:



(8)

Нахождение устойчивости стенок балок симметричного сечения, которые зафиксированы только поперечными ребрами жесткости при отсутствии местного сминающего стенку напряжения. Такая проверка производится при:

h0/д ? 110v21/R. (9)

Фактические напряжения у и ф не должны быть выше критических для безопасности, т. е. у ? уфкр и ф ? фукр.

Руководствуясь этим, находим формулу проверки устойчивости стенки:

v(у/у0)2 + (ф/ф0) ? 1, (10)

Где уо и фo - значения критических нормальных и касательных напряжений при их раздельном действии:

у = (M/Wбp) * (hст/hб) (10.1)

Краевое сжимающее напряжение, определяемое по сечению брутто, без введения коэффициента цб в сечениях:

ф = Q / hст д (10.2)

Среднее касательное напряжение в стенке, вычисляемое в том же сечении. В случае если в пределах рассматриваемого отсека расположено место изменения сечения балки, проверка устойчивости стенки производится для этого места по нормальным и касательным напряжениям, вычисленным для уменьшенного сечения.

24. Общие сведения и физические основы сварки

Монолитность сварных соединений достигается обеспечением физико-химических и атомно-молекулярных связей, между элементарными частицами соединяемых тел. Трехстадийность процесса сварки связана с тем, что ее (так же как и пайку) можно отнести к классу так называемых топохимических реакций. Последние на микроучастках отличаются двухстадийностью процесса образования прочных связей между атомами соединяемых веществ. В микрообъемах процесс сварки завершается третьей стадией - диффузией.

На первой стадии А развивается физический контакт, т. е. осуществляется сближение соединяемых веществ на расстояния, требуемые для межатомного взаимодействия, а также происходит подготовка к взаимодействию. На второй стадии Б - стадии химического взаимодействия - заканчивается процесс образования прочного соединения на микроучастке.

Практическое получение монолитных соединений осложнено двумя факторами.

Свариваемые поверхности имеют микронеровности, поэтому при совмещении поверхностей контактирование возможно лишь в отдельных точках; свариваемые поверхности имеют загрязнения, так как на любой поверхности твердого тела адсорбируются атомы внешней среды.

Для качественного соединения изделий необходимо обеспечить контакт по большей части стыкуемых поверхностей и активацию их.

Активация поверхностей состоит в том, что поверхностным атомам твердого тела сообщается некоторая энергия, необходимая для обрыва связей между атомами тела и атомами внешней среды, насыщающими их свободные связи; для повышения энергии поверхностных атомов до уровня энергетического барьера схватывания, т. е. для перевода их в активное состояние. Такая энергия активации может в общем случае быть сообщена в виде теплоты (термическая активация), упруго - пластической деформации (механическая активация), электронного облучения и других видов воздействия.

Определение процесса сварки целесообразно дать, исходя из анализа физико-химических особенностей получения соединений. В зоне сварки можно установить наличие двух основных физических явлений, связанных с термодинамически необратимым изменением формы энергии и состояния вещества: введения и преобразования энергии; движения (превращения) вещества. Исходя из сказанного, можно дать следующее термодинамическое определение процесса сварки.

Сварка - это процесс получения монолитного соединения материалов за счет термодинамически необратимого превращения тепловой и механической энергии и вещества в стыке.

25. Виды сварки. Сварочные материалы. Контроль качества сварки

Основным видом соединений металлических конструкций является сварка. В строительстве главным образом применяется электродуговая сварка: ручная, автоматическая, полуавтоматическая.

Сварные соединения выполняют следующих типов: встык, внахлестку, комбинированные и втавр - угловыми швами.

Прочность сварных швов характеризуется их расчетным сопротивлением. Сварные швы рассчитывают по прочности из условий предельного состояния первой группы.

Виды сварочных материалов:

Сварочные материалы.

Разновидности.

Сварочные электроды и присадочные прутки плавящиеся электроды с покрытием (с кислым, основным, рутиловым, целлюлозным, смешанным покрытием), неплавящиеся электроды.

Сварочная проволока сплошная, порошковая, активированная

Флюсы защитные и электропроводные.

Газы защитные (инертные и активные), горючие газы и газы, поддерживающие горение.

Керамические подкладки для сварки стыковых швов, угловых и тавровых швов, все позиционные, круглые и др. виды.

Сварочные электроды и проволока обеспечивают подачу электрического питания в зону сварки для нагрева. Плавящиеся покрытые электроды, порошковая и активированная проволока, защитный флюс для дуговой сварки содержат специальные компоненты, которые могут предназначаться для защиты металла от воздуха, поддержания стабильности процесса сварки, получения необходимого химического состава металла шва и т.п. Присадочный пруток вводится в сварной шов при сварке.

Основная роль защитных газов - обеспечение газовой защиты расплавленного металла от воздуха. К защитным газам относятся инертные (аргон, гелий и их смеси) и активные газы (углекислый газ и его смеси). Инертные газы не вступают в химические реакции с металлом и в нем практически не растворяются. Активные газы вступают в химические реакции с металлом или растворяются в нем.

Горючие газы и газы, поддерживающие горение применяются при газовой сварке и резке. К ним относятся ацетилен, пропан - бутановые смеси, метилацетиленалленовая фракция (МАФ), водород, а также поддерживающий горение кислород.

Керамические подкладки используют для обеспечения высококачественного шва и формирования обратного валика.

Сварочные материалы (электроды, проволоку, присадочные прутки) также подразделяют по типу свариваемых сталей и металлов: для сварки углеродистых сталей, никзолегированных сталей, нержавеющих сталей, алюминия, меди, чугуна и т.п.

Контроль качества сварочных работ и сварных соединений проводят в два этапа:- в процессе монтажа и сварки и законченных сварных соединений.

В процессе монтажа и сварки проверяют: квалификацию сварщиков, исправность сварочного оборудования, аппаратуры и приборов; исправность приборов и аппаратуры для контроля качества сварки; качество сварочных материалов; правильность сборки (зазоры и контрольные размеры конструкции); чистоту свариваемых кромок: режим сварки; соблюдение очередности наложения швов, предусмотренной технологической картой; качество шва в процессе его наложения.

К выполнению ручной электродуговой сварки металлической гидроизоляции допускаются сварщики не ниже 5-го разряда, к выполнению полуавтоматической сварки в среде углекислого газа не ниже 3-го разряда, имеющие соответствующие удостоверения на допуск к сварке прочиоплотных швов ответственных металлоконструкций.

Контроль сварочного оборудования и аппаратуры заключается в проверке соответствия применяемого оборудования требуемому для каждого вида сварки, а также его исправности.

Применяемые сварочные материалы (электроды и электродная проволока) проверяют на соответствие требованиям технических условий и ГОСТов на их поставку и наличие сертификатов.

Особое внимание следует обращать на качество электродов, правильность их просушки в зависимости от марки и соответствие проектным маркам.

Перед сваркой проверяют тщательность очистки стыкуемых кромок и прилегающих к ним поверхностей на ширину не менее 20 мм от окалины, ржавчины, краски, масла и т. п. и зачистки этих участков до блеска.

Контроль режима сварки заключается в проверке параметров тока, их стабильности, соответствия скорости перемещения электрода, мощности тока.

26. Типы сварных соединений

Сварные швы классифицируют по конструктивному признаку, назначению, положению, протяженности и внешней форме. По конструктивному признаку швы разделяют на стыковые и угловые (валиковые). Швы могут быть рабочими или конструктивными (связующими); заводскими или монтажными; сплошными или прерывистыми (шпоночными).

По положению в пространстве во время выполнения сварных швов они бывают: нижними, вертикальными, горизонтальными и потолочными.

Угловые швы, действующие параллельно осевому усилию, называют фланговыми, а перпендикулярно усилию - лобовыми.

Стыковые швы наиболее рациональны. Имеют наименьшую концентрацию напряжений, но требуют дополнительной разделки кромок. Разделка кромок регламентирована ГОСТ (V, U, X, K - образные швы).

Различают следующие виды сварных соединений: стыковые, внахлестку, угловые и тавровые (впритык), комбинированные. Определение каждого из перечисленных видов сварных соединений регламентировано в ГОСТ.

Детали стыкового соединения: угол раскрытия шва, зазор, притупление. Для угловых швов: катет шва (обозначается ), корень шва.

Сварные соединения выполняют следующих типов: встык, внахлестку, комбинированные и угловыми швами.



27. Расчет стыковых швов

Для стыковых швов, расположенных перпендикулярно оси элемента при сжатии и растяжении

Откуда:

При действии на стыковое соединение изгибающего момента:

Где:

Это - момент сопротивления шва.

При действии изгибающего момента и поперечных сил:

Где и - нормальные напряжения в сварном соединении по двум взаимно перпендикулярным направлениям;

- напряжение от среза.

Для стыковых косых швов:

В направлении, перпендикулярном к шву:

Или:

Срез вдоль шва:

Или:

Расчетное сопротивление стыковых швов определяют по пределу текучести или по временному сопротивлению стали соединяемых элементов независимо от вида сварки, например: при сжатии ; при растяжении и изгибе с визуальным контролем качества шва по формуле:

А при физических методах контроля - ; при сдвиге .



28. Расчет угловых швов

Для угловых швов (фланговых и лобовых) расчет сварных соединений выполняется на срез (условный) по двум сечениям. По металлу шва:

По металлу границы сплавления:

Или:

При выполнении условии формулы:

Расчет сварного углового соединения выполняется по сечению металла шва. При действии изгибающего момента на прямоугольный элемент, приваренный угловыми швами к конструкции, проверку нормальных напряжений в швах производят по формулам, по металлу шва:



Или по металлу границы сплавления:

Где - число сварных швов; - расчетная длина одного шва;

- коэффициенты, принимаемые по СНиП в зависимости от вида сварки, положения шва и диаметра сварочной проволоки;

- расчетное сопротивление сварных соединений угловыми швами при срезе соответственно по металлу шва и металлу границы сплавления;

- коэффициенты условий работы шва, равные 1 во всех случаях, кроме конструкций возводимых в районах, для которых при и - для всех сталей.

При действии на угловые швы изгиба и среза суммарные напряжения проверяют по формулам:



29. Конструктивные требования к сварным соединениям

В конструкциях со сварными соединениями следует:

- предусматривать применение высокопроизводительных механизированных способов сварки;

- обеспечивать свободный доступ к местам выполнения сварных соединений с учетом выбранного способа и технологии сварки.

Разделку кромок под сварку следует принимать по ГОСТ.

Размеры и форму сварных угловых швов следует принимать с учетом следующих условий:

- катеты угловых швов должны быть не более , где - наименьшая толщина соединяемых элементов;

- катеты угловых швов следует принимать по расчету , но не менее указанных в табл. 38 СНиП II-23-81;

- расчетная длина углового сварного шва ограничивается условием формулы:

За исключением швов, в которых усилие действует на всем протяжении шва, но не менее 40 мм;

- размер нахлестки должен быть не менее , где - минимальная тощина наиболее тонкого из свариваемых элементов;

- соотношения размеров катетов угловых швов следует принимать, как правило . Допускается принимать швы с неравными катетами при разных толщинах свариваемых элементов при соблюдении п. 12.8 а, б СНиП II-23-81*.



30. Достоинства и недостатки болтовых соединений. Типы болтов

Болты применяют главным образом для монтажных соединений конструкций. Болтовые и заклепочные соединения не рекомендуются в конструкциях из стали высокой прочности, так как эти соединения имеют меньшую прочность, чем основной металл. Болты выпускают грубой (класс С), нормальной (класс В) и повышенной (класс А) точности, а также высокопрочные диаметром 1648 мм. Кроме того, изготовляют анкерные болты диаметром до 90 мм. В комплект болта также входят гайка и шайба. Для изготовления болтов применяют углеродистые и легированные стали. Отверстия в соединениях под болты грубой и нормальной точности сверлят или продавливают диаметром на 23 мм большим диаметра болта, а под болты повышенной точности сверлят диаметром большими на 0.3 мм.

Высокопрочные болты изготавливают из легированных сталей: 40Х, 40ХФА, 38ХС и т.д. Благодаря большой силе натяжения болта, контролируемой при завинчивании гаек специальным динамометрическим ключом, обеспечивается высокая плотность соединения.

Болты грубой, нормальной и повышенной точности по плоскостям сопряжений элементов работают на срез, по боковым поверхностям - на смятие соединяемых элементов, а при продольной силе, приложенной вдоль стержня заклепки или болта - на растяжение.

31. Расчет болтовых соединений на растяжение и сдвиг

Соединение расчитывают по формулам прочности из условий первой группы предельнгых состояний:

На срез заклепок и болтов:



(10.1)

На смятие:

(10.2)

На растяжение (отрыв головок) заклепок:

(10.3)

На растяжение болтов:

(10.4)

В приведенных формулах:

- расчетная продольная сила, действующая на соединение;

- число заклепок или болтов;

- число рабочих срезов одной заклепки или болта;

- диаметр отверстия для заклепки или наружный диаметр стержня болта;

- наименьшая толщина элементов, сминаемых в одном направлении;

- расчетные сопротивления заклепок или болтов соответственно срезу , смятию соединяемых элементов , и растяжению , , принимаемые по СНиП;

- площадь сечения болта нетто:

Где - номинальный средний диаметр резьбы:

Здесь - номинальный внутренний диаметр резьбы; - теоретическая высота резьбы.

Для болтов диаметром 1648 мм площадь поверхности сечения нетто принимают в зависимости от диаметра по ГОСТ: 16/1.57; 18/1.92; 20/2.45; 22/3.03; 24/2.52; 27/4.59; 30/5.66; 36/8.26; 42/11.2; 48/14.72 (до черты - диаметр болта , мм, после черты , см². Болты диаметром 18, 22 и 27 мм применять не рекомендуется.

32. Расчет соединений на высокопрочных болтах

N_bs = R_bsг_bA_bn_s N_bp = R_bpг_bdУt N_bt = R_btA_bn

n_c - количество срезов; Уt - наименьшая суммарная длина элементов, сдвигаемых в одном направлении;R_bs,R_bp - класс прочности: 4.6, 4.8, 5.6, 5.8, 6.6, 8.8, 10.9 (на шляпке болта).

R_un = 4х100 = 400МПа

R_yn = 4х6х10 = 240 Мпа

Расчёт на усилие, воспринимаемое каждой поверхностью трения, стянутой одним высокопрочным болтом, определяется по формуле:

Q_bh =

;

R_bun - предел прочности высокопрочного болта;

м = 0.57 - дробемётная, дробеструйная обработка;

м = 0.5 - дробемётная, дробеструйная обработка с консервацией путём мет. Алюминия;

м = 0.42 - газопламенная обработка;

м = 0.35 - стальными щётками;

м = 0.25 - без обработки;

Рисунок:

г_b =0,8 - n <5 г_b =0,9 - 5n <10 г_b =1 - n10

г_h - коэффициент надёжности соединения



33. Конструктивные требования к размещению болтов

Болт размещают на прямых линиях - дисках.

Расстояние между болтами по направлению силы называют шагом, перпендикулярно - дорожкой. Расположение может быть рядовое и шахматное.

Рисунок:

Минимальное расстояние между болтами принимают из возможного положения их установки и условий безопасного выкола.

Максимальное расстояние принимают при условии плотности элементов.

Рисунок:

d- диаметр отверстия t- толщина наиболее тонкого наружного элемента

34. Общая характеристика балок. Типы балочных площадок

Область применения: в конструкциях рабочих площадок, перекрытий промышленных и гражданских зданий, эстакад, мостов и др. сооружений.

Классификация. Балки являются весьма распространенным элементом стальных конструкций, работающих на изгиб. Они классифицируются: в зависимости от расчетной схемы, типу сечения, способу изготовления.

В зависимости от расчетной схемы, балки различают: разрезные (однопролетные), неразрезные (многопролетные), консольные.

По типу сечения - прокатные (обычные или с параллельными гранями - широкополочные) и составные сечения (сварные, клепанные и болтовые).

Пояса составных балок могут выполняться из сталей повышенной или высокой прочности, а стенка из углеродистой стали. Такие балки называются бистальные.

Балочной клеткой (площадкой) называется система несущих балок, образующих конструкцию перекрытия.

Балочная клетка представляет собой конструкцию, состоящую из одной или нескольких систем балок, расположенных по взаимно перпендикулярным направлениям. В балочной клетке преимущественно применяются разрезные балки.

Различают 3 типа балочных клеток: упрощенный, нормальный и усложненный.(см. конспект)

Типы сопряжений балок: поэтажное, в одном уровне, пониженное и повышенное.

Пониженное и повышенное используется в вариантах балочной площадки усложненного типа. Сопряжение в одном уровне применяется в случае ограниченной строительной высоты. Поэтажное сопряжение может использоваться во всех случаях.

К размерам в плане относятся: общая длина и ширина перекрытия или площадки, А и В - размеры ячейки или шаг колонн, а (b) - расстояния между вспомогательными балками или балками настила. Это расстояние зависит от типа настила и величины нагрузки (0,6 - 1,8м - при стальном настиле; 1,5 - 6м - при ж/б настиле).

Шаг вспомогательных балок усложненного типа в балочной клетке назначается в пределах от 2 до 5м. Не рекомендуется опирание балок (вспомогательных или балок настила) на середины главной балки. Поскольку в зоне вертикального стыка стенки ставить ребра жесткости нельзя. Кроме того эта зона упругопластической работы стали.

Отметка верха габарита под площадкой устанавливается в увязке с габаритами оборудования, располагаемого под перекрытием площадки или в соответствии с другими требованиями.

35. Принципы расчета и конструирования балок

В зависимости от интенсивности нагрузки для настила принимают листы толщиной t_d.

При q=10кН/м² - 6мм,

При q=10-20кН/м² - 8мм,

При q>20кН/м² - 10-14мм.

Стальной настил рассчитывается как балочный элемент или как упругая висячая конструкция в зависимости от соотношения l_d/t_d.



Рисунок - Расчёт прокатных балок:

Подбор сечения прокатной балки осуществляется в следующей последовательности:

1. Выбор марки стали (табл. 50 и 51 СНиП II-23-81)

2. Определение нормативных и расчётных нагрузок.

3. Определение и .

4. Вычисляют требуемый момент сопротивления W_n.minM/R_yc

5. По сортаменту принимается ближайший профиль.

6. Проверка подобранного сечения из условия жёсткости:

Если верхний пояс недостаточно закреплен (отсутствует сплошной жёсткий настил, непрерывно опирающийся на сжатый пояс балки или отношение расчётной длинны балки l_cf к ширине сжатого пояса b превышает значения, рекомендуемые СНиП, выполняется проверка общей устойчивости:



Где _в-коэффициент, определяемый по указаниям прил. 7 СНиП II-23-81;

W_c-следует определять для сжатого пояса.

Коэффициент _с при проверке общей устойчивости балки принимают 0.95.

Проверку местной устойчивости поясов и стенки прокатных балок, как правило, не делают, так как она обеспечивается принятыми толщинами элементов из условий проката.

36. Подбор сечения и проверка несущей способности и жесткости прокатных балок в упругой и упруго-пластичной стадии работы материала

Расчётная схема главной балки устанавливается в соответствии с выбранным типом (вариантом) балочной клетки.

Главная балка воспринимает нагрузку от собственного веса, балок настила (при нормальном типе) или вспомогательных балок (при усложнённом типе балочной клетки), стального настила и полезной нагрузки на настил.

При распределении сосредоточенных сил на балку (более 5) их заменяют равномерно распределённой нагрузкой, эквивалентной по интенсивности сосредоточенным грузам.

Расчётная схема главной балки, эпюры изгибающих моментов и поперечных сил показаны на рис. (изобразить самостоятельно).

Сечение составной балки обычно состоит из трёх листов: стенка и двух поясов. Проектирование включает два этапа: на первом компонуют и подбирают сечение, на втором - проверяют прочность и устойчивость балки в целом и её элементов, а также проверяют по прогибу. Компоновку составного сечения начинают с установления высоты балки.

Оптимальная высота балки при минимальных затратах металла. Толщина стенки, мм, назначаемая по эмпирической формуле:

t_w=7+3h/1000 (мм.)

Где h - предполагаемая высота балки, h(1/8-1/15)L

L - пролёт главной балки, м;

W =M_max/c₁R_yc;

Из условия обеспечения жесткости высота балки должна быть не менее:

Максимальная высота балки ограничивается заданными габаритами помещения и определяется по формуле:

h_max=h_п.в.-(t_d+c₁+c₂)

Где h_п.в - полная высота балочной клетки или разность отметок пола площадки и верха габарита помещения под площадкой;

t_d - толщина настила;

с₁ - величина зазора между верхом главной балки и низом настила;

с₂ - величина зазора между отметкой низа главной балки и отметкой верха габарита помещения.

Величина с₁ зависит от типа сопряжения балок. Так, при сопряжении главных балок и балок настила в одном уровне с₁=0, а при этажном величина с₁ равна высоте балки настила для нормального типа балочной клетки.

Величина с₂ должна быть не менее прогиба главной балки с₂L/n₀. Обычно принимают с₂=50мм. Окончательно назначаемая высота балки должна быть близкой к h_opt, не меньше h_min и не выше h_max. После установления высоты балки определяют минимальную толщину стенки из условия работы её на срез и сравнивают с ранее назначенной.

Где k=1.5 - при работе на срез без учёта поясов и k=1.2 - с учётом работы поясов. Приближённо h_w=h-(2…5см).

Рис. - Сечение составной главной балки Рис.12.3. Поэтажное сопряжение балок:

Назначая окончательно толщину стенки, необходимо учитывать, что местная устойчивость стенки без дополнительного укрепления её продольными рёбрами обеспечивается, если соблюдается условие:



Обычно минимальную толщину стенки принимают не менее 8 мм (очень редко 6 мм) и назначают при толщине до 12 мм кратной 1мм, а более 12 мм кратной 2 мм.

Сечение поясов балок подбирают по максимальному расчётному изгибающему моменту и требуемой площади полок. Требуемую площадь полки находят по следующей приближённой формуле, не учитывающей момент инерции пояса относительно собственной оси:

Где J_f - момент инерции поясов относительно центра тяжести сечения.

Чтобы добиться общей устойчивости балки, ширина поясов должна быть в пределах 0.5-0.2 высоты балки, но не менее 180 мм (для удобства сваркой автоматом). Толщину полки назначают в пределах 16…40 мм, но не более трех толщин стенки. Из условия обеспечения устойчивости отношение свободного свеса полки в_ef к её толщине t_f не должно превышать значений.

Для стенки с пределом текучести _y380МПа наибольшие отношения в_ef/t_f составляют примерно 12-15. Для растянутых поясов балок отношение в_ef/t_f принимают не более 30 из условия равномерного распределения напряжений по ширине пояса. Назначив сечения стенки и полок, вычисляют фактическое значение W и проверяют нормальные напряжения:



Или:

При удачном подборе сечения разница между и R_y должна быть не больше 5, при этом перенапряжение не допускается. Максимальные касательные напряжения по нейтральной оси сечения у опоры балки не должны быть выше R_s металла стенки.

37. Компоновка и подбор сечения составных балок

Главная балка воспринимает нагрузку от собственного веса, балок настила (при нормальном типе балочной клетки) или вспомогательных балок (при усложнённом типе балочной клетки), стального настила и полезной нагрузки на настил.

При распределении сосредоточенных сил на балку (более 5) их заменяют равномерно распределённой нагрузкой, эквивалентной по интенсивности сосредоточенным грузам.

Расчётная схема главной балки, эпюры изгибающих моментов и поперечных сил показаны на рисунке. Расчётные схемы и эпюры M и Q для главной балки:

Сечение составной балки (рис.6) обычно состоит из трёх листов: стенка и двух поясов.

Проектирование включает два этапа: на первом компонуют и подбирают сечение, на втором - проверяют прочность и устойчивость балки в целом и её элементов, а также проверяют по прогибу.

Компоновку составного сечения начинают с установления высоты балки.

Оптимальная высота балки при минимальных затратах металла:

Где k - коэффициент, принимаемый для сварных балок 1.21.15;

t_w - толщина стенки, мм, назначаемая по эмпирической формуле:

t_w=7+3H/1000 (мм.)

Где h - предполагаемая высота балки;

L - пролёт главной балки, м;

W =M_max/c₁R_yc;

Из условия обеспечения жесткости высота балки должна быть не менее:

Максимальная высота балки ограничивается заданными габаритами помещения и определяется по формуле:

h_max=h_п.в.-(t_d+c₁+c₂)

Где h_п.в - полная высота балочной клетки или разность отметок пола площадки и верха габарита помещения под площадкой;

t_d - толщина настила;

с₁ - величина зазора между верхом главной балки и низом настила;

с₂ - величина зазора между отметкой низа главной балки и отметкой верха габарита помещения.

Рисунок:

Величина с₁ зависит от типа сопряжения балок.

Так, при сопряжения главных балок и балок настила в одном уровне с₁=0, а при этажном величина с₁ равна высоте балки настила для нормального типа балочной клетки.

Величина с₂ должна быть не менее прогиба главной балки с₂L/n₀. Обычно принимают с₂=50мм.

Окончательно назначаемая высота балки должна быть близкой к h_opt, не меньше h_min и не выше h_max.

После установления высоты балки определяют минимальную толщину стенки из условия работы её на срез и сравнивают с ранее назначенной:

Где k=1.5 - при работе на срез без учёта поясов и k=1.2 - с учётом работы поясов. Приближённо h_w=h-(2…5см).



Рис. - Сечение составной главной балки и Поэтажное сопряжение балок:

Назначая окончательно толщину стенки, необходимо учитывать, что местная устойчивость стенки без дополнительного укрепления её продольными рёбрами обеспечивается, если соблюдается условие:

Обычно минимальную толщину стенки принимают не менее 8 мм (очень редко 6 мм) и назначают при толщине до 12 мм кратной 1мм, а более 12 мм кратной 2 мм. Сечение поясов балок подбирают по максимальному расчётному изгибающему моменту и требуемой площади полок. Требуемую площадь полки находят по следующей приближённой формуле, не учитывающей момент инерции пояса относительно собственной оси:

Где J_f - момент инерции поясов относительно центра тяжести сечения.

Чтобы добиться общей устойчивости балки, ширина поясов должна быть в пределах 0.5-0.2 высоты балки, но не менее 180 мм (для удобства сваркой автоматом). Толщину полки назначают в пределах 16…40 мм, но не более трех толщин стенки. Из условия обеспечения устойчивости отношение свободного свеса полки в_ef к её толщине t_f не должно превышать значений, вычисляемых по формулам табл. 30 /3/. Для стенки с пределом текучести _y380МПа наибольшие отношения в_ef/t_f составляют примерно 12-15. Для растянутых поясов балок отношение в_ef/t_f принимают не более 30 из условия равномерного распределения напряжений по ширине пояса.

Назначив сечения стенки и полок, вычисляют фактическое значение W и проверяют нормальные напряжения:

Или:

При удачном подборе сечения разница между и R_y должна быть не больше 5, при этом перенапряжение не допускается. Максимальные касательные напряжения по нейтральной оси сечения у опоры балки не должны быть выше R_s металла стенки.

38. Изменение сечения балок по длине. Проверка прочности

Изменение сечения по длине главной балки. В главных балках для уменьшения расхода металла сечения поясов рекомендуется принимать не одинаковыми по длине пролёта, а в соответствии с изменением эпюры изгибающих моментов. Учитывая увеличение трудоёмкости изготовления, рекомендуется уменьшать сечение поясов в балках пролётом 10-12м и более.

При равномерной нагрузке наиболее выгодное место изменения сечения поясов в однопролётной балке находится на расстоянии примерно 1/6 пролёта балки от опоры.

Рис. - Изменение ширины поясов главных балок и Схемы для определения длины распределения:

Наиболее простым способом изменения сечения поясов является изменение ширины пояса, так как при этом не изменяется высота балки и верхний пояс остаётся гладким.

Расчётный момент и поперечную силу в сечении на расстоянии x=L/6 от опоры определяют по формуле:

M_x=qx(L-x)/2; Q_x=q(L/2-x)

В балках переменного сечения развитие пластических деформаций следует учитывать только в одном сечении с наиболее неблагоприятным сочетанием M и Q, в остальных сечениях развитие пластических деформаций не допускается.

По моменту М_х определяют необходимый момент сопротивления сечения балки исходя из упругой работы материала и подбирают новое сечение поясов.

,



Где R_wy=0.85R_y - расчётное сопротивление растяжению прямого стыкового шва по пределу текучести.

Уменьшенная ширина поясов должна отвечать следующим условиям:

b₁1/10h;

b₁180мм;

b₁0.5b

Если хотя бы одно из этих условий не выполняется, то следует принимать ширину пояса b₁ равной большей из указанных величин, определить W_х.тр, затем вычислить расстояние х от опоры до теоретического места изменения сечения. Изменение ширины пояса по длине производят плавно. Для этого у более широкого места устраивают скос с уклоном не более 1:5. Уменьшенное сечение балки проверяют на прочность и устойчивость. В разрезных балках пролётом до 36м принимается одно изменение сечения пояса.

Проверка прочности и прогиба балки.

Проверка прочности сводится к проверке наибольших нормальных и касательных напряжений.

В разрезных балках места наибольших нормальных и касательных напряжений обычно не совпадают, их проверяют раздельно по формулам 28, 29, 39.

В наиболее неблагоприятных сечениях выполняют проверку на совместное действие нормальных и касательных напряжений. Например, в месте изменения сечения на уровне поясных швов.

Приведенные напряжения определяют по формуле:

Где:



Это - расчетные нормальные и касательные напряжения в краевом участке стенки балки на уровне поясных швов.

В местах приложения нагрузки к верхнему поясу, а также опорных сечениях балки, не укреплённых рёбрами жёсткости, необходима проверка стенки балки на местные сминающие стенку напряжения:

Где F - расчётное значение силы;

t_w ,t_f - толщина стенки и пояса балки;

b - длина участка передачи местной нагрузки на балку.

Приведенные напряжения в этом случае проверяют в сечении под нагрузкой:

Если проверка не выполняется, то стенку балки необходимо укреплять ребром жёсткости, верхний конец которого пригоняется к нагруженному поясу балки.

Относительный прогиб балки f/L не должен превосходить предельного значения 1/n₀, установленного нормами.

От действия распределённой нагрузки:



Прогиб составных балок можно не проверять, если фактическая высота балки больше минимальной h_min.

39. Расчет соединения поясов балки со стенкой

Касательные напряжения стремятся сдвинуть полки изгибаемой балки относительно стенки. Этому сдвигу препятствуют поясные швы.

В сварных балках сдвигающее усилие Т, приходящееся на 1 см длинны балки, определяется через касательные напряжения

Т = t_w = QS_f / J

Где S_f - статический момент пояса (сдвигаемого по стыку со стенкой) относительно нейтральной оси:

S_f = A_f (h₀ / 2)

J - момент инерции сечения балки;

Q - расчётная поперечная сила.

Сдвигающая сила Т воспринимается швами. Минимальная толщина этих швов при длине l_w=1см будет :

Где (R_w)_min - меньшее из произведений коэффициента глубины проплавления (_f или _z) на расчётное сопротивление, принимаемое по условному срезу металла шва (R_wfwf) или по срезу металла на границе сплавления шва (R_wzwz);

n=1 при односторонних швах;

n=2 при двусторонних швах.

В балках, работающих с учётом пластических деформаций, применение односторонних поясных швов не допускается.

Толщину шва k_f назначают согласовывая.

Проверка прочности и прогиба балки.

Проверка прочности сводится к проверке наибольших нормальных и касательных напряжений.

В разрезных балках места наибольших нормальных и касательных напряжений обычно не совпадают, их проверяют раздельно по формулам 28, 29, 39.

В наиболее неблагоприятных сечениях выполняют проверку на совместное действие нормальных и касательных напряжений. Например, в месте изменения сечения на уровне поясных швов.

Приведенные напряжения определяют по формуле:

Где:

Это - расчетные нормальные и касательные напряжения в краевом участке стенки балки на уровне поясных швов. В местах приложения нагрузки к верхнему поясу, а также опорных сечениях балки, не укреплённых рёбрами жёсткости, необходима проверка стенки балки на местные сминающие стенку напряжения:

Где F - расчётное значение силы; t_w ,t_f - толщина стенки и пояса балки;

b - длина участка передачи местной нагрузки на балку.

Приведенные напряжения в этом случае проверяют в сечении под нагрузкой:

Если проверка не выполняется, то стенку балки необходимо укреплять ребром жёсткости, верхний конец которого пригоняется к нагруженному поясу балки. Относительный прогиб балки f/L не должен превосходить предельного значения 1/n₀, установленного нормами. От действия распределённой нагрузки:

Прогиб составных балок можно не проверять, если фактическая высота балки больше минимальной h_min.

40. Проверка общей устойчивости главной балки

Проверка общей устойчивости балки выполняется по формуле (см. п 5.15 СНиП II-23-81):



Где W_c - следует определять для сжатого пояса;

_b - коэффициент.

При отношении расчётной длинны балки l_ef к ширине сжатого пояса b, не превышающем значений, для балок симметричного двутаврового сечения устойчивость проверять не требуется.

Расчётная длинна главной балки l_ef принимается равной расстоянию между точками закрепления сжатого пояса от поперечных смещений.

При сопряжения балок настила с главной в одном уровне сжатый пояс главной балки полностью закреплён стальным настилом, т.е общая устойчивость главной балки в этом случае обеспеченна.

При сопряжении балок настила или вспомогательных балок в разных уровнях точками закрепления считают места опирания балок настила или вспомогательных балок, если узел сопряжения обеспечивает закрепление сжатого пояса от поперечного смещения.

В рабочих площадках общая устойчивость главной балки, как правило, обеспечивается конструктивными мероприятиями, т.е без расчёта.

41. Конструкция и расчет сопряжения балок со стальными колоннами

Конструирование опорной части балки состоит в выборе места расположения конструкции опорных рёбер, способа приварки этих рёбер к стенке балки:

Схемы устройства опорного ребра жёсткости.

Рис. - Вариант 1 - В торце с применением строжки:

Рис - Вариант 2 - Удалённого от торца с плотной пригонкой или приваркой к нижнему поясу:

Целесообразно принимать один из вариантов, показанных на рисунках.

Рёбра жёсткости для передачи опорной реакции надёжно прикрепляют к стенке сварными швами, а торец рёбер жёсткости либо строгают для непосредственной передачи опорного давления на стальную колонну, либо плотно пригоняют к нижнему поясу балки.

Расчёт опорной части выполняется в следующей последовательности:

1. Определяют размер поперечных рёбер жёсткости из расчёта на смятие торца ребра:



Откуда: сталь металл сплав

Где b_р-ширина ребра в варианте 1 или суммарная ширина опорной поверхности рёбер в варианте 2. Проверяется устойчивость опорной части балки из её плоскости как стойки, нагруженной опорной реакцией F_оп. В расчётное сечение стойки включается сечение ребра и примыкающие к нему участки стенки шириной =0,65t_w с каждой стороны ребра. Расчётная длина стойки l_ef принимается равной высоте стенки h_w:

А_оп=(2+t_p)t_w+2(b_h-40)t_p



3. Рассчитывается прикрепление опорных рёбер к стенке балки сварными швами на полную опорную реакцию балки с учётом максимальной рабочей длины сварного шва:

Или:

По второй формуле проверка не делается, если соблюдается условие _fR_wf<_zR_wz. При этом расчётное усилие F_оп=N в варианте 1 воспринимается двумя, а в варианте 2 - четырьмя швами.

; (по металлу шва)

A_w = 4 l_{w f} k_f

l_w = 85 _f k_f h_ef - 60

Размещено на Allbest.ru

...