Стык балок в одном уровне: Библиотека государственных стандартов – 4.4.2 Сопряжение балок настила с главной балкой в одном уровне

Содержание

4.4.2 Сопряжение балок настила с главной балкой в одном уровне

Сопряжение балок в одном уровне способно передать большие опорные реакции. Недостаток этого сопряжения — необходимость выреза верхней полки и части стенки балки настила. Этот вырез несколько ослабляет сечение балки и увеличивает трудоемкость сопряжения.

Одним из вариантов сопряжения балок в одном уровне является примыкание одной балки к другой сбоку с передачей нагрузки через соединительные элементы, например, ребро жесткости (рисунок 4.4). Опорная реакция со стенки примыкающей балки настила передается через болты на ребро жесткости. Болты воспринимают усилия сдвига, соединяемых элементов.

1 – настил; 2 – балка настила; 3 – главная балка; 4 – крепление балок

Рисунок 4.3 – Этажное сопряжение балок

В

качестве работающих применяют болты нормальной точности, а при больших опорных реакциях балок настила — высокопрочные болты. Учитывая неравномерность вовлечения болтов в работу, и с целью повышения надежности, параметры болтовых соединений (количество и диаметр болтов)

определяют по усилию на 20…25 % выше опорной реакции балки.

1 – настил; 2 – балка настила; 3 – ребро жесткости; 4 – главная балка

Рисунок 4.4 – Сопряжение балок в одном уровне

При болтах нормальной и повышенной точности требуемое количество болтов

; (4.34)

где

— меньшее из значений расчетного усилия для одного болта на срез или смятие.

Расчетное усилие, воспринимаемое одним болтом на срез определяем по формуле [4]

; (4.35)

на смятие

, (4.36)

где — коэффициент условия работы соединения [4]; принимается по таблице 4.4;

Таблица 4.4 – Коэффициенты условий работы болтовых соединений

Характеристика соединения

Коэффициент условий работы соединения

1 Многоболтовое в расчетах на срез и смятие при болтах:

класса точности А

1,0

классов точности В и С, высокопрочных с нерегулируемым натяжением

0,9

2 Одноболтовое и многоболтовое в расчете на смятие при a= 1,5 d и b= 2 d в элементах конструкций из стали с пределом текучести, МПа (кг/см2):

до 285 (2900)

0,8

св. 285 (2900) до 380 (3900)

0,75

Обозначения, принятые в таблице: а — расстояние вдоль усилия от края элемента до центра ближайшего отверстия; b — между центрами отверстий; d — диаметр отверстия для болта.

Примечание — Коэффициенты, установленные в поз.1 и 2, следует учитывать одновременно.

и — расчетные сопротивления болтовых соединений на срез и смятие [4];

А — расчетная площадь сечения стержня болта; можно принимать по таблице 4.12;

t — наименьшая суммарная толщина элементов, сминаемых в одном направлении; при данной схеме сопряжения — это толщина ребра жесткости;

ns — число расчетных срезов одного болта; в данном случае ns = 1;

d — наружный диаметр стержня болта; рекомендуется применять болты диаметром 20; 24 мм.

Сечения соединяемых элементов следует проверить на срез с учетом ослабления отверстиями под болты, т.е. по площади нетто [4]:

, (4.37)

где h и t — высота и толщина сечения соединительного элемента;

d — диаметр болтов.

Балочные металлоконструкции | Промышленные металлоконструкции

БАЛКИ И БАЛОЧНЫЕ

МЕТАЛЛОКОНСТРУКЦИИ


     Одним из основных простейших конструктивных элементов зданий, является балка. Стальная балка получила широкое распространение в гражданском и промышленном строительстве, используется в междуэтажных перекрытиях, в балочных площадках, в пролетах мостов и эстакад, в виде подкрановых балок, а так же во многих других конструкциях разнообразных сооружений. Такое широкое распространение достигается за счет несложной конструкции, простоты изготовления и надежности в работе. Сечение балок бывает открытое (двутавр, швеллер)  и закрытое (круглые и профильные трубы, спаренные швеллера и двутавры, коробчатые балки выполненные из листового проката). По виду стенок, делятся на гофрированные, перфорированные и гибкие.

     Типы балок

     По своему типу балки подразделяются на прокатные и составные.

     Прокатные балки в основном изготавливаются из двутавров или швеллеров и используются для перекрытия небольших пролетов обычно не более 20м, конструктивные элементы которых, ограниченны несущей способностью, что связано с особенностями номенклатуры выпускаемых прокатных профилей. Применяются в балочных клетках; перекрытиях небольших ангаров и складов, гаражей, индивидуальных домов; в качестве прогонов покрытий производственных зданий; в конструкциях эстакад, промышленных площадок и т.д. По сравнению с составными, прокатные балки более надежны в эксплуатации и менее трудоемки в изготовлении, но за счет увеличенной толщины стенок более металлоемки. Стенки прокатных балок по длине не требуется укреплять ребрами жесткости, укрепляются лишь только в местах сосредоточения приложенных сил и в опорных зонах. Благодаря отсутствию сварного шва между полками и стенкой,  значительно уменьшается концентрация напряжений.

     Составные балки применяются при необходимости перекрытий больших пролетов, где требуются конструкции, жесткость и несущие способности которых превышают возможности прокатных профилей. Такие балки обычно изготавливают сварными, довольно редко встречается клепаный вариант, используемый для восприятия больших динамических и вибрационных нагрузок. Наибольшее применение получили сварные балки двутаврового симметричного и несимметричного сечения, состоящие из верхнего и нижнего поясов объединенных тонкой стенкой.

     Балочные металлоконструкции

     При проектировании металлоконструкции балочных покрытий выбирают систему несущих балок, которая называется балочной клеткой. Балочные клетки подразделяются на три основных типа – упрощенный, нормальный, усложненный. В

упрощенной балочной клетке нагрузка от настила передается  непосредственно на балки, из-за небольшой несущей способности настила, балки приходится ставить часто, что рационально только при перекрытии небольших пролетов. В балочной клетке нормального типа нагрузка с настила передается сначала на балки настила, затем соответственно на главные балки, и уже с них передается непосредственно на несущие конструкции (колонны).  В усложненной балочной клетке, вводятся дополнительные вспомогательные балки, располагающиеся между балками настила и главными балками передающими нагрузку на опоры. Вспомогательные балки и балки настила обычно применяют прокатные, что позволяет снизить трудоемкость изготовления балочных клеток, а главные балки могут быть как прокатные так и составными в зависимости от решаемой задачи.

     Взаимное расположение балок может быть этажным, в одном уровне и пониженное. Наиболее простой и удобный в монтаже – этажный способ, при котором балки настила укладываются непосредственно на главные или вспомогательные балки, минусом является большая строительная высота конструкции. При сопряжении в одном уровне верхние полки балок настила и главных располагаются на одном уровне, на них непосредственно укладывается настил. Этот способ усложняет конструкцию опирания балок, но позволяет применять наибольшую высоту главной балки в рамках заданной строительной высоты. Пониженное сопряжение применяется в балочных клетках усложненного типа. Здесь вспомогательные балки располагаются ниже уровня пояса главной, на них поэтажно устанавливаются балки с настилом, которые располагаются выше главных балок. Такой тип сопряжения, так же как и расположение балок в одном уровне, позволяет иметь наибольшую высоту главной балки.

     Генеральные размеры балочных клеток в плане и по высоте задаются проектным заданием в зависимости от архитектурных и технологических требований, сечения и узлы сопряжения балок устанавливаются расчетом. В качестве настила наиболее часто применяют стальные листы или железобетонные плиты

     Опирание и сопряжение балок

     Сопряжение балок со стальными колоннами осуществляется путем опирания сверху или примыкания сбоку к колонне. Конец балки в месте опирания укрепляется опорными ребрами жесткости, которые передают реакцию с балки на опору. Опорные ребра для передачи опорных реакций приваривают к стенкам балки, торцы ребер должны быть плотно подогнаны к нижнему поясу балки или простроганы. Для правильной передачи нагрузок от балки к колонне центр опорного ребра необходимо совмещать с осью полок колонны. Шарнирное примыкание балок сбоку, по своему конструктиву не отличается от опирания на колонну.

     Опирание балок на каменные или железобетонные стены, производят через специальные опорные части, которые служат для равномерного распределения давления от балки на большую площадь материала, менее прочного чем балка. При пролетах до 20м используются плоские опорные плиты, пролет 20…40м – применяют тангенциальные опорные плиты, пролеты более 40м – катковые опорные части. Опорные части изготавливают из литой или толстолистовой стали.

     Сопряжение главных и второстепенных балок между собой, как было указано выше, осуществляется тремя способами, этажным, пониженным и в одном уровне. Конструктивный этажный узел наиболее простой, балка настила устанавливается на верхней полке главной балки, усиливается ребрами жесткости и закрепляется при помощи сварки или болтового соединения. Сопряжение в одном уровне и пониженное рассчитано на передачи больших опорных реакций, осуществляется путем выреза части полок и стенок вспомогательной балки с дальнейшим креплении на ребрах жесткости главной. В некоторых случаях для передачи усилия от вспомогательной балки, применяют соединительные пластины или уголки приваренные к ней, которые также крепятся на болтах или сварке через ребра жесткости к главной балке.

     Стыки балок

     Стыки балок различают заводские и монтажные. Заводские стыки балок выполняют в заводских условиях для объединения отправочных элементов в единую конструкцию и обусловлены недостаточной длиной проката или конструктивными требованиями проекта. Монтажные стыки используют в основном на строительных площадках для объединения отправочных элементов.

     Монтажные стыки прокатных балок выполняют на листовых накладках, ширину накладок принимают на 18…20мм больше или меньше ширины полки балки, длину из расчета действующих нагрузок на сварные швы. Заводские швы таких балок осуществляют встык с полным проваром, при необходимости в местах где действует большой момент и не выполняется условие прочности, полки дополнительно усиливают накладками.

     Стыки составных балок могут быть как сварные, так и болтовые. Сварные стыки возможно так же применять без накладок при соблюдении расчетной прочности в местах стыка. Без физического контроля шва такой стык выполняют косым с углом наклона скоса не более 65 градусов .

     Так же повсеместно применяются болтовые монтажные соединения, по сравнению со сварными обладают более высоким качеством исполнения, меньшей трудоемкостью монтажа, простотой замены, выполняются при помощи накладок располагающихся на поясах и стенках стыкуемых балок.


«ПРОМЫШЛЕННЫЕ МЕТАЛЛОКОНСТРУКЦИИ»

«Промметкон»

ассоциация производителей металлоконструкции

промышленного и гражданского назначения.

г.Екатеринбург, ул.8-марта 51

тел. 8-(343)-344-89-82

        8-(967)-639-19-82

  e-mail: [email protected]


Болтовой стык стенки.

Стык стенки перекрывается с двух сторон накладками сечением 40 х 1,4 см. Используются высокопрочные болты d=20 мм из стали марки 30Х2НМФА, поверхности накладок обрабатывают пескоструйным аппаратом. Болты устанавливаются с шагом 15 см в два вертикальных ряда по 20 болтов на полунакладке.

Условие прочности для крайнего горизонтального ряда болтов, воспринимающих максимальную нагрузку: .

,

где m = 2 – число вертикальных рядов болтов в полунакладке,

95 — расстояние между крайними рядами болтов,

— изгибающий момент, воспринимаемый стенкой,

Mw= 747.58·100·100=7475800кг*см

— плечо пар усилий в равноудаленных от нейтральной оси болтах.

a1=7.5+7.5=15

a2=15+10+10=35

a3=35+10+10=55

a4=55+10+10=75

a5=75+10+10=95

15²+35²+55²+75²+95²+0²+0²=19125см2

7475800·95/(2·19125)=18567.35кг

Qbh=11849кг- расчетное усилие, воспринимаемое каждой поверхностью трения соединяемых элементов, стянутых одним высокопрочным болтом.

Расчетное усилие удваиваем, так как болт стягивает три листа и имеет две поверхности трения.

200.92·100/(10·2)=1004.6кг

— усилие, воспринимаемое одним болтом.

((18567.346)²+(1004.6)²)^0.5=18594.5кг

кг

      1. Расчет соединения балок при сопряжении в одном уровне

Длина ребра должна быть больше длины швов крепящих ребро к стенке.

Принимаем высоту шва 6мм тогда необходимая длина швов:

Опорная реакция балки настила Ra=6793.6кг

— по металлу шва:

6793.6/(2200·1·1·0.7·0.6)=7.35см

— по металлу границы сплавления:

6793.6/(2250·1·1·1·0.6)=5.03см

Длина ребра принимается конструктивно в зависимости от высоты стенки Балки настила

Примем ширину ребра 120мм

Толщина ребра

2·120·(3200/(2.1·10^6))^0.5=9.37мм

Принимаем t= 10см

Для соединения балки настила принимаем ботлы класса точности 4.8 классов точности В.

Rbs= 1600кг/см2 ; табл 58* [1]

Rbp= 7500кг/см2 ; табл 59* [1] — Расчетные сопротивления смятию элементов, соединяемых болтами.при временное сопротивление стали соединяемых элементов 500 кгс/см2

Диаметр 20 мм

1). Расчет на срез

1600*0.75*3.14*(2/2)²=3768кг

2). Расрез на смятие

7500·0.75·2·0.5=5625кг

Количество болтов

6793.6/3768=1.8

Принимаем 2 болта М 20 отверстие под болты 23 мм

    1. Уточнение собственного веса главной балки при изменении ширины полок.

Собственный вес стенки:

P=7850·(115/100)·(1.2/100)·13.28=1438.62кг

Собственный вес полок:

P=7.85·(20)·(400/1000)·8.86·2+7.85·(20)·(200/1000)·2.22·4=1391.65кг

Собственный вес ребер жесткости:

P=2·13.3/(168/100)·7.85·10·(100/100)·(115/100)=1429.35кг

Собственный вес опорных ребер:

P=2·7850·(20/100)·2/100·(115+2+2+1.5)/100=75.67кг

Собственный вес главной балки:

P=1440.789+1670.48+142.94+75.674=3329.88кг

  1. Конструирование и расчет центрально-сжатой колонны в 2-х вариантах со сплошным и сквозным сечением

    1. Сбор нагрузок и статический расчет

Рассчитываем среднюю колонну как максимально нагруженную.

Колонна воспринимает нагрузки:

— полезная Pn=28кН/м2

— собственный вес настила qn=78.5·0.01=0.78кН/м2

— собственный вес балок настила g1n=(25.7/100)/0.84=0.31кН/м

— собственный вес колонны принимаем равным 0,6 кН/м.

Высота колонны:

H-(tнастил+hгб+aоп)=7.4-(0.01+(115+2+2)/100+0.015)=6.185м

Вес колонны:

Gк=0,6Нк*f= 0.6·6.185·1.05=3.9кН

Реакция от балки, передаваемая на колонну:

RГБ=(pн*р+qнн*q+qБН*q)*b*l/2+qГБ*q/2=

(28·1.2+0.785·1.05+0.306·1.05)·4.4·13.3/2+33.299·1.05/2=1034.14кН

Продольная сила, возникающая в сечениях колонны:

Fкол=2RГБ+Gк= 2·1034.137+3.89655=2072.17кН

Расчетная длина колонны:

Т.к0

2– коэффициент расчетной длины.

Расчетная длина колонны:

2·6.185=12.37м

2– коэффициент расчетной длины при жестком закреплении в опоре и шарнирном закреплении сверху колонны.

6. Работа и расчет сварных соединений со стыковыми и угловыми швами.

Хорошо сваренные встык соединения имеют весьма небольшую кон­центрацию напряжений у начала наплава шва, поэтому прочность таких соединений при растяжении или сжатии в первую очередь зависит от прочностных характеристик основного металла и металла шва.

Стыковые швы работают на растяжение или сжатие.

В стыковом шве при действии на него центрально-приложенной силы N распределение напряжений по длине шва принимается равно­мерным, рабочая толщина шва принимается равной меньшей из толщин соединяемых элементов

Стыковые швы могут быть прямыми и косыми.

При действии осевой силы N (рис. а, б)

Стыковой прямой шов (рис.а)

Усл. прочности прям. стык. шва.

N-действ.усилие; t-толщина пластины; lw-расчетная длина шва

при выполнение сварки технологических планок;

при сварке с помощью с помощью технологических планок

Rwy— расчетное сопротивление сварного шва растяжению или сжатию, Rwy=0,85*Ry

Rwy=Ryесли выполняется физический контроль качества шва.

Стыковой косой шов (рис. б)

, -проекции силыN на оси и

При изгибе (рис в)

Wf— момент сопротивления сечения шва

Угловыми швами выполняется соединения внахлестку, и они могут быть как фланговыми-расположены вдоль или параллельно действующего усилия, так и лобовыми- перпендикулярно действующему усилию.

Угловые швы работают на условный срез.

При действии силы N, проходящей через центр тяжести соединения

1)Условие прочности по металлу шва

2) Условие прочности по металлу границы сплавления

Основные геометрические характеристики углового шва является длина и катет

l-геометрическая длина.; lw –расчетная длина; kf–катет шва;— учитывают вид сварки, положение шва

— расчетные катеты шов

Rwf, Rwz – расчетное сопротивление углового шва по металлу шва и по металлу границы сплавления

Прочность по сечению шва зависит от электрода; по границе сплавления — от марки стали.

При действии момента М

1)по металлу шва

2) по границы сплавления

Уfxfy— моменты инерции; Уzxzx -сечения швов

Х,У- координаты т-ки в которой находится напряжение.

При действии продольной силы N, поперечной силы Q и момента М

7. Стыки, сопряжения и узлы опирания балок.

Различают два типа стыков балок: заводские и монтажные.

Заводские стыки представляют собой соединения отдельных частей какого-либо элемента балки (стенки, пояса), выполняемые из-за недо­статочной длины имеющегося проката. Их расположение обусловлено длиной проката или конструктивными соображениями (стык стенки не должен совпадать с местом примыкания вспомогательных балок, с реб­рами жесткости и т.п.). Чтобы ослабление сечения балки заводским стыком было не слишком велико, стыки отдельных элементов обычно располагают в разных местах по длине балки, т. е. вразбежку.

Монтажные стыки выполняются при монтаже, они необходимы тог­да, когда масса или размеры балки не позволяют перевезти и смонти­ровать ее целиком. Расположение их должно предусматривать членение балки на отдельные отправочные элементы, по возможности одинаковые (в разрезной балке стык располагают в середине пролета или симмет­рично относительно середины балки), удовлетворяющие требованиям транспортирования и монтажа наиболее распространенными средст­вами.

В монтажных стыках удобно все элементы балки соединять в одном сечении. Такой стык называется универсальным. Стыки прокатных балок (заводские и монтажные) выполняют, как правило, сварными.

Стыки прокатных балок

а — встык; 6 — встык с накладками; в — только накладками

Заводские стыки поясов и стенки составных сварных балок осуществляют соединением листов до сборки их в балку. В последнее вре­мя монтажные стыки сварных балок, чтобы избежать сварки при мон­таже, иногда выполняют на высокопрочных болтах. Сопряжение балок со стальными колоннами осуществляется путем их опирания сверху или примыканием сбоку к колонне. Такое соедине­ние может быть или шарнирным, передающим только опорную реакцию ‘ балки, или жестким, передающим на колонну кроме опорной реакции еще и момент защемления балки в колонне.

Опирание балок на стены и железобетонные подкладки. При опирании балок на каменные стены и железобетонные подкладки обычно при­меняют специальные стальные опорные части, которые служат для рав­номерного распределения давления балки на большую площадь менее прочного, чем балка, материала опоры (камень, железобетон). Кроме того, опорные части должны обеспечить свободу деформации концов балки —поворот при прогибе балки, продольное смещение температур­ных и силовых деформаций, в противном случае в опоре возникнут не­желательные дополнительные напряжения. В соответствии с этими тре­бованиями применяют неподвижные и подвижные опорные части следу­ющих

Опорные части изготовляют из литой или толстолистовой стали. Площадь опирания плоских и тангенциальных опорных плит должна быть достаточной для передачи опорного давления балки на кладку стены или на бетон

Сопряжения балок. Сопряжения главных и второстепенных балок между собой бывают: этажные, в одном уровне верхних поясов и с по­ниженным расположением верхних поясов второстепенных балок

Этажное сопряжение является простейшим, но оно из-за возможного отгиба пояса главной балки может передавать лишь не­большие опорные реакции. Это сопряжение можно усилить, поставив под вспомогательной балкой ребро жесткости и пригнав его верхний торец к верхнему поясу главной балки для предотвращения отгиба.

Сопряжения в одном уровне и пониженное сопряжение способны пе­редавать большие опорные реакции. Неудобство сопряжения в одном уровне — необходимость выреза верхней полки и части стенки вспомогательной балки. Этот вырез ослабляет ее сечение и уве­личивает трудоемкость сопряжения; Избежать этих не­удобств можно, приварив на заводе к торцу вспомогательной балки ко­ротыш из уголка, и уже его сопрягать на монтаже болтами или сваркой с ребром жесткости главной балки.

Узлы сопряжений — Стыки и узлы сопряжений балок — Балки

20 января 2012

Сопряжения разделяют по конструктивному признаку на опирание сверху и примыкание сбоку (шарнирное или жесткое). Примыкание сбоку может осуществляться либо в виде фланцевого соединения, либо при помощи столиков. Шарнирное сопряжение передает только опорную реакцию, а жесткое передает, кроме опорной реакции, еще и опорный момент.


Опирание балок на колонны


Примеры опирания балок на колонны показаны на фигуре. Обычно в качестве непосредственной опоры, передающей опорное давление на колонну (или консоль), в балках пролетом до 25 — 30 м применяется плоская подушка (плита). На фигуре,а опорные ребра жесткости (опорные планки) поставлены по торцам балок и выпущены книзу на 10 — 15 мм. Фрезерованные (строганые) торцы этих планок фиксируют центральную передачу опорного давления. Нижний пояс балок не касается колонны, но притягивается к ней болтами.

На фигуре наоборот, ребра жесткости расставлены, фиксируя передачу опорных давлений через опорные плиты на ветви колонны (из швеллеров). Толщина опорных плит обычно назначается конструктивно (если только плита не работает на изгиб) и принимается несколько большей, чем толщина пояса балки.


Примыкание балок к колоннам сбоку


На фигуре, а показано шарнирное примыкание (фланцевое) сбоку на болтах. Болты в этом креплении рассчитываются на срез от действия опорной реакции А, увеличенной на 20% (смотрите формулы). Применение черных болтов здесь возможно при опорной реакции примерно до 30 — 35 т. Сварной шов рассчитывается, как было указано выше, на совместное действие касательных и нормальных напряжений (смотрите формулы).

Такое примыкание, как показали опыты, несмотря на расставленные по высоте балки болты, является шарнирным вследствие податливости всего соединения (отгиба полок уголков, податливости гаек, вытяжки болтов и т. д.). Для осуществления жесткого сопряжения необходимо прочно соединить пояса балки с опорной конструкцией.

На фигуре б показан пример такого сопряжения, в котором нижний и верхний пояса присоединены к колонне горизонтальными планками. Это соединение выполнено для нижнего и верхнего поясов балки по-разному для того, чтобы избежать потолочной сварки при монтаже.

Сопряжения по фигуре могут применяться лишь при статической нагрузке, так как они имеют щели, вокруг которых концентрируются напряжения, опасные при динамической нагрузке.


Примыкание балок к колоннам сбоку при помощи столика


На фигуре, а показано шарнирное примыкание балки к колонне сбоку при помощи опорного столика. Это очень простое сопряжение, удобное для монтажа. Опорным столиком обычно служит неравнобокий уголок, полученный путем обрезки части полки. Он воспринимает все опорное давление балки А, которое передается на колонну через швы.

Однако расчетную длину шва lш на одной стороне столика обычно определяют, исходя из усилия, равного 2/3А, ввиду возможной перегрузки одной стороны из-за неточности изготовления. Уголки, приваренные к стенке балки, — конструктивные; каждый из них прикрепляется к колонне двумя болтами.

Опорные столики часто делают из толстого листа (δ = 25/30 мм). На фигуре,б показано жесткое сопряжение балки с колонной при помощи опорного столика из толстого листа. Это сопряжение способно воспринять не только опорное давление, передающееся на столик, но также и момент, передающийся с поясов балки на опорную планку (фланец), прикрепленную болтами к колонне. Линия оси упругого поворота узла (нейтральная линия), как показали исследования, проходит примерно на уровне нижнего пояса балки.

Максимальное усилие в двух верхних болтах, расположенных на одной горизонтали и работающих на растяжение, определяется по формуле

Нижнюю кромку опорной планки, выпущенной на 10 мм, строгают так же, как и верхнюю кромку опорного столика. Для полной обеспеченности передачи опорного давления на столик диаметр отверстий в планке назначают на 2 — 3 мм больше диаметра болтов, тем самым не допуская работы болтов на срез. Учитывая работу опорной планки не только на сжатие, но и на изгиб, ее следует делать достаточно толстой (около 16 — 20 мм).


Жесткое сопряжение балок

Жесткое сопряжение балок:

а — сварных;
б — клепанных.


На фигуре показаны примеры жесткого сопряжения второстепенных балок с главными. Опорный момент передается здесь по верхнему поясу через планку, называемую «рыбкой», а по нижнему поясу — через столик. Рыбка имеет уширение по сечению а — б, рассчитанное на восприятие полного усилия N = M/h.

«Проектирование стальных конструкций»,
К.К.Муханов

На фигуре показаны стыки сварной составной балки. На фигуре, а показан заводской стык, у которого элементы поясов я стенки стыкуются вразбежку, а на фигуре, б — монтажный стык. Примененный здесь прямой стык стенки может быть устроен при ручной сварке и обычных способах контроля сварки в том сечении балки, где момент имеет значение Тогда напряжение в…

На фигуре, а показан заводской стык стенки клепаной балки, перекрытый накладками на всю высоту стенки с двух сторон; на фигуре, б и в показаны заводские стыки поясных уголков и поясного листа. Основное правило устройства стыка заключается в перекрытии его стыковым элементом, площадь сечения которого не меньше площади стыкуемого элемента. На фигуре, г показан пример монтажного…

5.10. Проектирование монтажного стыка главной балки

По условиям перевозки (ограничение массы и габаритов) балка расчленяется по возможности на одинаковые отправочные элементы (марки). В разрезной балке ее элементы (стенка и пояса) стыкуются в одном сечении (универсальный стык). В зависимости от пролета и грузоподъемности транспортных средств главная балка может быть разбита на два или три отправочных элемента (рис. 5.12).

Монтажные стыки выполняются сварными или на высокопрочных болтах. В курсовой работе необходимо рассмотреть оба варианта стыка. Чертеж монтажного стыка на болтах можно отобразить только в пояснительной записке.

а)б)

Рис. 5.12. Возможное деление главной балки на отправочные элементы

При выполнении стыка в середине пролета изгибающий момент максимальный и соответственно максимальные нормальные напряжения σ близки к расчетному сопротивлению основного металла Ry. При расположении стыка в 1/3 пролета (изгибающий момент Mmax к опоре уменьшается) нормальные напряжения σ могут оказаться меньше 0,85Ry.

5.10.1. Монтажный стык на сварке

Стык элементов балки осуществляется стыковыми швами (рис. 5.13). Расчетные сопротивления сварных соединений для любого вида сварки принимаются (см. табл. 2.6): при сжатии соединения независимо от методов контроля качества швов Rwy = Ry; при растяжении и изгибе с физическим контролем качества швовRwy = RyиRwy= 0,85Ry, если физические методы контроля не используются.

На монтаже применение физических способов контроля затруднено, поэтому расчет растянутого стыкового соединения производится по его пониженному расчетному сопротивлению. Сжатый верхний пояс и стенка соединяются прямым швом, растянутый пояс – косым швом для увеличения длины шва, так как действительное напряжение в поясе σ превышаетRwy.

Для обеспечения равнопрочности сварного стыка и основного сечения нижнего пояса достаточен его скос с наклоном реза 2:1.

Монтажный стык выполняется ручной сваркой, материалы для сварки выбираются по табл. 2.5. Для сварки монтажного стыка применяют электроды с индексом А (Э42А), обеспечивающие повышенную пластичность наплавленного металла.

Рис. 5.13.Монтажный стык главной балки на сварке

Для обеспечения качественного соединения при ручной сварке элементов толщиной более 8 – 10 мм производится V-образная разделка кромок, начало и конец шва выводятся на специальные технологические планки.

Для уменьшения сварочных напряжений соблюдается определенный порядок сварки (на рис. 5.13 показан цифрами): сначала сваривают поперечные стыковые швы стенки 1, поясов2и 3, имеющие наибольшую поперечную усадку, последними заваривают угловые швы4и5, имеющие небольшую продольную усадку. Оставленные незаверенными на заводе участки поясных швов длиной около 500 мм дают возможность поясным листам несколько вытянуться при усадке швов2и 3. Это также позволяет при монтаже совместить торцы свариваемых элементов отправочных марок, имеющих отклонение размеров в пределах технологических допусков.

5.10.2. Монтажный стык на высокопрочных болтах

Монтажные стыки на высокопрочных болтах выполняются с накладками (по три на каждом поясе и по две на стенке (рис. 5.14).

Усилие с одного элемента на другой передается за счет сил трения, возникающих между соприкасающимися плоскостями, стянутыми высокопрочными болтами. Площади сечения накладок должны быть не меньше площади сечения перекрываемого ими элемента. Наиболее применяемые в конструкциях средней мощности диаметры высокопрочных болтов и их площади сечения приведены в табл. 5.11.

Рис. 5.14.Монтажный стык главной балки на высокопрочных болтах

Таблица 5.11

3.3 Выбор сопряжения вспомогательных балок с главными

При сопряжении в одном уровне вспомогательные балки крепят к ребрам жесткости главных балок. Болтовые соединения в этом случае являются расчетными.

Тип сопряжения зависит от строительной высоты перекрытия.

Строительная высота – это расстояние от низа главной балки до верха настила.

154,4+50+14=218,4=200

Так как условие не выполняется, применяем сопряжение в одном уровне:

15,4 + 14 =168,4 = 200

где,

высота главной балки, см;

высота вспомогательной балки, см;

толщина железобетонного или стального настила, см;

строительная высота, см;

Рис. 3.3. Сопряжение балок балочной клетки нормального типа:

В одном уровне

3.4 Проверка общей устойчивости элементов главной балки

Потеря общей устойчивости (изгиб и кручение в горизонтальной плоскости) балки может наступить, когда сжатый пояс балки не достаточно раскреплен из плоскости и напряжения достигли критического значения.

При сопряжении вспомогательных балок в одном уровне и сплошном жестком железобетонном настиле, сжатые пояса главных и вспомогательных балок раскреплены по всей длине, устойчивость главных балок обеспечена, и ее можно не проверять.

При этажном сопряжении общую устойчивость проверяют в соответствии с требованиями.

Значение условной гибкости сжатого пояса балки не должно превышать предельной условной гибкости сжатого пояса()

где с – коэффициент, определяемый по формуле:

Граничная условная гибкость сжатого пояса балки:

Значение условной гибкости сжатого пояса балки:

где,

значение условной гибкости сжатого пояса балки;

предельная условная гибкость сжатого пояса балки;

ширина сжатого пояса, см;

толщина сжатого пояса, см;

расстояние между осями (центрами масс) поясных листов, см;

Ryf

расчетное сопротивление стали пояса, Ryf = Ry, кН/см2;

lef

расстояние между вспомогательными балками – связями

lef = а = 255 см.

Проверка выполняется.

3.5 Проверка местной устойчивости элементов главной балки

3.5.1.Местная устойчивость стенки

Стенка балки представляет собой гибкую пластину, в которой возникают касательные и нормальные напряжения. Под действием этих напряжений может произойти выпучивание стеки, потеря ее местной устойчивости и как следствие потеря несущей способности всей балки. Устойчивость обеспечивается установкой ребер жесткости. Первоначальные ребра жесткости расставляются без расчета под каждой силой. При сопряжении в одном уровне применяются двухсторонние ребра жесткости.

Часть стенки, ограниченная поясами ребрами жесткости, называется «отсеком». Длина отсека (расстояние между ребрами жесткости) аr ограничивается в зависимости от величины условной гибкости стенки балки:

где,

расчетная длина стенки, см

hef = hw2kf,min = 150 см – 2∙0,5 см = 149см;

kf,min

катет шва, минимальное значение которого определяется по табл.kf=0,5 см;

Расстояние между поперечными ребрами жесткости аr не должно превышать:

при

Т.к. , то расстояние между соседними ребрами жесткости не должно превышать , в данном примере предварительно расставлены ребра жесткости с шагом аr=255 см, следовательно, дополнительные ребра жесткости не ставим.

В данном примере устанавливаем двухсторонние ребра жесткости.

Ширина двухсторонних ребер жесткости br должна быть не менее:

Предварительно принимаем ширину ребер жесткости br = 100 мм т.к. к ребру жесткости вспомогательная балка крепится болтами ,необходимо предусмотреть возможность его расширения

Толщина ребра жесткости tr должна быть не менее:

Принимаем толщину ребер жесткости tr = 8 мм.

Ширину ребер жесткости br = 100 мм.

Расчет на устойчивость двухсторонних промежуточных ребер жесткости, как центрально сжатый условный стержень:

В расчетное сечение стержня Аr необходимо включать сечение ребра жесткости и полосы стенки шириной с каждой стороны ребра, а расчетную длину ребра принимать равной высоте стенкиhef 

Момент инерции, радиус инерции и гибкость такого стержня будут соответственно равны:

Для найденной гибкости коэффициент устойчивостиφ = 0,8492.

где

опорная реакция вспомогательной балки, кН.

Проверка местной устойчивости стенки

Местную устойчивость стенок балок 2-го и 3-го классов двутаврового и коробчатого сечений, симметричных относительно двух главных осей при отсутствии в расчетном сечении местных нормальных напряжений (σloc = 0) (установлены ребра под силами) следует считать обеспеченной, если значение условной гибкости стенки не превышает значения предельной условной гибкости стенки().

Относительную линейную деформацию сжатого пояса балки определяем по формуле:

Местная устойчивость стенки проверяется в отдельных отсеках, ограниченных по четырем сторонам полками и ребрами жесткости. Проверяем отсеки для случаев, когда изгибающие моменты и поперечные силы имеют наибольшие значения. Нормальные и касательные напряжения определяются в крайних фибрах сжатой части стенки.

Для проверки местной устойчивости стенки в пределах каждого отсека определяются средние значения моментов и поперечных сил. При этом руководствуются следующим:

Если длина отсека аr превышает его расчетную высоту hef, тогда значения внутренних усилий M и Q необходимо вычислять как средние для более напряженного участка отсека длинной hef, если в границах отсека изгибающий момент или поперечная сила изменяет свой знак, то их средние значения следует вычислять для такого участка отсека, где действуют соответственно внутренние усилия одного знака.

В данном работе проверку местной устойчивости стенки проверяем в отсеке находящемся на розстоянии 1/3L от края балки – отсек 3, средние значения моментов и поперечных сил определяются на расстоянии от правого ребра отсека, т.к.аr>hef

Значение момента и поперечной силы 3-го отсека

x= a/2+2+(a – hef/2) =1275+2550+(2550-1490/2)=5630мм=5.63м

Проверка местной устойчивости стенки 3-го отсека.

Относительная линейная деформация сжатого пояса балки:

,

Значение средних касательных напряжений:

Значение условной гибкости стенки:

Предельная условная гибкость определяется в зависимости от и (интерполяцией).

Т.к. и , предельная условная гибкость соответственно равна

Местную устойчивость стенки 1-го отсека следует считать обеспеченной, если значение условной гибкости стенки не превышает значения предельной условной гибкости стенки :

( 3.46)

Т.к. проверка не выполняется, необходимо обеспечить местную устойчивость стенки по методике для балок 1-го класса, без учета упругопластической работы стали по формуле:

При

Проверку местной устойчивости стенок балок 1-го класса следует выполнять для расчетных сечений, где наибольшие сжимающие напряжения σ, средние касательные напряжения τ и местные нормальные напряжения σloc, обусловлены сосредоточенным нагружением, приложенным к поясу балки.

Проверка местной устойчивости стенки 3-го отсека:

Фактические расчетные сжимающие напряжения на уровне поясных швов при симметричном сечении балки, а также фактические расчетные касательные напряжения составят:

,-средние значения соответственно изгибающего момента и поперечной силы, которые действуют в границах отсека кНсм;

-условная гибкость стенки, см. формулу

Условная гибкость стенки в переделах 3-го отсека:

Критические нормальные напряжения, при достижении которых стенка теряет устойчивость определяются по формуле:

-коэффициент, определяемый в зависимости от вида поясных соединений и значения коэффициента δ (δ = 2,015 )

=

Критические касательные напряжения:

где, – отношение большей стороны рассматриваемого отсека к меньшей:

d – меньшая сторона рассматриваемого отсека (hef или а), см;

Т.к. под каждой силой стоит пара ребер жесткости σloc= 0. Тогда формула проверки местной устойчивости стенки примет следующий вид:

Условие выполняется, следовательно, устойчивость стенки в пределах 3-го отсека обеспечена.

В рассмотренном примере проверка выполняется, местная устойчивость стенки главной балки обеспечена.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *