Пояснительная записка на курсовую работу "Балочная клетка из стали", страница 13

l_y=l_ef,y/i_y=890/15.75=56.5.

Рассчитываем приведенную гибкость колонны согласно [1, табл.7]

l_ef=Öl_y²+l₁²=Ö56.5²+35.84²=66.9, по [1, табл.72] j_ef=0.7698.

Устойчивость колонны относительно свободной оси У – У проверяем по формуле, согласно [5]

s=N/(2•j_ef•A_в)=1935.16/(2•0.7698•53.8)=23.4 кН/см²<R_y=24 кН/см².

Недонапряжение

D=(R_y-s)/R_y•100%=(24-23.4)/24•100%=2.5%.

Расчет планок выполнен на условную поперечную силу Q_fic, принимаемую постоянной по всей длине стержня и равную согласно [1, п. 5.8]:

Q_fic=7.15•10^-6•2•А_в•Е•b•(2330•R_y/E-1)               (15.1), где

b=j_ef/j_x=0.7698/0.7749=0.99,

b=s/(j_х•R_y)=N/(2•А_в•j_х•R_y)=1935.16/(2•53.8•0.7749•24)=0.97.

Принимаем b=0.97.

По формуле (15.1) определяем

Q_fic=7.15•10^-6•2•53.8•2.1•10⁴•0.97•[2330•24/(2.1•10⁴)-1]=26.1 кН.

Сила, перерезывающая планку, определяется согласно [5]

 F=Q_s•l/b₀=Q_fic•l/(2•b₀)=26.1•120/(2•31)=50.5 кН.

Момент М₁, изгибающий планку в ее плоскости, определяется согласно [5] по формуле

М₁=Q_s•l/2=Q_fic•l/4=26.1•120/4=783 кН•см.

Планки прикрепляют к ветвям колонны угловыми швами с катетом k_f=10 мм. Примем для планок сталь С245 R_y=240 МПа, R_un=370 МПа.

В соответствии с [1, табл. 55] принимаем для сварки электрод типа Э42А по ГОСТ 9467 – 75*. При этом R_wf=180 МПа по [1, табл. 56]. Расчетное сопротивление шва по металлу границы сплавления находим для планок согласно [1, табл.3]

R_wz=0.45•R_un=0.45•370=166.5 МПа.

В соответствии с [1, п.11.2] принимаем g_wf=1, g_wz=1; b_f=0.7, b_z=1 по   [1, табл. 34].

Проверим прочность шва, прикрепляющего планку к ветвям колонны рис. 15.4.

Проверим прочность на условный срез по металлу шва:

t_wf=F/(b_f•k_f•l_w)=50.5/(0.7•1•20)=3.6 кН/см²=36 МПа;

s_wf=6•M₁/(b_f•k_f•l_w²)=6•785/(0.7•1•20²)=16.8 кН/см²=168 МПа.

Равнодействующее напряжение в крайних точках шва

s_равн=Ös_wf²+t_wf²=Ö168²+36²=172 МПа <R_wf•g_wf•g_c=180•1•1=180 МПа.     

Проверяем прочность шва по металлу границы сплавления:

t_wz=F/(b_z•k_f•l_w)=50.5/(1•1•20)=2.53 кН/см²=25.3 МПа;

s_wz=6•M₁/(b_z•k_f•l_w²)=6•785/(1•1•20²)=11.78 кН/см²=117.8 МПа.

Равнодействующее напряжение

s_равн=Ös_wz²+t_wz²=Ö117.8²+25.3²=121 МПа <R_wz•g_wz•g_c=

=166.5•1•1=166.5 МПа.

Таким образом, прочность швов и планок обеспечена.

Раздел 16. Расчет оголовка колонны

Сопряжение балок с колоннами свободное (шарнирное). Свободное сопряжение передает только вертикальные нагрузки. При свободном сопряжении балки обычно ставят на колонну сверху, что обеспечивает простоту монтажа. В нашем случае опирание балок сверху. В этом случае оголовок колонны состоит из плиты  и ребер, поддерживающих плиту и передающих нагрузку на стержень колонны (рис. 16.1).

     Нагрузка передается на колонну через фрезерованные торцы опорных ребер балок, расположенных близко к центру колонны, следовательно, плита оголовка поддерживается снизу ребрами, идущими под опорными ребрами балок. Ребра оголовка привариваются к опорной плите и к ветвям колонны при сквозном  стержне. Швы, прикрепляющие ребро оголовка к плите, должны выдерживать полное давление на оголовок.

Примем k_ш=9мм

δ=N/(Sl_w•k_ш)£b_f•R_wf•g_wf•g_c  

δ=3366/0.9•267=14кН/см²)£0.7•21.5•1•1=15.05  

Толщину опорной плиты принимаем конструктивно d_пл=24 мм.

Толщину ребра оголовка определяем из условия сопротивления на смятие под полным опорным давлением, согласно [2]

t_р=N/(l_см•R_p),                  (16.1)

где N=Q_гб=3366 кН;

l_см=68 см – длина сминаемой поверхности, равная ширине опорного ребра балки плюс две толщины плиты оголовка колонны;

R_р – расчетное сопротивление стали смятию торцевой поверхности;

R_p=R_un/g_m=47/1.025=45.8 кН/см².

По формуле (16.1) определяем

t_p=3366/(68•45.8)=1.08 см.

Принимаем t_p=12мм.

Высоту ребра оголовка определяем, требуемой длиной швов, передающих нагрузку на стержень колонны. Длина швов не должна быть больше 85•b_f•k_f.