Нормативные и расчетные сопротивления высокопрочных болтов

Из стали 40Х по ГОСТ Р 52643

Наименьший диаметр резьбы d, мм	R bun, кН/см2	R bh, кН/см2
16.20, (22), 24, (27) 30 36 42 48	107,8 90 80 65 60	75,5 63 56 45,5 42

П р и м е ч а н и е. Размеры, заключенные в скобках, применять не рекомендуется.

Стык осуществляем высокопрочными болтами d _b = 24 мм из стали 40Х «селект», имеющей расчетное сопротивление растяжению высокопрочного болта R _bh = 75,5 кН/см² (табл. 5.12).

Способ регулирования натяжения высокопрочных болтов принимаем по M (моменту закручивания). Расчетное усилие Q _bh, которое может быть воспринято каждой поверхностью трения соединяемых элементов, стянутых одним высокопрочным болтом, определяется по формуле

где A _bn = 3,53 см² – площадь сечения нетто болта d _b = 24 мм, принимаемая по табл. 5.11;

 – коэффициент трения, принимаемый в зависимости от обработки поверхностей (принят газопламенный способ обработки поверхностей, см. табл. 3.15);

γ _h = 1,12 коэффициент надежности, принимаемый при статической нагрузке и разности номинальных диаметров отверстий и болтов  с использованием регулирования натяжения болтов по М при газопламенном способе обработки поверхностей.

Определяем:

Расчет стыков поясов и стенки производим раздельно. Приравнивая кривизну балки в целом 1/ρ = M_max/(EI _x) (здесь r – радиус кривизны) к кривизне ее составляющих – стенки M _w/(EI _w) и поясов M_f /(EI _f), находим изгибающие моменты, приходящиеся на стенку M _w и на пояса M _f, которые распределяются пропорционально их жесткостям, соответственно EI _w и Е I _f.

Момент инерции стенки

I _w = 337500 см⁴.

Момент инерции поясов

Изгибающий момент, приходящийся на стенку

M _w = M_max(I _w/I _x) = 4658,72 (337500 / 1645664) = 955,43 кН∙м.

Изгибающий момент, приходящийся на пояса

M _f = M_max(I _f /I _x) = 4658,72 (1308164 / 1645664) = 3703,29 кН∙м.

Расчет стыка пояса . Расчетное усилие в поясе определяется по формуле

N _f = M _f /h _f = 3703,29 / 152,5 = 2428,39 кН.

Количество болтов n на каждую сторону от центра стыка балки для прикрепления накладок пояса определяем по формуле

n = N _f/(Q _bh k _s g _b g _с) = 2428,39 / (99,94 2 1 1) = 12,15,

где k _s = 2 – количество плоскостей трения соединяемых элементов;

g _b – коэффициент условий работы фрикционного соединения, зависящий от количества n болтов, необходимых для восприятия расчетного усилия, и принимаемый равным:

0,8 при n < 5; 0,9 при 5 £ n < 10; 1,0 при n ³ 10;

g _с – коэффициент условий работы элемента конструкции, определяемый по [4, табл.1].

Принимаем 12 болтов и размещаем их согласно рис. 5.15.

Длину горизонтальных накладок назначаем конструктивно из условия размещения болтов:

l _nf = 2(n₁a + 2c) + δ = 2 (2 70 +2 ∙ 50) + 10 = 490 мм,

где     n₁ = (3 – 1) – количество рядов болтов на полунакладке за минусом 1.

Расчет стыка стенки. Расчетный момент, приходящийся на стенку, уравновешивается суммой внутренних пар усилий, действующих на болты. Максимальное горизонтальное усилие N_max от изгибающего момента, действующее на каждый крайний наиболее напряженный болт, не должно быть больше несущей способности Q _bh k _s.

Условие прочности соединения

N_max = M _w a_max/(mΣa _i²) ≤ Q _bh k _s,

где     а _i  – соответствующее расстояние между парами сил в болтах;

m – число вертикальных рядов болтов на полунакладке.

Для определения числа рядов болтов по вертикали k и назначения их шага а вычисляем коэффициент стыка:

a = M _w/(ma_maxQ _bh k _s) = 95543 / (2 × 135 99,94 × 2) = 1,77.

Принимаем по табл. 5.13 число горизонтальных рядов болтов k = 8.

Таблица 5.13

Коэффициенты стыка стенки балок a

Число рядов по вертикали k	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15
a	1,4	1,55	1,71	1,87	2,04	2,20	2,36	2,52	2,69	2,86

Определяем шаг болтов по вертикали:

а = а_max/(k – 1) = 135 / (8 – 1) = 19,29 см.

Шаг a рекомендуется округлять до 5 мм, он должен укладываться целое число раз в расстояние между крайними рядами болтов a₁. Окончательно принимаем по высоте накладки 8 рядов болтов с шагом а = 200 мм, что меньше конструктивного a_max = 208 мм. Максимальное расстояние между крайними горизонтальными рядами болтов а₁ = (8 – 1) ∙ 200 = 1400 мм, между остальными – а₂ = 1000 мм, а₃ = 600 мм, а₄ = 200 мм (см. рис. 5.14).

Длина вертикальных накладок (при с = 35 мм > с_min = 33,8 мм)

l _nw = (k – 1)a + 2c = (8 – 1) ∙ 200 + 2 ∙ 35= 1470 мм.

Проверяется прочность стыка стенки по наиболее напряженному крайнему болту:

N_max = 955,43 · 1,4 / [2 (1,4² + 1² + 0,6² + 0,2²)] =

= 199,05 кН < Q _bh k _s γ _с = 99,94 · 2 · 1 = 199,88 кН.

Условие выполняется.

При наличии в месте стыка поперечной силы Q стык стенки рассчитывается на совместное действие поперечной силы Q и части изгибающего мо-

мента, воспринимаемого стенкой M _w. Наиболее напряженный крайний болт

рассчитывается на равнодействующую усилий по формуле

где V = Q/n – вертикальная составляющая усилия, действующая на один болт в предположении, что поперечная сила Q полностью передается на стенку и принимается распределенной равномерно на все болты n, расположенные на полунакладке с одной стороны стыка.

Проверяем элементы, ослабленные отверстиями d = 26 мм под болты.

Пояс ослаблен по краю стыка четырьмя отверстиями (n _as = 4) сечением

A _df  = n _as dt _f = 4 · 2,6 · 2,5 = 26 см².

Площадь сечения нетто пояса определится:

A _n,f = A _f – A _df = 45 · 2,5 – 26 = 86,5 см² < 0,85A _f  = 0,85 ∙ 112,5 = 95,63 см².

Проверку ослабленного сечения пояса производим по условной площади A _{c , f}  = 1,18A _{n , f}  = 1,18 ∙ 86,5 = 102,07 см².

Полагая, что половина усилия, приходящаяся на каждый болт, воспринимается силами трения, расчетное усилие в поясе и накладках, ослабленных четырьмя болтами в крайнем ряду, определяется по формуле

Производим проверку прочности ослабленного пояса:

Прочность пояса в месте монтажного стыка обеспечена.

Ослабление накладок четырьмя отверстиями (n _as = 4) по крайнему ряду

A _dn = n _as n _n dt _nf = 4 · 2 · 2,6 · 1,4 = 29,12 см².

Площадь сечения нетто накладок

Условная площадь

A _{c , n} = 1,18A _{n , nf} = 1,18 ∙ 89,88 = 106,06см².

Производим проверку прочности накладок:

Прочность накладок обеспечена.

При необходимости увеличивается толщина накладок t _nf.

Опирания и сопряжения балок

По конструктивному признаку различают два вида сопряжений балок с колоннами: опирание сверху (шарнирное) и примыкание сбоку (шарнирное или жесткое). Примыкание сбоку выполняется в виде фланцевого соединения либо с помощью столика. Шарнирное сопряжение передает только опорную реакцию, а жесткое передает кроме реакции еще и опорный момент. Опорный столик, выполняемый из неравнополочного уголка или толстого листа, воспринимает все опорное давление балки, передаваемого на колонну через швы. Швы рассчитываются на усилие, равное опорной реакции балки, увеличенной на 30%.

При поэтажном сопряжении балки настила или вспомогательные балки укладываются на главную балку сверху, проектное положение которых фиксируется на сжатом поясе главной балки болтами или сварными швами минимальных размеров (расчет не требуется) (рис. 5.15, а). Этот способ сопряжения балок требует большой строительной высоты балочной клетки. Чтобы увеличить строительную высоту главной балки, необходимо применить сопряжение балок в одном уровне верхних поясов или с пониженным расположением верхних поясов второстепенных балок.

 

Рис. 5.13. Шарнирные сопряжения балок:

а – поэтажное; б – в одном уровне; в – пониженное

Один из вариантов сопряжения балок в одном уровне может быть выполнен по схеме примыкания балок настила или второстепенных балок к главной балке сбоку через ребра жесткости, укрепляющие стенку главной балки от потери устойчивости. В этом случае необходимо шаг ребер назначать таким образом, чтобы они попадали под каждую балку.

Для обеспечения плотного примыкания стенки балки настила к ребрам

необходимо вырезать ее полки и часть стенки (рис. 5.15, б). Этот вырез ослабляет сечение балки, число болтов, которое можно разместить на стенке балки, ограничено. При пониженном сопряжении к торцу вспомогательной балки приваривается коротыш из уголка, через который осуществляется сопряжение с ребром жесткости главной балки болтами.

В практике расчет болтов производится на опорную реакцию вспомогательной балки, увеличенную с целью повышения надежности на 20%, учитывающих неравномерность вовлечение болтов в работу за счет некоторого защемления в соединении.

В качестве примера рассчитываем сопряжение балки настила, выполненной из прокатного двутавра I27, с главной в одном уровне (см. п. 4.1.2). Толщина пояса t_¦′ = 9,8 мм, толщина стенки t _w ′ = 6 мм, радиус внутреннего закругления R = 11 мм.

Размеры ребра жесткости: ширина b _r = 75 мм, толщина t _r = 6 мм.

Определяем расчетное усилие:

F _b = 1,2Q_max = 1,2 · 57,57 = 69,08 кН.

Крепление осуществляем болтами нормальной точности класса 4.6 диаметром d = 16 мм (рекомендуется 16 – 24 мм). Расчетная площадь сечения болта А = 2,01 см² (см. табл. 3.11). Отверстия под болты d _о = d + 3 = 19 мм.

Расчетное сопротивление срезу болта R _bs = 15 кН/см² (см. табл. 3.9). Расчетное сопротивление смятиюэлементов R _{b р} = 50 кН/см² при толщине проката от 4 до 10 мм с R _un = 38 кН/см², соединенных болтами, выполненных из стали класса С255, (см. табл. 3.10).

Расчетная высота стенки (рис. 5.16)

h _o = h – a₁ – a₂ = 270 – 35 – 20,8 = 214,2 мм, принимаем 210 мм,

где    a₁ = t_¦′ + R = 9,8 + 11 = 20,8 мм < (t_¦ + 10) = 25 + 10 = 35 мм, принимаем a₁ = 35 мм; a₂= t_¦′ + R = 20,8 мм.

Расстояния между центрами болтов (см. табл. 3.8):

минимальное

с_min = 2,5d _о = 2,5 ∙ 19 = 47,5 мм, принимаем 50 мм;

максимальное

с_max = 8d _о = 8 ∙ 19 = 152 мм или

с_max = 12t_min = 12 ∙ 6 = 72 мм, принимаем 70 мм.

Минимальное расстояние от центра болта до края элемента вдоль усилия

а = 2d _о = 2 ∙ 19 = 38 мм, принимаем 40 мм.

Определяем привязку болтов к оси главной балки:

b _о = t _w/2 + k _f + 2d _о +10 = 12 / 2 +4 + 2 ∙ 19 + 10 = 58 мм.

 

Рис. 5. 16. Прикрепление балки настила к ребру

Ширина ребра для крепления балки настила при этом должна быть:

b _{r ,min} = b _о – t _w/2 + 2d _о = 58 – 12 / 2 + 2 ∙ 19 = 90 мм > b _r =75 мм.

Принимаем ширину ребра жесткости. b _r = 90 мм,

Толщина ребра определятся из условия его устойчивости:

принимаем t _r =7 мм

Расчетное усилие N _b, которое может быть воспринято одним болтом:

– при срезе

N _bs = R _bs γ _bА n _s = 15 · 0,9 · 2,01 = =27,14 кН,

где γ _b = 0,9 – коэффициент условия работы для многоболтового соединения при работе на срез и смятие (см. табл. 3.13);

n _s = 1 – число расчетных срезов одного болта;

– при смятии

N _{b р} = R _{b р} γ _b d∑t = 46,5 · 0,9 · 1,6 · 0,6 = 40,18 кН,

где ∑ t = t _w = 6 мм – наименьшая суммарная толщина элементов, сминаемых в одном направлении (t _w или t _r).

Необходимое количество болтов

N = F _b/(N _{b ,min}γ _c) = 69,08 / (27,14 · 1) = 2,55.

Принимаем 3 болта с шагом с = (h _o – 2а)/2 = (210 – 2 · 40) / 2 = 65 мм, что больше с_min = 50 мм и меньше с_max = 70 мм.

Площадь нетто стенки по ослабленному отверстиями под болты сечению

A _n = h _o t _w ′ – n d _о t _w ′ = 21 · 0,6 – 3 · 1,9 · 0,6 = 9,18 мм.

Проверяем прочность стенки:

При прикреплении второстепенной балки к ребру через коротыш следует рассчитать сварные швы, прикрепляющие его к торцу балки, на совместное действие Q_max и М = Q_maxl, здесь l – расстояние от оси болтового соединения до рассматриваемых угловых швов. Расчет производится по металлу шва или по металлу границы сплавления:

 

РАСЧЕТ КОЛОНН

Колонны служат для передачи давления от вышерасположенных главных балок через фундамент на грунт. В балочной площадке используются центрально-сжатые колонны, работающие на продольную силу, приложенную по оси колонн и вызывающую равномерное сжатие их поперечного сечения.

Колонны состоят из трех основных частей: стержня, являющегося основным несущим элементом колонны; оголовка, служащего опорой для вышележащих конструкций и закрепления их на колонне; базы, распределяющей сосредоточенную нагрузку от колонны по поверхности фундамента и обеспечивающей прикрепление колонны к фундаменту с помощью анкерных болтов.

При выборе типа сечения колонны необходимо стремиться получить наиболее экономичное решение, учитывая величину нагрузки, удобство примыкания поддерживающих конструкций, условия эксплуатации, возможности изготовления и наличие сортамента.

При выполнении курсовой работы согласно заданию рассматриваются центрально-сжатые колонны двух типов: сплошная и сквозная. Основным типом сплошных колонн, наряду с прокатными, является сварной двутавр, составленный из трех листов прокатной стали. Он наиболее удобный в изготовлении с помощью автоматической сварки и позволяющий просто осуществлять примыкание поддерживающих конструкций. В широкополочных прокатных двутаврах ширина приблизительно равна высоте сечения, такие же соотношения приняты в сварных двутаврах по условиям изготовления. Стержень сквозной колонны состоит из двух ветвей (прокатных швеллеров или двутавров), связанных между собой соединительными элементами в виде планок или раскосов, которые обеспечивают совместную работу ветвей и существенно влияют на устойчивость колонны в целом и ее ветвей. В сквозных колоннах достигается равноустойчивость стержня в двух взаимно перпендикулярных плоскостях за счет изменения расстояния между ветвями.

Раскосная решетка является более жесткой по сравнению с планками, так как образует в плоскости грани колонны ферму, все элементы которой работают на осевые усилия. Ее рекомендуется применять в колоннах, нагруженных продольной силой более 2500 кН или при значительном расстоянии между ветвями (более 0,8 м). Планки создают в плоскости грани колонны безраскосную систему с жесткими узлами и работают на изгиб.

Для осмотра и возможной окраски внутренних поверхностей в сквозных колоннах из двух ветвей устанавливается зазор между полками ветвей не менее 100 мм.

Рассчитываем наиболее нагруженную центрально-сжатую колонну среднего ряда (рис. 6.1). Продольная сила N, сжимающая колонну, равна двум реакциям (поперечным силам) от главных балок, опирающихся на колонну сверху: N = 2Q_max.

N = 2Q_max = 2 · 1033,59 = 2067 кН.

Рис. 6.1. Расчетная схема колонны

Расчетная длина колонны l _ef , зависящая от способа закрепления ее в фундаменте и сопряжения с главной балкой, принимается равной:

l _ef  = μ l,

где     l – геометрическая длина колонны;

μ – коэффициент расчетной длины колонны, принимаемый в зависимости от условий закрепления ее концов и вида нагружения (при действии продольной силы на колонну сверху: μ = 1 – при шарнирном закреплении обоих концов колонны; μ = 0,7 – при жестком закреплении одного конца колонны и шарнирном другого).

При опирании балок на колонну сверху колонна рассматривается как шарнирно закрепленная в верхней части. Закрепление колонны в фундаменте может быть принято шарнирным или жестким. Если фундамент достаточно массивен, а база колонны развита и имеет надежное анкерное крепление, колонну можно считать защемленной в фундаменте.

Геометрическая длина колонны (от фундамента до низа главной балки на опоре) равна отметке настила рабочей площадки H _н за вычетом фактической строительной высоты перекрытия, состоящей из высоты главной балки h _{o п}, высоты балки настила h _бн и толщины настила t _н, плюс заглубление базы колонны ниже отметки чистого пола h _ф (принимается 0,6 – 0,8 м):

l = H _н – (h _оп + h _бн + t _н) + h _ф = 1300 – (157 + 40 + 12) + 70 = 1161 см.

При наличии вспомогательной балки в балочной клетке (при поэтажном сопряжении балок) в высоту перекрытия добавляется высота балки h _бв.

Для проектирования приняты колонны, жестко защемленные в фундаменте, с шарнирным верхним узлом. Расчетные длины колонн в плоскостях, перпендикулярных осям х-х и у-у:

l _x = l _y = μ l = 0,7 ∙ 1161 = 813 см,

---

Дата добавления: 2018-10-27; просмотров: 681; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!