3.7. Конструирование и расчет укрупнительного стыка балки

Укрупнительные (монтажные) стыки балок, длиной 12м и более, проектируют сварными или на высокопрочных болтах. Стык осуществляем на высокопрочных болтах из стали 40Х «селект», диаметром d = 20 мм, имеющих R_bun = 1100 Н/мм² (табл. 61 [4]). С газопламенной очисткой соединяемых поверхностей.

Рисунок 5 – Укрупнительный стык

Рисунок 6 – Расчёт поперечной силы

Рисунок 7 - Схема стыка

Стык поясов.

Силовые факторы, воспринимаемые поясом:

Необходимое количество болтов на полунакладке:

где

s– количество поверхностей трения,s= 2;

Q_bh– расчётное усилие, которое может быть воспринято одной поверхностью трения соединяемых элементов, стянутых одним высокопрочным болтом;

(3.25)

R_bh= 0,7·R_bun= 770 Н/мм²- расчетное сопротивление болта на растяжение;

A_bn-площадь сечения болта нетто,A_bn= 2,45 см²[4, табл.62*];

γ_b-коэффициент условия работы болтового соединения, γ_b= 0,85;

γ_h- коэффициент надежности, γ_h= 1,02 [4, табл.36*];

μ- коэффициент трения,μ= 0,42 [4, табл.36*];

Откуда

Принимаем два ряда по шесть болтов в каждом. По п. 12.19 [4] болты ставятся расстоянии 2,5dдруг от друга, расстояние от центра болта до края элемента равно 2d.

Каждый пояс балки перекрываем тремя накладками, толщиной 20 и сечениями 420×300, 2×420×120 мм.

Рисунок 8 – Накладка на пояс балки

Стык стенки.

Силовые факторы в стенке:

(3.26)

где

m– количество вертикальных рядов болтов на одной половине накладки,m= 5;

l_max– расстояние между крайними рядами болтов,l_max=h_w- 2×2,5d= 370 мм;

α– коэффициент стыка.

Отсюда

где k– количество горизонтальных рядов, в соответствие с табл. 7.8 [1].

Кроме изгибающего момента в стыке действует поперечная сила Q, которую условно принимают распределённой только на болты стенки:

(3.27)

Проверку прочности ведут для крайних (по вертикали) болтов ряда:

(3.28)

Стенку балки перекрываем двумя накладками, толщиной 16 мм и сечением 550×600.

Для проверки несущей способности листа определяем расчётную площадь его ослабленного сечения (п. 11.14 [4]).

Несущая способность пояса:

Площадь листа:

1. брутто

2. нетто

Отношение листов:

Условная расчётная площадь сечения листа:

Проверяем несущую способность листа (без допущения упругопластической работы элементов соединения)

Несущая способность стенки:

Площадь листа:

1. брутто

2. нетто

Отношение листов:

3.8. Конструирование и расчет опорного узла балки

Рисунок 9 - Опорный узел балки

Размеры опорных ребер определяют из условия прочности поперечного сечения на смятие по формуле:

(3.29)

где

F– опорная реакция,F= 746,3 кН;

R_p- расчетное сопротивление смятию торцевой поверхности,

Тогда

Принимаем ребро 135x15 мм, тогда

Теперь проверяем опорную стойку балки на устойчивость относительно оси Z. Определяем ширину участка стенки, включенной в работу опорной стойки:

(3.30)

Далее определяем площадь сечения участка стенки, включенной в работу:

Определяем момент инерции этого сечения:

(3.31)

Радиус инерции:

(3.32)

Гибкость:

(3.33)

По значению гибкости, исходя из табл. 72 [4] определяю коэффициент продольного изгиба центрально-сжатого элемента φ = 0,962.

Определение устойчивости:

(3.34)

Рассчитываем двусторонние сварные швы при соединении ребра к стенке. Сварка – механизированная.

где

F– опорная реакция,F= 746,3 кН;

β_f, β_z - коэффициенты, принимаемые при сварке элементов из стали, с пределом текучести до 540 МПа, принимаемые по табл. 34[4]. При механизированной сварке β_f =0,9; β_z = 1,05;

R_wf - расчетное сопротивление сварных соединений для углового шва, при работе на срез по металлу шва, R_wf = 215,6 МПа;

R_wz- расчетное сопротивление сварных соединений для углового шва, при работе на срез по металлу границы сплавления,R_wz= 166,5 МПа;

γ_wz= γ_wf= 1,γ_c=1,1 – коэффициенты условий работы.

l_w– расчётная длина шва, принимаемая меньше его расчётной длины на 0,01 м,l_w= 0,56 м.

Тогда

В соответствие с табл.38 [4] катет сварного шва при механизированной сварке должен быть не менее 6 мм. Т.к. по расчету получилось меньше, то принимаем минимально допустимую величину 6 мм.