Расчет и конструирование составной сварной балки

Применяются составные балки в главных балках рабочих площадок из-за недостаточных геометрических характеристик прокатных профилей.

Пролеты составных двутавров:

L = 10…18 м

При расчете назначаются размеры поперечного сечения, например:

tw = 7+3h( h в метрах) =… (мм)

h = 1/8…1/12L

tw назначается так же из условия прочности в опорном сечении по формуле:

k = 1,5 – для балок, опирающихся на колонну с помощью опорного ребра, приваренного к торцу главной балки.

k = 1,2 – при передаче нагрузок на колонну через опорные ребра, торцы которых совмещены с полками составного двутавра.

Толщина полки:

tf = 1…3 tw

Высота стенки определяется из условий hmin и hopt ;

hmin определяется по II группе предельных состояний:

hopt определяется из расчета на прочность балки, позволяя при требуемом моменте сопротивления снизить расход стали:

K – учитывает гибкость стенки:

Ширину полки bf определяют из расчета на прочность балки при изгибе, при этом расчет на прочность выполняется для балок 1-го класса без учета пластических деформаций.

Условие:

Выполняется изменение сечения составного двутавра одним из 3-х способов:

1. изменение ширины полки. Переход к измененной ширине полок выполняется с пропорцией 1 к 3 (или 1 к 5) для снижения концентрации напряжений.

b’f определяют из расчета на прочность сварного стыкового шва. При этом должно выполняться условие:

- расчетное сопротивление сварного стыкового шва:

I: - при отсутствии физического контроля качества сварных стыковых швов.

II: - при наличии физического контроля качества сварных стыковых швов.

Из условия прочности находим W’x а затем из условия:

Достоинства способа:

- не изменяется строительная высота конструкции

Недостатки:

- наличие концентрации напряжений в месте изменения сечения

2. Изменение толщины полки. Принцип расчета аналогичен, однако:

- толщина t’f принимается из расчета на прочность сварных швов, прикрепляющих полку в месте изменения сечения. Толщину находим из условия:

3. Изменение высоты балки. h’w определяется из условия:

Условие прочности:

ПРОВЕРКИ ПРОЧНОСТИ БАЛКИ

Схема распределения напряжений в балках двутаврового сечения.

1. Проверка прочности по нормальным напряжениям:

2. Проверка касательных напряжений:

3. Проверка приведенных напряжений:

4. Проверка местных напряжений:

Расчет на прочность сварных швов выполняется по формуле:

, определяется:

Расчет соединительной решетки выполняется на условную поперечную силу , элементов подверженных центральному сжатию:

(рис.)

Расчет элементов решетки:

при этом определяется для максимальной гибкости, определенной по формуле:

Выполняется расчет сварных швов, прикрепляются элементы решетки к ветвям колонны: (рис.)

Выполняется расчет на прочность сварных поясных швов, прикрепляющих элементы решетки к ветвям колонны. Расчет сварных швов выполняем по перу и по обушку:

(рис.)

Расчет на прочность:

(по табл.38 Определение длин сварных швов по перу и длин сварных швов по обушку)

Применяются следующие схемы соединительных решеток:

1. Раскосая треугольная решетка (рис.)

2. Восходящая раскосая решетка (рис.)

3. Нисходящая раскосая решетка (рис.)

4. Крестовая раскосая решетка (рис.)

5. Ромбическая раскосая решетка (рис.)

С целью создания дополнительной жесткости при транспортировке и монтаже, в сквозных составных колоннах предусматриваются диафрагмы жесткости. Диафрагма жесткости устанавливается на расстояние 3-4 м по высоте колонны, min 2 штуки, как правило на равных расстояниях между собой. При установке диафрагм, предусматривается их крепление к ветвям колонны элементами соединительных планок или распорами соединительной решетки.

Конструктивные решения диафрагм:

(рис.1)

(рис.2)

Как правило, для центральносжатых элементов стальных конструкций применяются в расчетах следующие предельные гибкости:

-основные колонны каркаса – не более 80

- вспомогательные колонны – не более 120

- стойки фахверка – не более 150

-сжатые элементы решетки - до 180.

По гибкости определяется коэффициент устойчивости и проверяется стержень на устойчивость:

Расчет и конструирование центральносжатых сквозных колонн

Рис(1 тип и 2 тип)

Расчет сквозной колонны при соединении планками выполняется как для рамной системы, в которой соединение планками, рассматривается в качестве распорок рам. Расчетная схема колонны при этом выглядит следующим образом: (рис). При количестве панелей более 6 расчет на устойчивость допускается выполнять как стержня виде многоэтажной рамы. Расчет сковозных колонн при соединении с помощью решеток выполняется из условия устойчивости : , при этом R_y заменяется на ϕ₁R_Y, где ϕ₁- коэффициент устойчивости отдельной ветви.

Последовательность расчета (подбора сечения сквозных колонн):

Выполняется подбор сечения колонны из условия устойчивости относительно материальной оси. Задаемся гибкостью колонны, определяем требуемую площадь. Условную гибкость стержня относительно материальной оси определяем по формуле . Уточняем коэффициент устойчивости φ и выполняем проверку устойчивости стержня , 2- количество ветвей колонны. Из условия равноустойчивости определяется раздвижка ветвей колонны, при этом должно выполняться условие: , где - приведенная гибкость сквозного сечения, определяется в зависимости от типа поперечного сечения, гибкости отдельной ветви (λ₁), как правило гибкости относительно y₁, и геометрических характеристик ветвей колонны и соединительных планок и решеток.

Расчет соединительных планок.

Выполняется на условную поперечную силу, определяемую по формуле :

. Условная поперечная сила учитывается при возможности потери устойчивости стержня. Соединительные планки, рассматриваемые в расчете как элементы распорок в рамных системах, на которые действует изгибающий момент и срезывающая поперечная сила. (рис). Выполняется расчет на прочность сварных швов, прикрепляющих соединительные планки к ветвям колонны.(рис). В сварных швах будут возникать напряжения от поперечной силы (τ_f), срезывающей планку и напряжения от изгибающего момента (τ_m).