Конструирование и расчет опорной части главной балки

 

Расчетом должны быть проверены опорные ребра на смятие, опорная часть балки на устойчивость и сварные швы, прикрепляющие опорное ребро к стенке балки (рис. 13). Рис. 13. Опорная часть главной балки:

 а – с торцевым ребром; b – расчетная схема опорного ребра при проверке устойчивости

1. Сначала определяются размеры опорного ребра b_P и t_P из условия его прочности на смятие торцевой поверхности опорной реакцией главной балки F _ОП. Задавшись t_P =12…20мм, находят b_P F _ОП /(R_Pt_P), где F _ОП = qL /2, q – расчетная нагрузка на единицу длины главной балки; R_P – расчетное сопротивление смятию торцевой поверхности (табл.П.1).

Ширина ребра должна быть не менее 200мм и соответствовать сортаменту на широкополосную универсальную сталь. Выступающая часть ребра принимается 15…20мм, но не более 1,5 t_P.

2. Проверяется устойчивость опорной части балки из плоскости стенки как центрально-сжатой стойки, нагруженной силой F _ОП:

F _ОП /( A _ОП) R_Y, где А_ОП – расчетное сечение стойки, включающее сечение ребра и примыкающий к нему участок стенки шириной b ₁ =0,65 t_W  (рис.13). A _ОП = b_Pt_P + b ₁ t_W;  -коэффициент продольного изгиба (табл.П.4) в зависимости от гибкости l _Y = h_W / i_Y; i_Y = b_P /  - радиус инерции. Если условие устойчивости не выполняется, необходимо изменить размеры ребра и проверку повторить.

3. Проверяется местная устойчивость опорного ребра:

                  b_ef/t_P £ 0,36  +0,1 l _Y, где b_ef=(b_P-t_W)/2

4. Опорная реакция с ребра на стенку балки передается через вертикальные угловые швы (швы «а» на рис.13). Требуемый катет шва k_{f ,тр} =(1/ b _f) Ö F _ОП /(2 x 85 R_Wf).

Катет шва назначают равным или более минимального конструктивного (табл.П.3).

Сварка выполняется, как правило, полуавтоматом с применением сварочной проволоки диаметром 1,4…2мм. В этом случае b _f =0,9 при k_f =3…8мм и b _f =0,8 при k_f =9…12мм.

Если b _f Ö R_WF > b _Z Ö R_WZ, то k_f следует определять по металлу границы сплавления, где b _Z =1,05 при k_f =3…8мм и b _Z =1 при k_f =9…12мм.

2.8. Проектирование укрупнительного стыка главной балки

 

Укрупнительный стык устраивается обычно в середине пролета балки, что позволяет получить два одинаковых отправочных элемента. Стык проектируется сварным (рис.14), либо на высокопрочных болтах (рис.15).

 

Сварной стык

Вариант сварного укрупнительного стыка требует следующих конструктивных и технологических мероприятий:

1) Сжатый пояс и стенку соединяют прямым швом встык, а растянутый пояс – косым швом (тангенс угла наклона линии стыка к оси пояса равен 2), так как на монтажной площадке физические способы контроля затруднены. Такой стык равнопрочен основному сечению балки и может не рассчитываться.

2) Участки поясных швов длиной по 500…700 мм от стыка оставляют на заводе не заваренными.

3) Сварку стыка следует производить в последовательности, указанной цифрами на рис.14 (во избежание больших сварочных напряжений).

4) Следует предусмотреть разделку кромок свариваемых деталей и      зазоры в стыке.

Рис. 14. Сварной стык главной балки

2.8.2 Стык на высокопрочных болтах

 

Конструирование стыка на высокопрочных болтах заключается в выборе диаметра и материала болтов, размеров накладок поясов и стенки, способа обработки поверхностей, в размещении болтов.

Расчет стыка состоит в определении количества болтов в стыке поясов и в проверке прочности стыка стенки по усилию в наиболее нагруженном болте.

При выборе диаметра болтов следует учитывать, что наиболее применимые диаметры высокопрочных болтов – 16, 20 и 24мм. Стык поясов перекрывают тремя накладками с двух сторон из стали, что и сталь ГБ, при этом суммарная площадь накладок должна быть не менее площади пояса А _f. Стык стенки перекрывают парными накладками из листа t = t_W.

  Пример. Требуется рассчитать стык сварной балки на высокопрочных болтах. Стык делаем в середине пролета балки, где М=10000 кНм. Конструкция стыка представлена на рис.15. Размеры и характеристики сечения балки в середине пролета:

h =1956мм; h_w =1900мм; t_w =12мм; b_f =450мм; t_f =28мм; h_f =1928мм; А _f =126см²; I_x =3028000см⁴; I_w =685900см⁴. Материал балки – сталь С375.

Принимаем болты диаметром 24мм из стали 40Х «Селект», отверстия диаметром 27мм;

R_bun =1100МПа (табл. П.5); площадь сечения болта по нарезке А _bn =3,52см² (табл. П.7). Способ обработки поверхности выбираем газопламенный, способ регулирования натяжения болтов – по углу поворота гайки a (табл. П.6). Тогда коэффициент трения m =0,42; коэффициент надежности g _h =1,02.

Расчетное усилие на один болт, которое может быть воспринято каждой поверхностью трения соединяемых элементов, определяется по формуле

Q_bh=R_bh g _b A_bn m / g _h,

где R_bh =0,7 R_bun – расчетное сопротивление высокопрочного болта; g _b – коэффициент условий работы, зависящий от количества болтов n:

        0,8 при n <5;

g _b =   0,9 при 5£ n <10;

        1,0 при n ³10.        

Принимаем g _b =1, тогда Q_bh =0,7 x 110 x 3,52 x 0,42/1,02=111,2кН.

 

Рис. 15. Укрупнительный стык на высокопрочных болтах

Стык поясов перекрываем накладками из стали С375 сечением 450х16мм с наружной и 200х16мм с внутренней сторон поясов. Имеем А_н=45х1,6+2х20х1,6=136см² > A_f =126см².

Расчетное усилие на стык поясов можно определить по формуле

N_f=R_YA_f=32,5x126=4095 кН.

Количество болтов с одной стороны от стыка определяется по формуле n = N_f /(kQ_bh)=4095/(2 x 111,2)=18,4, где к=2 – количество поверхностей трения в стыке. Принимаем n =20 и расставляем болты в соответствии с требованиями табл.П.8 (расстояния принимаем кратными 10мм).

Стык стенки перекрываем парными накладками из листа t = t_w =12мм. Болты ставим в двух вертикальных рядах с каждой стороны стыка на расстояниях в ряду а=130мм (максимально допустимое а=12 t =144мм). Число болтов в ряду 14 штук. Расстояние между крайними рядами в вертикальном ряду h_max =13х130=1690мм.

Момент, приходящийся на стенку, M_w = M_maxI_w / I_x = 10000x685900/3028000 =2265кНм.

Наибольшее усилие на один болт, которое будет передаваться одной поверхностью трения, определится по формуле

N_max = M_wh_max /(km å h_i ²), где m – количество вертикальных рядов болтов с одной стороны стыка; h_i – расстояния между парами симметрично расположенных болтов (рис.15).

Имеем å h_i ² =0,13²+0,39²+0,65²+0,91²+1,17²+1,43²+1,69²= 7,69м².

Проверка прочности: N_max =2265x1,69/(2x2x7,69) = 124,4кН > Q_bh. Условие прочности стыка не выполняется.

Принимаем а=120мм (число болтов в ряду – 16 штук). Тогда h_max =15x120=1800мм, åh_i²=0,12²+0,36²+0,6²+0,84²+1,08²+1,32²+1,56²+1,8² =9,79м².    N_max =2265x1,8/(2x2x9,79)= 104,1кН< Q_bh =111,2кН.

Условие прочности выполнено.