Расчет и конструирование базы колонны

Ветвь 1

R_ф=𝛾*R_б=1,2*1,637=1,96кН/см²

По конструктивным соображениям определяем ширину опорной плиты:

см,

где ширина полки ветви;

толщина траверсы;

вылет консоли плиты;

см,

Принимаем см, см.

Расчетная продольной силы N в заделке.

N_в1= 88943кг.

Вычисляем краевые напряжения в бетоне

Вычислим изгибающие моменты на разных участках опорной плиты для определения её толщины:

-нагрузка, приходящаяся на полосу плиты шириной 1 см, равна

- участок 1-консольный:

- участок 2 – опирание по 3-ем сторонам:

- коэффициент, зависящий от отношения короткой закрепленной стороны пластинки к свободной:

М₂=М₁

- участок 3 ­– опирание по 4 сторонам:

где - коэффициент, зависящий от отношения длинной стороны пластинки
к короткой:

Определяем толщину опорной плиты

Принимаем

Высоту траверсы примем см.

Ветвь 2

По конструктивным соображениям определяем ширину опорной плиты:

см,

где ширина полки ветви;

толщина траверсы;

вылет консоли плиты;

см,

Принимаем см, см.

Расчетная продольной силы N в заделке.

N_в1= 84537кг.

Вычисляем краевые напряжения в бетоне

Вычислим изгибающие моменты на разных участках опорной плиты для определения её толщины:

-нагрузка, приходящаяся на полосу плиты шириной 1 см, равна

- участок 1-консольный:

- участок 2 – опирание по 3-ем сторонам:

- коэффициент, зависящий от отношения короткой закрепленной стороны пластинки к свободной:

М₂=М₁

- участок 3 ­– опирание по 4 сторонам:

где - коэффициент, зависящий от отношения длинной стороны пластинки
к короткой:

Определяем толщину опорной плиты

Принимаем

Высоту траверсы примем см.

Рис.5.5. База для духветвивой колонны сквозного сечения

5.5. Расчет анкерных болтов

Расчетная схема для расчета анкерных болтов предстапрвлена на рис. 5.5.

При расчете анкерных болтов необходимо принимать комбинацию нагрузок, дающую наибольшее растягивающее усилие в болтах. Комбинация продольной силы N_a и изгибающего момента M_a выбирается из табл. 4.2.

M_an= 31,22 тм; N_an= 51,06 тс.

Усилие в анкерных болтах

Требуемая площадь сечения одного анкерного болта

где n=2 – количество анкерных болтов с одной стороны базы;

– расчетное сопротивление анкерного (фундаментного) болта растяжению (табл. 60* [1]).

По табл. 62[1] принимаем болты конструктивно d=20 мм (

5.6. Расчет элементов соединительной решетки колонны

Угол наклона раскоса относительно ветвей колонны

Длина сжатого раскоса

Нагрузка

Элементы решетки рассчитываются на поперечную силу Q. Выбор поперечной силы производится из условия Q_fic [1. п.58] и фактической Q_fаc, определяется по результатам статического расчета поперечной рамы

Q_fic=7,15*10^-6(2330-Е/R_y)N/𝜑=7,15*10^-6(2330-2.06*10⁶/2350)123686/0.8=1606.7кг

Q_fаc(№1,2,7)=2206+1046+3710=6962кг

Усилие в раскосе

Требуемая площадь поперечного сечения

A_d,тр = см²,

Принимаем 2 равнополочных уголка 50х5

А=4,8см²; i_x=2.53см

Проверка устойчивости

;

Проверка устойчивости подкрановой части колонны сквозного сечения как единого стержня в плоскости действия момента

= см

L_efx=ƞ₁H=3*808=2424см

J_x= J_x1+A_b1*y_b1²+ J_x2+A_b2*y_b2²=9840+53.8*56.75²+7980+46.5*65.6²=391192.2см⁴

m=e*A_d*a/J_x=31.3*100.3*56.75/391192.2=0.46

𝜑_e=0.556

Проверка выполняется.

6.) Расчет и конструирование подкрановой балки

6.1. Определение нагрузок

Для крана грузоподъемностью Q=10 т принимаем данные для расчета:

· максимальное давление колеса на подкрановый рельс т;

· масса тележки G=2,4 т;

· тип кранового рельса: КР-70

· материал балки ­– сталь C255 ( кгс/см²).

См. п. 3,3 Нагрузки от мостовых кранов.

6.2. Определение расчетных усилий

Максимальный момент возникает в сечении, близком к середине пролета. Для определения наибольших изгибающих моментов и поперечных сил устанавливаем краны в невыгоднейшее положение (рис. 6.1).

Наибольший изгибающий момент от вертикальных давлений колес двух мостовых кранов

где –𝛾_n=0.95-коэффицент надежности по назначению [2];

-𝛾_f=1.1- коэффициент надежности по нагрузке[2];

-k_д=1.1 – коэффициент динамики, для режима работы мостового крана 7К.

Расчетный момент с учетом собственного веса подкрановых конструкций равен

где a =1,05– коэффициент, учитывающий влияние собственной массы подкрановых конструкций на значение максимального изгибающего момента.

Расчетный изгибающий момент от горизонтальных усилий равен

Рис.6.1. Определение усилий M_max и Q_max при загружении подкрановой балки

двумя четырехколесными кранами

Наибольшая поперечная сила от вертикальных усилий в сечении балки над опорой

6.3. Подбор сечения балки

Требуемый момент сопротивления балки равен

см³.

где β=1,05-коэффицент, учитывающий дополнительное напряжение вследствие закрепления верхнего пояса тормозным листом.

Минимальная высота балки равна

Предварительно толщину стенки назначаем по формуле

Принимаем

Оптимальная высота балки равна

Примем высоту стенки

Проверим толщину стенки на прочность при срезе

где

Примем толщину пояса

Условие выполняется.

Принимаем пояс из листа с учетом удобной установки на него рельса 400х14 мм.

Проверим условие обеспечения местной устойчивости пояса

Проверка выполняется.

По полученным данным компонуем сечение балки.

6.3. Проверка прочности сечения

6.3.1. Проверка прочности нормальных напряжений

Определяем геометрические характеристики сечения относительно оси OX:

см⁴;

см³;

Определяем геометрические характеристики тормозной балки относительно оси OY:

см;

Проверка прочности

По нормальным напряжениям

где

Условие выполняется.

2. По касательным напряжениям

где

Условие выполняется.

Рис.6.2. Сечение подкрановой балки

6.3.2. Проверка прочность стенки на действие максимальных местных напряжений

Прочность стенки на действие максимальных местных напряжений проверяют по формуле

где g _f1 =1,1– коэффициент увеличения вертикальной сосредоточенной силы на отдельное колесо мостового крана;

– расчетная нагрузка на колесе крана без учета динамичности;

см – условная длина распространения местных сжимающих напряжений;

c – коэффициент, принимаемый для сварных балок равным 3,25;

I_{р, f} = I_р + I_f – сумма собственных моментов инерции подкранового рельса I_р и верхнего пояса подкрановой балки I_f.

6.3.3. Проверка местной устойчивости стенки подкрановой балки

- определяем условную гибкость стенки балки

- в соответствии с п. 7.10 [1], стенку балки необходимо укрепить поперечными ребрами жесткости. Расстояние между основными поперечными ребрами не должно превышать см.

Принимаем расстояние между поперечными ребрами жесткости a=1.5м.

- расчет на устойчивость стенок балок симметричного сечения, укрепленных только поперечными основными ребрами жесткости, при наличии местного напряжения следует выполнять по формуле

Положения опасных сечений: см, см.

Расположение катков кранов и эпюры М и Q показаны на рис. 6.3.

Рис. 6.3. К расчету устойчивости отсеков стенки подкрановой балки

Проверяем местную устойчивость стенки балки среднего отсека см:

Расчетный изгибающий момент в пролетном отсеке равен

Расчетная поперечная сила в приопорном отсеке равна

Нормальное напряжение в "опасном" сечении отсека

Усредненные касательные напряжения в "опасном" сечении отсека

Местные напряжения под колесом мостового крана

Критическое нормальное напряжение:

При ;

и фор. 77[1]

используется формула:

кгс/см²,

где – коэффициент, определяемый по табл. 25 [1].

Критическое напряжение от местного давления колес

кгс/см²,

где c₁=38,7– коэффициент, принимаемый для сварных балок по табл. 23 [1];

– условная гибкость стенки (в продольном направлении отсека).

Критическое касательное напряжение: кгс/см²,

где расчетное сопротивление стали срезу.

- отношение большей стороны отсека к меньшей,

– условная приведенная гибкость.

Устойчивость стенки в среднем отсеке балки обеспечена.

6.3.4. Прочие проверки

Прочность стенки на действие касательных напряжений обеспечена, так как принятая толщина стенки больше определенной из условия среза.

Жесткость балки также обеспечена, так как принятая высота балки значительно превышает минимальную высоту.

Проверку общей устойчивости подкрановой балки можно не производить, так как осуществляется непрерывное закрепление тормозного листа к верхнему поясу подкрановой балки сварными швами.

6.4. Расчет деталей подкрановой балки

Расчет соединений поясов подкрановой балки со стенкой

Требуемая величина катета шва k_f, соединяющего пояс со стенкой, определяется из условия

см.

где S_f = t_f × b_f × –момент пояса относительно оси x-x,

-коэффициент, принимаемый для автоматической сварки при d=3-5.

Примем катет сварного шва 5мм.

Проверка на смятие опорного ребра

Для подкрановой балки примем выступающее опорное ребро а = 20 мм.

где t_p =1,4см, b_p =36см – ширина и толщина опорного ребра;

R_p =3800кгс/см²– расчетное сопротивление смятию торцевой поверхности.

Проверка выполняется.

Проверка на устойчивость опорной части

При проверке на устойчивость кроме опорного ребра включается дополнительно часть стенки подкрановой балки (см. рис.1.4). Потеря устойчивости может произойти относительно оси x-x.

,

где А_{оп. ч} = – площадь опорной части;

jx – коэффициент продольного изгиба при центральном сжатии, определяется по табл. 72 [1] или по табл. 1 прил. 3 в зависимости от гибкости

Iy = ;

h_w – высота Т -образной стойки.

Проверка выполняется.

7.) Расчет и конструирование стропильной фермы

7.1. Определение узловой нагрузки

Равномерно распределенные нагрузки: постоянная (от веса кровельного покрытия, собственной массы несущих конструкций покрытия) и снеговая, приводятся к узловым.

м – расстояние между центрами узлов верхнего пояса;

м – шаг ферм.

При шарнирном сопряжении фермы с колонной расчетные усилия в стержнях ферм определяются от совместного действия постоянной и снеговой нагрузок на соответствующих участках покрытия, взятых с коэффициентом сочетаний .

7.2. Определение усилий в элементах стропильной фермы

Усилия в элементах стропильной фермы определяются аналитически по правилам строительной механики. Из условий симметрии усилия в элементах определяются только для половины фермы (отправочной марки). Расчетная схема фермы приведена на рис.7.1.

Рис. 7.1. Расчетная схема стропильной фермы

Нагрузка, приложенная к узлам верхнего пояса:

Статический расчет фермы

Усилия в элементах стропильной фермы определяются аналитически по правилам строительной механики. Из условий симметрии усилия в элементах определяются только для половины фермы (отправочной марки).

7.3. Подбор сечений стержней стропильной фермы

Примим сечение стержней фермы таврового сечения из двух прокатных равнополочных уголков.

Сечения верхнего и нижнего поясов на всем протяжении отправочной марки примем без изменения по максимальному усилию в поясах фермы.

Результаты последующих расчетов заносятся в таблицу.

7.3.1 Подбор сечений поясов

Верхний пояс N₄:

Площадь поперечного сечения верхнего сжатого пояса определяется по формуле для расчета центрально сжатых элементов

A_f,тр = см²,

j_тр = 0,8 – коэффициент продольного изгиба.

По сортаменту подбираем тавр 25ШТ3:

см², см,

Тогда гибкость стержня пояса равна

.

Проверка устойчивости подобранного сечения

.

Проверка выполняется.

Нижний пояс N₆:

Площадь поперечного сечения нижнего (растянутого) пояса определяется по формуле

A_f,тр = см².

По сортаменту подбираем тавр 25ШТ2 ( см²).

Проверка прочности

,

.

Проверка выполняется.

7.3.2 Подбор сечений элементов решетки

Опорный раскос N₈:

Требуемая площадь поперечного сечения опорного раскоса равна

A_р,тр = см²,

По сортаменту подбираем 2 равнополочных уголка 180х11:

см², см.

Тогда гибкость стержня опорного раскоса равна

.

Проверка устойчивости подобранного сечения

.

Проверка выполняется.

Растянутый раскос N9:

Площадь поперечного сечения растянутого раскоса

A_f,тр = см²,

По сортаменту подбираем 2 равнополочных уголка 110х8 ( см²).

Проверка прочности

,

.

Проверка выполняется.

Сжатый раскос N11:

Площадь поперечного сечения сжатого раскоса

A_f,тр = см²,

По сортаменту подбираем 2 равнополочных уголка 110х7 ( см², см).

Тогда гибкость стержня опорного раскоса равна

.

Проверка устойчивости подобранного сечения

,

Проверка выполняется.

Сжатый раскос N12:

Требуемая площадь поперечного сечения сжатого раскоса равна

A_р,тр = см²,

По сортаменту подбираем 2 равнополочных уголка 70x5:

см², см,

Тогда гибкость стержня сжатого раскоса равна

;

Проверка устойчивости подобранного сечения

,

.

Проверка выполняется.

Сжатая стойка N10:

Требуемая площадь поперечного сечения сжатой стойки N15 равна

A_р,тр = см²,

По сортаменту подбираем 2 равнополочных уголка 80х7:

см², см.

Тогда гибкость стержня сжатого раскоса равна

;

Проверка устойчивости подобранного сечения

.

Проверка выполняется.

Растянутая стойка N13:

Площадь поперечного сечения растянутого раскоса

A_f,тр = см²,

По сортаменту подбираем 1 равнополочных уголка 50х5 ( см²).

Проверка прочности

,

.

Проверка выполняется.

7.4. Расчет сварных соединений

По металлу шва

- по обушку

-по перу

где -коэффициент, принимаемый при сварке (табл.34*[1]);

кгс/см²-расчетное соединение сварных соединений по металлу шва (табл.56* [1]);

-коэффициент условий работы шва (п.11.2* [1]);

кгс/см²;

Расчетным сечением является сечение по металлу шва.

Опорный раскос:

см;

см.

Растянутый раскос N9:

см;

см.

Сжатый стойка N10:

см;

см.

Растянутые раскосы N11;

см;

см.

Сжатый раскос N12:

см;

Растянутая стойка N13;

см;

см.

Для обеспечения совместной работы уголков их соединяют прокладками. Расстояние между прокладками должно быть не более 40 i для сжатых элементов и 80 i для растянутых,
где i -радиус инерции одного уголка относительно оси, параллельной прокладке.

Если длина сварного шва меньше 5см принимаем конструктивно 5см.

Результаты расчета приведены в табл. 7.2.

Таблица подбора сечений элементов ферм и расчета угловых швов крепления элементов решетки к поясам

Таблица 7.2

Таблица подбора сечений элементов ферм и расчета угловых швов крепления элементов решетки и поясам
Элемент	Стержень	Расчетное усилие	Сечение	Площадь сечения А, кв. см	Длина стержня, см	Радиус инерции	Гибкость	Коэффициент продольного изгиба ϕmin	Коэффициент условия работы ymin	Нормальные напряжения G, кг	Шов на обушок	Шов по перу	Примечание
Растяжение, т.	Сжатие, т.	Геометрическая	Расчетная	Усилия в швах N, кг	Катет углового шва К	Длине швов L,см	Усилия в швах N, кг	Катет углового шва К	Длине швов L,см
L	Lefx	Lefy	ix	iy	λx	λy
ВП	N4	-	180.04	25ШТ3	89.2				7.07	6.84	42.57	44.01	0.877	0.95	2301.51	90021.55			90021.55
НП	N6	182.46	-	25ШТ2	79.9				6.62	7.08	90.63	169.49	-	0.95	2283.60	91229.83			91229.83
ОР	N8	-	132.37	180Х11	38.8				5.6	7.74	69.11	50.00	0.794	0.95	2148.31	66183.50		15.9	66183.50		8.7
Р	N9	73.54	-	110х8	17.2				3.39	4.87	114.16	79.47	-	0.95	2137.88	36771.60		10.9	36771.60		7.1
С	N10	-	23.92	80х7	10.8				2.45	3.67	88.16	73.57	0.626	0.8	1769.30	11961.89		5.0	11961.89		3.3
Р	N11	-	32.23	110х7	15.2				3.4	4.85	98.82	86.80	0.55	0.8	1927.56	16114.37		6.4	16114.37		4.1
Р	N12	-	4.26	70х5	6.86				2.16	3.21	194.91	131.15	0.169	0.8	1837.82	2130.66		2.0	2130.66		1.6
С	N13	5.98	-	50х5	4.8				1.53	2.45	209.15	130.61	-	0.95	1244.94	2987.85		2.3	2987.85		1.9

8.) Библиографический список

1. СНиП П-23-81*. Стальные конструкции. Нормы проектирова­ния. М.: Стройиздат, 1991. 96 с.

2. СНиП 2.01.07-85. Нагрузки и воздействия. М.: Стройиздат, 1987. 35 с.

3. Беленя Е.И. Металлические конструкции. М.: Стройиздат, 1966. 560 с.

4. Кудишин Ю.И. Металлические конструкции. М.: Стройиздат, 1976. 680 с.

5. Металлические конструкции. В 3т.: Учеб. для строит. вузов/ В.В. Горев, Б.Ю. Уваров, В.В. Филлипов, Г.И. Белый и др., под ред. В.В. Горева. – М.: Высш. шк., 1999. – 528 с.: ил.

Дата добавления: 2015-07-19