Компоновка балочной клетки. Расчет стального настила и прокатной балки.

Основные понятия и термины

 

А – площадь сечения брутто;

А_bn – площадь сечения болта нетто;

А_f – площадь сечения пояса (полки) балки;

А_w – площадь сечения стенки;

А_n – площадь сечения нетто;

А_wf – площадь сечения по металлу углового шва;

А_wz – площадь сечения по металлу границы сплавления;

Е – модуль упругости;

F – сила;

G – модуль сдвига;

I_x, I_y – моменты инерции сечения брутто относительно осей, соответственно (х – х) и (у – у) проходящих через центр тяжести сечения;

I_xn, Y_yn – то же, сечения нетто;

М – изгибающий момент;

М_х, М_у – моменты относительно осей соответственно (х – х), (у – у);

N – продольная сила;

Q – поперечная сила;

R_bp – расчетное сопротивление смятию одноболтового соединения;

R_bs – расчетное сопротивление срезу одноболтового соединения;

R_bt – расчетное сопротивление растяжению одноболтового соединения;

R_P – расчетное сопротивление стали смятию торцевой поверхности (при наличии пригонки);

R_u – расчетное сопротивление стали растяжению, сжатию, изгибу по временному сопротивлению;

R_un – временное нормативное сопротивление стали разрыву;

R_y – расчетное сопротивление стали растяжению, сжатию, изгибу по пределу текучести;

R_yn – предел текучести стали, принимаемый равным значению предела текучести – по государственным стандартам и техническим условием на сталь;

R_wf – расчетное сопротивление угловых швов срезу по металлу шва;

R_wz – расчетное сопротивление угловых швов срезу по металлу границы сплавления;

R_wy – расчетное сопротивление стыковых, сварных соединений сжатию, растяжению, изгибу по пределу текучести;

S – статический момент сдвигаемой части сечения;

W_x,W_y – моменты сопротивления сечения брутто относительно осей, соответственно (х – х), (у – у);

b – ширина;

b_ef – расчетная ширина;

b_f – ширина полки (пояса) балки;

b_h – ширина выступающей части ребра за стенку;

с_х,с_у – коэффициенты для расчета на прочность с учетом развития пластических деформаций при изгибе относительно осей, соответственно (х – х), (у – у);

е – эксцентриситет приложения силы относительно центра тяжести сечения;

h – высота;

h_ef – расчетная высота стенки;

h_w – высота стенки;

i_x,i_y – радиусы инерции сечения относительно осей, соответственно (х – х),(у-у);

k_f – катет углового шва;

l – длина;

l_ef – расчетная длина;

l_w – длина сварного шва;

l_x,l_y – расчетные длины элемента в плоскостях, соответственно (х – х), (у – у);

m = (eA/W) – относительный эксцентриситет;

m_ef = mη – приведенный относительный эксцентриситет;

t – толщина;

t_w – толщина стенки;

t_f – толщина полки (пояса);

β_f,β_z – коэффициенты для расчета углового шва, соответственно по металлу шва и металлу границы сплавления;

γ_b – коэффициент условий работы болтового соединения;

γ_с – коэффициент условий работы всей конструкции;

γ_n – коэффициент надежности по назначению конструкции;

γ_m – коэффициент надежности по материалу;

η – коэффициент влияния формы сечения;

λ – гибкость;

 - условная гибкость (λ = λ);

λ_еf – приведенная гибкость стержня сквозного сечения;

_ef – условная приведенная гибкость стержня сквозного сечения;

λ_f – условная гибкость поясного листа;

_w – (h_w / t_w) () – условная гибкость стенки;

λ_х, λ_у – расчетные гибкости элемента в плоскостях (х – х), (у – у);

υ – коэффициент поперечной деформации стали (Пуассона);

σ_loc – местное напряжение;

σ_х, σ_у – нормальные напряжения, параллельные осям, соответственно (х–х)(у-у);

τ_ху – касательные напряжения;

f_х,_у – коэффициент продольного изгиба при центральном сжатии;

φ_b – коэффициент устойчивости при изгибе;

φ_е – коэффициент устойчивости при сжатии с изгибом;

φ_еху – коэффициент устойчивости при сжатии с изгибом в двух плоскостях.

 

 

Балки и балочные конструкции

Компоновка балочной клетки. Расчет стального настила и прокатной балки.

Балки применяют в качестве несущих конструкций покрытий, перекрытий, площадок под оборудование и др. Перекрытия состоят из системы балок - балочная клетка и настил. Как правило, балочная клетка состоит из главных и второстепенных балок (рис.1.1). Главные балки опираются непосредственно на стены и колонны, второстепенные - на главные. По балкам устраивают настил из железобетонных плит или стальных листов (рис.1.6).

Второстепенные балки выполняются из прокатных профилей, а главные - из прокатных двутавров больших профилей (номеров) или изготавливаются сварными, составными из трех листов стенка и два пояса. (рис.1.3).

При эксплуатации перекрытия в условия возможных ударов настил изготавливают из стальных рифленых листов (рис.1.6).

Рис. 1.1. Балочная клетка:

А1-грузовая площадь для балки настила; А 2- то же, для главной балки; А3- то же, для колонны

Рис. 1.2. Типы балочных клеток

а – нормальный с верхним расположением вспомогательных балок; б – то же, со вспомогательными балками в одном уровне с верхней полкой главной балки; в – то же, с пониженным расположением вспомогательных балок; г – усложненный; 1 – главная балка; 2 – вспомогательная балка; 3 – настил.

Рис. 1.3. Схема балочной клетки.

1 – балки настила, 2 – настил, 3 – габарит оборудования, 4 – главные балки, 5 – вспомогательные балки.

Листы съемного настила могут быть приварены к балкам, они усиливаются ребрами из уголков (рис.5.6). Стальной настил большой толщины может быть использован как верхний пояс сварных балок перекрытий.

Рис. 1.4 Сопряжение второстепенных и главных балок

Рис. 1.5. Настилы балочных клеток

1 – железобетонная плита, 2 – стальной рифленый настил, 3 – стальной листовой настил, 4 – ребра жесткости.

 

Рис. 1.6. Типы сечений металлических балок: а – и – стальные или алюминиевых сплавов, г, д – прессованные из алюминиевых сплавов, ж – стальные из гнутых профилей, е, к – сварные; ж, и, л – болтовые

Рис. 1.7. К расчету плоского стального настила: а – крепление настила к балкам и его расчетная схема; б – зависимость l /t от нагрузки и относительного прогиба; 1 – сварные швы.

Сопряжение второстепенных балок с главными дано на рис.1.5 и может быть: в разных уровнях (второстепенные балки расположены над главными или под ними), в одном уровне (верхний пояс второстепенных и главных балок лежат в одной плоскости).

Сопряжения в одном уровне возможны для железобетонного и стального настилов. Пониженное, как правило, применяется при железобетонном настиле, при этом толщина настила должна быть не менее разницы отметок верха главных и второстепенных балок (рис.1.3).

Все виды показанных опираний можно рассматривать как шарнирные из-за небольшого количества болтов, соединяющих балки между собой.

Расчет балок

Расчет проводят по двум предельным состояниям: несущей способности и прогибам. Расчет прокатных балок начинают с нахождения номера профиля по сортаменту и его проверке на прочность, общую устойчивость и жесткость.

Прокатные балки.

Прочность проверяют по формулам:

σ = M/_Wn,min ≤  R_y ;   τ = QS/I t ≤ R_s                                      (1.1)

где М - изгибающий момент от расчетных нагрузок; W_n,min - минимальный момент сопротивления нетто (с учетом ослаблений); Q - расчетная поперечная сила; S - статический момент сдвигаемой части относительно нейтральной оси; t - толщина стенки; I - момент инерции всего сечения относительно нейтральной оси.

При расчете с учетом развития пластических шарниров по формуле         W_n,min = М / С₁ R_y ·γ _c ,           (1.2)                                         

где С₁ - коэффициент, определяемый по табл. 66 приложения V СниП II-23-81*, зависящий от формы сечения и степени развития пластических деформаций.

При расчетах предварительно С₁ = 1,12 с дальнейшим уточнением. В сечениях, где касательные напряжения τ ≤ 0,5 R_s коэффициент С₁ = С, а при 0,5 R_s <τ< 0,9 R_s коэффициент С₁ принимают по формуле

С₁ = 1,05β^. с = 1,05^. с ,                                         (1.3)

где α - коэффициент, равный 0,7, изгибаемых в плоскости наибольшей жесткости стенки (для других типов сечений α= 0).

В случаях, когда верхняя полка не гарантирована от потери устойчивости или отношение расчетной длины балки l_ef к ширине сжатого пояса “ b ” превышает допускаемые (СНиП II-23-81* табл. 8 пункты 5.15 и 5.16) проверку осуществляют по формуле

                                  σ = М /φ _b W ≤ R_у γ _с                                (1.4)

Значения φ _b определяются с учетом развития пластических деформаций по приложению 7 СНиП II-23-81* по коэффициенту φ ₁ .

На практике достаточно часто предусмотрена связь балок с плоским настилом. Поэтому достаточная жесткость обеспечивает надежное крепление сечения балок и проверка устойчивости не требуется. Устойчивость балок можно не проверять, если отношение расчетной длины участка балки между связями, препятствующими поперечным смещением сжатого пояса l_ef  к его ширине “ b ”, не превышает значений (1 < h / b < 6 и b / t < 35), вычисляем по формуле

l_ef / b = δ·[0,41 + 0,0032 b / t + (0,73 - 0,016 b / t)] b / h₀ .   (1.5)

b, t - соответственно ширина и толщина сжатого пояса балки; h₀ - расстояние между полок; δ = [1-0,7(С₁ -1)/ С -1] для балок, работающих в упругой стадии δ = 1.

Предельные значения относительных прогибов приведены ниже в табл.1.1.

                                                          Таблица 1.1

Наименование элементов конструкций	Относительные прогибы элементов (к пролету l)
Балки и фермы путей под краны: . легкого режима работы (включая ручные краны, тельферы, тали) . среднего режима работы . тяжелого и весьма тяжелого режимов работы	1/400 1/500   1/600
Балки рабочих площадок производственных зданий при наличии рельсовых путей: . ширококолейных . узкоколейных	1/600 1/400
Балки рабочих площадок производственных зданий при отсутствии рельсовых путей и балки междуэтажных перекрытий: . главные балки . прочие балки и косоуры лестниц . стальной настил	1/400 1/250 1/150
Балки и фермы покрытий и чердачных перекрытий: . несущее подвесное и подъемно-транспортное или технологическое оборудование . не несущие подвесное оборудование . прогоны . профилированный настил	1/400 1/250 1/200 1/150
Элементы фахверка: . ригели . прогоны остекления	1/300 1/200

 

Относительный прогиб балки однопроцентной, загруженной равномерно распределенной нормативной нагрузкой qⁿ, вычисляется по формуле

              f / l = 5/384(qⁿl ³/ Е I) < 1/ n ₀ ,                               (1.6)

где 1/ n₀ - предельный относительный прогиб; Е - модуль упругости (МПа)

                                                  

Для выполнения курсовой работы студентам не­обходимо изучить курс "Металлические конструкции"[1], составленный в соответствии со СНиП II-23-81* "Стальные конструкции" (актуализированная редакция) [2].

Курсовая работа предусматривает проектирование и расчеты стальных конструкций рабочей площадки.

В качестве дополнительной литературы рекомендуются учебники [5,6,], справочник проектировщика[7], учебное пособие[4].

По курсовой работе (после защиты) ставится зачет с оценкой. По теоре­тической части курса "Металлические конструкции" сдается экзамен.

 

 

Предыдущая1234567Следующая

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: