Курсовая работа (т): Балочная клетка

Для обеспечения местной устойчивости стенки без дополнительного укрепления её продольным ребром, её толщина не должна быть меньше, чем:

где - модуль упругости.

Сравнивая полученные толщины с принятой , приходим к выводу, что она удовлетворяет условию прочности на действие касательных напряжений и не требует укрепления стенки продольным ребром жесткости для обеспечения местной устойчивости.

) Размеры горизонтальных поясных листов находим из необходимой несущей способности балки. Для этого вычисляем требуемый момент инерции сечения балки:

Момент инерции стенки балки:

Момент инерции полок:

Требуемая площадь сечения поясов балки:

где

Из следующих условий назначаем :

 или

Принимаем: , тогда все условия выполняются.

Принимаем: .

Размеры полок  и подобраны по ГОСТ 82-70*.

Геометрические характеристики сечения:

Площадь полки:

Принятые пояса из универсальной стали 600х30 мм, находится в пределах рекомендуемого отношения b_f / h = 600 / 1890 = 1 / 3,0

Проверяем принятую ширину поясов исходя из его местной устойчивости:

Принятое соотношение размеров пояса удовлетворяет условию его местной устойчивости.

Момент инерции полки:

Момент инерции стенки:

Момент инерции сечения:

Момент сопротивления сечения:

Проверка сечения на прочность.

где - расчетное сопротивление по пределу текучести, по табл. 51 [2] для стали С345

- коэффициент условия работы, по табл. 6 [2],

Подобранное сечение балки удовлетворяет проверки по прочности. Выполним проверку прогиба:

Проверки прочности и прогиба выполняються.

2.4 Изменение сечения балки по длине проверка на прочность изменного сечения

Выбор размеров измененного сечения полки сварной балки.

Сечение составной балки подобрано по максимальному изгибающему моменту, который действует лишь в середине балки, поэтому сечение можно уменьшить в местах снижения моментов.

При равномерной нагрузке наивыгоднейшее по расходу стали место изменения сечения поясов однопролетной сварной балки находится на расстоянии примерно 1/6 пролета балки от опоры

Рис. 10. Расчетная схема главной балки

Действующий в этом месте изгибающий момент найдем по формуле:

где - полная расчетная нагрузка на главную балку.

Действующую в этом месте перерезывающую силу найдем по формуле:

Определяем требуемый момент сопротивления и момент инерции измененного сечения исходя из прочности сварного стыкового шва:

Определяем требуемый момент инерции поясов

Определяемый требуемый момент инерции поясов ()

Принимаем пояс 300х30 мм, А_fz=90 см². Принятый пояс удовлетворяет условиям b_f1>12 см и b_f1>h/10 = 18,9 см.

Определяем момент инерции и момент сопротивления уменьшенного сечения:

Проверка балки на прочность.

В месте изменения сечения делаем проверку совместного действия нормальных и касательных напряжений:

,                                  

где    - приведенное напряжение;

кН/м² - расчетное нормальное напряжение;

кН/м² - расчетное касательное напряжение.

см³.                                                            

=287271 кН/м²=287,27МПа< 1,15·300·1,0=345 МПа.

Следовательно, прочность балки в месте изменения сечения обеспечена.

.5 Проверка общей устойчивости балки

Исходные данные:

Размеры поясов балки b_f=600 мм, t_f = 30 мм;

Нагрузка на главную балку передается через балки настила, установленные с шагом

a=0,8 м и закрепляющие главную балку в горизонтальном направлении.

По табл. 8* [СНиП II-23-81*] находим наибольшее значение (l_ef/b_f)_u, при котором не требуется расчета на устойчивость, принимая l = a = 0,8 м

Поскольку условие соблюдается, то устойчивость балки обеспечена и расчет на общую устойчивость выполнять не требуется.

В месте уменьшенного сечения:

Поскольку условие соблюдается, то устойчивость балки обеспечена и расчет на общую устойчивость выполнять не требуется.

.6 Расстановка ребер жесткости и проверка местной устойчивости стенки

Исходные данные:

сечение балки b_f =60 см, t_f = 3 см, h_w=189 см, t_w = 1,4 см; шаг балок настила a=80 см;

Стенка представляет собой длинную тонкую пластину, испытывающую действие касательных и нормальных напряжений, которые могут вызвать потерю её устойчивости. Устойчивости стенки обычно добиваются укреплением её специальными рёбрами жёсткости, расположенными нормально к поверхности выпучивания листа и увеличивающими жёсткость стенки. Рёбра жёсткости делят стенку на отсеки (панели), которые могут потерять устойчивости независимо один от другого.

Проверяем необходимость постановки ребер жесткости. Условная гибкость стенки при h_ef=h_w= 120 см и t_w =1,2 см равна:

Поскольку , то постановка ребер жесткости необходима (п. 7.10 СНиП II-23-81*). Максимальное расстояние между поперечными ребрами жесткости при  равно a_max = 2h_ef=2×183 = 366 см.

Принимаем парные ребра жесткости, ширина которых по [СНиП 2.01.07-85*] равна:

Толщина ребра определяется по п. 7.10 [1 СНиП II-23-81*]

Принимаем размеры двухсторонних ребер жесткости b_h х t_s =101x9 мм.

Схема расстановки ребер жесткости показана в графической части.

Проверка устойчивости стенки.

Устойчивость будет обеспечена, если:

,

где    - принимаем в зависимости от коэффициента .

.

Принимаем по табл. 7.4 [2] .

Откуда имеем:

кН/м².

,

где    - условная цилиндрическая гибкость:

.                      

Отношение большей стороны к меньшей: .

По формуле (2. 31) имеем:

кН/м².

Расчетные момент  и поперечную силу , определяем в среднем сечении квадрата со стороной, равной высоте стенки , примыкающего к опоре, то есть в сечении

кНм.

кН.

кН/м².

кН/м².

<1 - устойчивость стенки обеспечена.

Рис. 2.6 Схема расстановки ребер жесткости

2.7 Расчет поясных швов составной балки

Расчет ведется на силу сдвига пояса балки относительно стенки. В сварных балках сдвигающая сила Т, приходящаяся на 1 см длины балки, определяется через касательные напряжения.

см.

,                                    

где    м³.

Н/м² =65,49МПа< 182,7 МПа.

Сопротивление швов срезу должно быть не меньше силы Т, т.е. см. Отсюда требуемая толщина шва:

,                       

где    - поперечная сила в опорном сечении балки;

- двусторонние швы;

- меньшее из произведений глубины проплавления на расчетное сопротивление, принимаемое по условному срезу шва или по срезу металла на границе оплавления шва;

 - зависит от того, как произойдет разрушение шва:

- по шву,

- по границе сплавления.

МПа (табл. 56 СНиП II-23-81*);  (табл. 34* СНиП II-23-81*);

МПа - min.

МПа (табл. 51* СНиП II-23-81*);

 (табл. 34* СНиП II-23-81*);

МПа

Разрушение считаем по шву м = 9 мм.

Принимаем по табл. 38* СНиП II-23-81* мм.

Принимаем проволоку Св-08А, тип электрода Э-42.

.8 Расчет опорной части балки

Исходные данные:

сечение балки на опоре h_w x t_w =1830x14 мм, b_f x t_f = 300x30 мм;

·   опорная реакция балки F = Q_max =2483кН;

Расчетные характеристики материала и коэффициенты

Опорные ребра балки выполняем из стали С255 по ГОСТ 27772-88, для которой R_y = 240 МПа, R_un = 370 МПа (табл. 51* СНиП II-23-81*), R_p = 336 МПа, (табл. 52* СНиП II-23-81*).

Опорную часть балки конструируем с торцевым опорным ребром.

Расчет конструкции опорной части балки.

Главная балка опирается на колонну с помощью опорного ребра. Размер опорного ребра определяется из расчета на смятие торца ребра:

,

где    кН;

МПа - расчетное сопротивление стали смятию торцевой поверхности;

м² = 70 см² - площадь опорного ребра.

Ширина опорного ребра принимается равной ширине пояса, а толщину определяем по формуле:

,

где    - коэффициент, учитывающий примыкание ребра не по всей плоскости.