6.5. Конструирование и расчет опорной части балки

Опорный узел главной балки при опирании на средние колонны конструируем с торцевыми опорными ребрами.

Ширину ребра принимаем равной ширине пояса балки . Предварительная толщина торцевого ребра:

Толщину ребра проверяем по прочности на торцевое смятие:

где по таблицам 2 и В5 СП [1] для стали С345 при толщине листа 220мм.

Толщина торцевого листа достаточна.

Высоту шва, прикрепляющего торцевое ребро к стенке балки, рассчитываем по формуле ([6], стр.44):

рис. 5.5.1. К расчету опорного узла балки

Шов выполняется полуавтоматической сваркой проволокой d=2мм в нижнем положении. По таблице 39 СП [1] при ; по п.14.1.16 СП [1]; количество швов , а расчетное усилие ; расчетное сопротивление металла шва (по предыдущему).

Руководствуясь таблицей 38 СП [1], принимаем и проверяем достаточность фактической длины шва.

Торцевое ребро с частью стенки проверяем на устойчивость из плоскости балки как условную стойку высотой и нагруженную опорной реакцией балки по формуле (7) СП [1]:

где

Момент инерции и радиус инерции сечения относительно оси у-у:

Гибкость условной стойки:

По таблице Д1 СП [1] определяем (по интерполяции) и проверяем условную опорную стойку на устойчивость:

Опорный узел с торцевым опорным ребром обладает достаточной прочностью и устойчивостью, Опорные узлы балок на крайних колоннах конструируем с боковыми опорными ребрами. Размеры их - по конструктивным соображениям.

6.6 Расчет укрупнительного стыка балки

Сечение балки на опоре ,

J_x= cм⁴ ; I_w=1,3 160³/12=491300 cм⁴ - момент инерции стенки;

В середине пролета балки = = Q_x=0

Расчет характеристики материала и коэффициенты.

Стык выполняем на высокопрочных болтах диаметром 20 мм из стали 40X «селект», с R_bun=1100 MПa. Очистка поверхности газопламенная, при которой коэффициент трения μ =0,42 Коэффициент надежности γ_h=1,12.

Расчет стыка поясов.

Определяем распределение момента между поясами и стенкой.

Усилия в поясных накладках равны

Требуемая площадь накладок на пояс нетто равна

А_bcf.r = =96,68cм²

Принимаем двусторонние накладки с наружной стороны 400×19 мм, с внутренней стороны пояса две накладки 160 ×19 мм.

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

А_bcf.r=(40-4·2,3)·1,9+2·(16-2·2,3)·1,9= 101,84cм²>A_bcf,r =96,68 см²

Площадь пояса с учетом ослабления отверстиями

A_f,n= (40 - 42,3)2,5 = 77 см².

Суммарная площадь сечения накладок нетто больше, чем сечение пояса, поэтому проверку на прочность выполняем только по ослабленному сечению пояса. Поскольку см² см², то проверка производится по условной площади

A_f,с = 1,18A_f,n = 1,1877= 90.86см²

Условие прочности по ослабленному сечению не выполняется. С целью уменьшения ослабления сечения принимаем шахматное расположение болтов, при котором сечение ослабляется двумя отверстиями

A_f,n= (40 - 22,3)2,5 = 88,5см²>0,85A_f = 85 см²

В этом случае проверка прочности пояса по ослабленному сечению выполняется по площади брутто, то есть по A_f = 85см²:

При шахматном расположении болтов прочность полки обеспечена.

Расстояние между центрами болтов вдоль усилия должно быть не менее e+1,5*d₀(е - расстояние между рядами поперек усилия).

е=2,5·d₀, отсюда минимальное расстояние между болтами равно (2,5+1,5)*d₀=4* d₀=4·2,3=92 мм. Принимаем шаг 100 мм.

Расчетное усилие, которое может быть воспринято одним высокопрочным болтом определяется по формуле:

кН.

гдеR_bh – расчетное сопротивление растяжению высокопрочного болта (определяется по табл. Г.8 СП 16.133300.2011); R_bh=0,7 R_bun =0,7110 = 77 кН/см²;

A_bh – площадь сечения болта нетто, A_bh=2,45см²;

k – число поверхностей трения, в данном случае k = 2;

_b – коэффициент работы соединения,_b = 0,8-1,0, зависящий от числа болтов;

_h – коэффициент надежности, принимаемый по табл.42 СП 16.133300.2011, _h = 1,12;

 - коэффициент трения, принимаемый по табл. 42 СП 16.133300.2011 для газопламенного способа очистки,  = 0,42

Необходимое число высокопрочных болтов:

n=N_f/Q_bh·γ_c = /141,5=21,86 22

гдеQ_bh – количество плоскостей трения соединяемых элементов

Принимаем 22 болта.

Расчет стыка стенки.

Стык стенки перекрывается двумя накладками толщиной 8 мм каждая. Принимаем по два вертикальных ряда болтов на каждой полунакладке (m=2), число горизонтальных рядов k найдем в зависимости от

где h_max – расстояние между крайними рядами болтов, h_max=144 см

При α =0,12, k=25. Принимая 25 рядов болтов получаем расстояние между болтами 60 мм, что больше а_min=2,5d₀ = 2,5*23=57,5 и меньше а_min=18t = 18*8=144 мм.

Наибольшее усилие в крайнем болте от изгибающего момента:

.

Поскольку поперечная сила Q_x=0, то проверка сводится к следующему виду: кН.

Рис. 7. Монтажный стык балки на высокопрочных болтах