9. РАСЧЕТ УКРУПИТЕЛЬНОГО СТЫКА БАЛКИ

Рассчитать и законструировать монтажный стык на высокопрочных болтах в середине пролета главной балки составного сечения.

Исходные данные:

- размеры пояса bf x tf = 500 x 20 мм, размеры стенки hw x tw = 1700 x 13 мм;

- Ix= 1954198,7 см4; Iw = 1,3*1703/12 = 532241,7 см4- момент инерции стенки;

- в середине пролета балки Mx = Mmax = 4477,5 кН×м, Qx = 0.

9.1 Расчетные характеристики материала и коэффициенты

Стык выполняем на высокопрочных болтах диаметром 20 мм из стали 40Х «селект», с Rbun = 1100 МПа (табл.61* [1]). Очистка поверхности газопламенная, при которой коэффициент трения μ=0,42, коэффициент надежности γh = 1,12 (табл. 36* [1]).

9.2 Расчет стыка поясов

Определяем распределение момента между поясами и стенкой

Mf = Mx – Mw = 4477,5 – 1219,48 = 3258,02 кН×м

Усилия в поясных накладках равны

Требуемая площадь накладок на пояс нетто равна

Принимаем двусторонние накладки с наружной стороны 500х12 мм, с внутренней стороны пояса две накладки 210х12 мм.

Предполагая в каждом ряду по 4 болта, найдем площадь накладок с учетом ослабления, диаметр отверстия под болты d = 20 мм – d0 = 23 мм.

> = 78,92 см2

Площадь пояса с учетом ослабления отверстиями

Суммарная площадь сечения накладок нетто больше, чем сечение пояса, поэтому проверку на прочность выполняем только послабленному сечению пояса. Поскольку A f,n = 81,6 см2 < 0,85Af = 0,85*100 = 85 см2, то проверка производится по условной площади A f,c = 1,18*A f,n = 1,18*81,6 = 96,29 см2 (см. п. 11.14 [1]).

Проверка прочности выполняется.

Расстояние между центрами болтов вдоль усилия должно быть не менее e+1,5d0 (e – расстояние между рядами поперек усилия). По табл. 39 [1] е = 2,5 d0 , отсюда минимальное расстояние между болтами равно 4 d0 = 4*23 = 92 мм. Принимаем шаг 100 мм.

Расчетное усилие, которое может быть воспринято одним высокопрочным болтом, определяется по формуле (131)* [1]

где Rbh – расчетное сопротивление растяжению высокопрочного болта; Rbh = 0,7Rbun = 0,7*110 = 77 кН/см2;

Аbh – площадь сечения болта нетто, Аbh = 2,45 см2

k – число поверхностей трения, k = 2;

γb – коэффициент работы соединения, γb = 1,0 при числе болтов 10 и более;

γh - коэффициент надежности, принимаемый по табл. 36* [1], γh = 1,12;

μ – коэффициент трения, принимаемый по табл. 36* [1], для газопламенного способа очистки μ = 0,42

Необходимое число высокопрочных болтов:

Принимаем 16 болтов.

9.3 Расчет стыка стенки

Стык перекрываем двумя накладками толщиной 13 мм каждая. Принимаем по два вертикальных ряда болтов на каждой полунакладке (m=2), число горизонтальных рядов k найдем в зависимости от

где hmax – расстояние между крайними рядами болтов, hmax = 159 см;

При α = 0,168 k = 15. Принимаем 16 рядов болтов, получаем расстояние между ними 106 мм, что больше аmin = 2,5d0 = 2,5*23 = 57,5 мм и меньше amax = 18t = 18*13 = 234 мм

Наибольшее усилие в крайнем болте от изгибающего момента

Поскольку поперечная сила Qx = 0, то проверка сводится к виду:

Рис.8.2. Монтажный стык балки на высокопрочных болтах.

10. ПОДБОР СЕЧЕНИЯ КОЛОННЫ

Подобрать сечение стержня сплошной центрально-сжатой колонны рабочей площадки. Исходные данные:

а) по заданию на проектирование:

- высота этажа H = 7,2 м;

- материал – углеродистая сталь обычной прочности;

б) по результатам выполнения предшествующих разделов:

- толщина настила tsh = 10 мм;

- высота второстепенной балки hfb = 34,6 см;

- высота главной балки hmb = 174,0 см;

- реакция главной балки Vmb = Qmb,max = 1194 кН;

- главная балка опирается на колонну сверху.

10.1 Расчетные характеристики материала и коэффициенты

Колонны относятся к группе 3 по табл. 50* [1]. Принимаем сталь обычной прочности, соответствующую группе 3 конструкций, сталь С245 по ГОСТ 27772-88. Расчетное сопротивление принимаем для фасонного проката толщиной до 20 мм, для которого Ry = 240 МПа, Run = 370 МПа (табл. 51* [1]), E = 2,06×105 МПа, n= 0.3 (табл. 63 [1]). Для сооружений II уровня ответственности (прил.7* [2]) коэффициент надежности по ответственности равен gn=0,95. Коэффициент условий работы при расчете на прочность gc=1,0 (табл. 6 [1]). Коэффициенты надежности по нагрузке gf g =1,05 (п.2.2 [2]), gf v =1,20 (п.3.7 [2]).

10.2 Определение расчетной длины колонны

Геометрическую длину колонны находим с учетом глубины заделки hb = 0,7 м.

lc =H - (tsh+ hfb+ hmb) + hb = 720 – (1,0+34,6+174,0) + 70 = 580,4 см.

Для дальнейших расчетов принимаем lc = 580 см.

Принимаем шарнирное закрепление колонны к фундаменту и шарнирное сопряжение колонны с балкой. При такой расчетной схеме коэффициент расчетной длины m = 1.

lef = lef,x = m lef,y = 1,0 × 580 = 580 см.

10.3 Определение продольной силы

Рассчитывается средняя колонна, на которую опираются две главные балки. Принимаем собственный вес колонны gc = 0,7 кН/м. Расчетная продольная сила определяется по формуле

N = 2Vmb + gfg gn gc lc = 2×1194 + 1,05×0,95×0,7×5,8 = 2392,05 кН

10.4 Подбор сечения стержня колонны

Сплошную колонну компонуем двутаврового сечения из трех листов. Задаемся в первом приближении значением гибкости λ = 75, которому соответствует коэффициент продольного изгиба φ = 0,716 (табл. 72 [1]).

Определяем требуемую площадь сечения колонны

Требуемый радиус инерции сечения

Находим αx = 0,43 и αy = 0,24 и определяем высоту и ширину сечения

Принимаем hc = bc= 32 см.