Конструирование и расчет центрально сжатой колонны

Автор: Пользователь скрыл имя, 26 Декабря 2011 в 21:00, курсовая работа

Описание работы

Расчетная схема колонны постоянного сечения определяется способом закрепления ее в фундаменте, а также способом прикрепления балок, передающих нагрузку на колонну. Выбираем шарнирное присоединение колонны к балке, жесткое к фундаментам по направлению главной балки и шарнирное к фундаментам по направлению второстепенных балок по этому же направлению ставим связи.

Работа содержит 1 файл

Расчёт подпорной стенки.docx

— 277.15 Кб (Скачать)

         После установления высоты балки определяем минимальную толщину стенки tw,min из условия ее работы на срез и сравниваем с ранее назначенной :

                 =  = 7 мм,  где

hw = h – (0,04…0,05)= 0,8 - 0,05 = 0,75 м, k=1,5 для неразрезной балки.

tw,min     отличается от принятой более, чем на 2 мм, поэтому принимаем = 9 мм.

      При принятой толщине стенки заново подбираем  высоту главной балки.

Для С 345:  = = 0,00556

= =0,9 м

= = 0,73м

Принимаем  высоту главной балки  h = 0,8 м.

      Проверим  местную устойчивость стенки:

  ,  ,  0,005 0,004 – верно, значит данная толщина стенки обеспечит ее устойчивость.

      Требуемая площадь сечения поясов:

 

h0 = h – 0,5(h – hw)=0,8 – 0,5(0,8-0,75)=0,775 м.

0,00222 м4.

=0,000316 м4.

=0,00190 м4.

         Как правило, ширину поясов принимают равной 1/2…1/5 высоты балки из условия обеспечения ее общей устойчивости, а по конструктивным соображениям ширина пояса должна быть не менее 0,18 метров или 0,1h. Толщина пояса из условия возникновения значительных усадочных сварочных напряжений должна быть не более трех толщин стенки.

      Принимаем bf = 0,28 м, tf = 0,023м. Тогда фактическая площадь пояса:

факт = 0,00644 м2, это более требуемой.

hw = 0,8 - 2∙0,023 = 0,754 м.

h0 = 0,8 - 0,023=0,777 м. 
 
 
 
 
 
 

Рис 3.

3. Проверка прочности  балки.

Момент  инерции балки:

;

Момент сопротивления  сечения: W = 0,00567 м3.

Статический момент полусечения принятого сечения  балки:

 м3.

Проверку  прочности проводят в соответствии с требованиями п.8.2.1 [1] 

;       

;     ;        102,152∙кПа.

Данное  сечение проходит проверку на прочность  по касательным и нормальным напряжениям. 

4. Проверка общей  устойчивости и  жесткости балки.

      Не  выполняем проверку на общую устойчивость, т.к. в нашем случае балки настила  крепятся к главным балкам в одном  уровне и довольно часто.

      Проверку  на жесткость также не выполняем, т.к. принятая высота сечения балки  больше минимальной.  

5. Проверка местной  устойчивости элементов  балки.

- расчетная высота стенки (в  сварных балках это высота  стенки), условная гибкость:

      Подкрепляем стенку поперечными ребрами жесткости, ставим их под каждую второстепенную балку через 1,5 и на опорах, чтобы  избежать местных напряжений.

         Ширина выступающей  части ребра bh, должна быть не менее 40+hw/30 мм, толщина — .

   bh=42 мм, =  4 мм. 
 
 
 
 
 

   Рис 4. Подкрепление главной балки рёбрами.

   Для пропуска поясных швов и сокращения длины швов перпендикулярных осевым напряжениям в стенке балки, в ребрах срезают углы, примыкающие к стенке. Швы, крепящие ребро, выполняют минимальной толщины – 6мм.

      Расстояние  между ребрами не должно превышать 2hw, для расчета балок по 1-му классу разрешается превысить эти значения до 3hw.  3hw = 0,754∙2=1,508– это более, чем 1,5 – шага ребер.

= 3,35 – это значение не превышает  3,5  - предельной условной гибкости  для балки с двусторонними  поясными швами при отсутствии  местных напряжений (согласно п.8.5.1[1]). Таким образом, устойчивость стенки считаем обеспеченной. 

6. Расчет поясных  швов главной балки.

   При соединении поясов со стенкой двусторонними  сварными швами минимальный катет  шва при наличии поперечных ребер  жесткости в местах опирания балок настила:

  ; ,

 Где  - статический момент пояса брутто.

     Сварка  производится автоматом, положение  сварки  в «лодочку», подбираем  материал для сварки – сварочная  проволока Св-10ГА. По табл. 39 [1]:   =1,1, = 1,15.

= 200000 кН/ -  расчетное сопротивление сварных угловых швов по металлу шва; = 220000кН/- расчетное сопротивление сварных угловых швов по границе металла сплавления.

      - катет шва по металлу шва

      .

     С учетом требований табл. 38 [1] принимаем kf=7 мм – катет поясного шва. 

7. Изменение сечения  балки по длине.

        Сечение составной балки, подобранное по максимальному изгибающему моменту, уменьшаем в местах снижения моментов – на опорах. Изменение сечения дает экономию стали порядка 10…12 %, но несколько увеличивает трудоемкость изготовления.

   При равномерной нагрузке оптимальное  место изменения сечения однопролетной  сварной балки находится на расстоянии около 1/6 величины пролета от опоры - 2м от опоры с обеих сторон.

         Действующий в этом  сечении момент может быть найден графически по эпюре моментов: М = 1036 кН∙м, Q = 414,4 кН.

   Изменяем  сечение балки за счет уменьшения ширины поясов. Зададим ширину пояса  bf = 0,22 м – менее 0,18 м невозможно по конструктивным соображениям.

= = 0,00309 ; 0,00124 м4.

; Wфакт= 0,00462

      Выполним  проверку на прочность данного сечения:

  ≤ Ry∙γc.

, .

= 236 Мпа ≤  Ry∙γc = 335 МПа – проверка выполняется. 
 
 

Рис 5. Изменение  сечения балки по длине.

8. Расчет и конструирование  укрупнительного  стыка балки.

      Укрупнительный  стык балки выполняем на высокопрочных  болтах. Стык выполняем на расстоянии 8 м от начала балки, то есть получаем 2 балки длиной 8 и 4 м, дающих в сумме 12 м. Момент стыка равен 1657,6 кН∙м. При конструировании стыка на высокопрочных болтах расчет каждого элемента балки ведут раздельно, распределяя изгибающий момент между поясами и стенкой пропорционально их жесткости.

Полка: =0,00194 м4.

      кН∙м

       кН

      , где Qbh — расчетное усилие, которое может быть воспринято одной поверхностью трения соединяемых элементов, стянутых одним высокопрочным болтом; s — количество поверхностей трения; nf — количество болтов по одну сторону стыка (на полунакладке). Стык поясов выполняем с одной накладкой, s = 1. Выбираем болты диаметром 24 мм.

      кН.

= 0,7 ∙R bun = 0,7∙135∙104 = 94,5∙104 кПа= 94,5 кН/см2; выбираем сталь для болтов 30ХЗМФ, для нее R bun=135∙104 кПа= 135 кН/см2.

= 0,9 –коэффициент работы соединения

= 3,52 см2 – площадь поперечного сечения по внутренней резьбе одного болта

= 0,58 при дробестройной обработке  поверхности

=  1,12 

.

      Принимаем по 12 болтов на каждую полунакладку. В  соответствии с таблицей 40 [1], расставляем болты на накладке. Размер накладки: 0,404×0,28м. толщина 6 мм. 
 
 
 
 
 
 
 

Рис 6. Стык в полке

Стенка: кН∙м – момент, воспринимаемый стенкой. Максимальное горизонтальное усилие от момента, воспринимаемое болтом , где m — количество вертикальных рядов болтов на одной половине накладки. Из конструктивных соображений принимают не менее двух рядов; lmax — расстояние между крайними рядами болтов; a — коэффициент стыка, принимаемый в зависимости от количества горизонтальных рядов болтов k. Из этой формулы определяем коэффициент стыка, высокопрочные болты берем по 20 мм из стали 40Х (табл. Г8 СП).

кН. Принимаем m=2.

    - по такому значению  а, количество горизонтальных  рядов равно k = 7.

   Кроме изгибающего момента в стыке  действует поперечная сила Q=207,2 кН, которую условно принимают распределенной равномерно только на болты стенки:

 кН

Проверку  прочности ведут для крайних (по вертикали) болтов ряда , ≤102,8 кН, проверка на прочность выполняется.

   Конструктивно стык стенки оформляют в виде двух накладок, суммарная площадь сечения которых должна быть не менее площади сечения стенки, причем накладки толщиной менее 6 мм не применяют. Принимаем 2 накладки толщиной 6 мм, размером 0,54 ×0,26 м. 
 
 
 
 
 
 

Рис 7. Стык в стенке. 

9. Конструирование  и расчет опорного  узла балки.

      Крепление оголовка колонны и главных балок  – шарнирное.

   В зависимости от заданной схемы балки  выбираем конструкцию опорного узла: с торцовым строганным ребром. Размеры опорных ребер определяют из условия прочности поперечного сечения на смятие

м2

Размер ребра 0,5 на 0,05 м.

   Кроме того, необходимо проверить устойчивость участка стенки балки над опорой как условного опорного стержня, нагруженного опорной реакцией

                                     кПа                                          

где F — опорная реакция балки; j — коэффициент продольного изгиба опорного сечения. Расчетную длину стойки принимают равной высоте стенки (0,754 м); Aоп площадь расчетного сечения, равная площади сечения опорного ребра и полосы стенки шириной , с каждой стороны ребра. 
 
 
 
 

Рис 8. Опорный  узел балки. 

V. Расчет и конструирование сопряжения балки настила с главной балкой

     Так как у нас ограничена строительная высота перекрытия, выбираем поэтажное  сопряжение балок в виде примыкания балок настила к главным балкам в уровне верхнего пояса на болтах через коротыши из уголка.

   Принимаем болты класса точности В. Количество болтов определяют по формуле , где Nmin — минимальная несущая способность одного болта на срез, смятие, F – опорная реакция балки настила. Для болтов диаметром 20 мм, класс прочности болтов 5.6 (используем таблицу Г.5 [1])

Nmin = Rbs∙Ab∙ns∙γb = 21∙3,14∙1∙0,9= 59,35 кН.

. Принимаем 2 болта. Для крепления  выбираем уголок высотой 80 мм. 
 
 
 
 

Информация о работе Конструирование и расчет центрально сжатой колонны