Подякувати Студентському архіву довільною сумою
Admin
26.02.2023 12:38
Дякуємо, що користуєтесь нашим архівом!
Інформація про навчальний заклад
ВУЗ:
Національний університет Львівська політехніка
Інститут:
Інститут будівництва та інженерії довкілля
Факультет:
Не вказано
Кафедра:
Не вказано
Інформація про роботу
Рік:
2008
Тип роботи:
Пояснювальна записка до курсового проекту
Предмет:
Будівельні конструкції
Група:
ПЦБ-41
Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):
Міністерство освіти і науки України
Національний університет
“Львівська політехніка”
Інститут будівництва та інженерії довкілля
Кафедра будівельних конструкцій та мостів
Пояснювальна записка
до курсового проекту
з курсу
“Металеві конструкції”
Розрахунок і конструювання основних несучих металевих конструкцій і балочної клітки робочої площадки
Львів -2008
1. Вибір схеми балочної клітки.
1.1. Варіант 1 – нормальний тип балочної клітки.
Навантаження на 1м смуги настилу:
– корисне навантаження (нормативне) – ;
––постійне нормативне навантаження від асфальтового захисного покриття .
Сумарне навантаження: .
Мінімальна товщина настилу Приймаемо
Приймаємо крок балок настилу
Нормативне навантаження на 1м погонний довжини балки настилу:
;
розрахункове навантаження:
.
Максимальний згинальний момент посередині прольоту і поперечна сила на опорі:
Потрібний момент опору:
.
Приймаємо двотавр № 33, , , маса .
Розрахункові зусилля з врахуванням власної ваги балки:
навантаження:
зусилля:
Перевіряємо міцність підібраної балки:
=.
Загальна стійкість балки забезпечена суцільною приваркою настилу.
Прогин балки:
.
Підібрана балка задовольняє умовам міцності стійкості і умова жорсткості. Тому приймаємо за сортаментом двотавр № 33, , , маса .
1.2. Варіант 2 – ускладнений тип балочної клітки.
Крок балок настилу .Товщину настилу приймаємо . Проліт балок настилу , проліт другорядних балок . Навантаження на другорядні балки приймаємо рівномірно розподіленим (на балку опирається 6 балок настилу).
Нормативне навантаження на 1м погонний довжини балки настилу:
;
розрахункове навантаження:
.
Максимальний згинальний момент посередині прольоту і поперечна сила на опорі:
Потрібний момент опору:
.
Приймаємо двотавр №27 , , , маса .
Максимальний згинальний момент з врахуванням власної ваги балки:
.
Перевірка міцності підібраного січення балки:
.
Прогин балки:
.
Підібрана балка задовольняє умови міцності, і задовольняє умови жорсткості. Тому приймаємо за сортаментом двотавр № 27, , , маса .
Нормативне навантаження на 1м погонний довжини другорядної балки:
;
розрахункове навантаження:
.
Максимальний згинальний момент посередині прольоту:
Потрібний момент опору:
.
Приймаємо двотавр № 60, , , маса .
Максимальний згинальний момент з врахуванням власної ваги балки:
Перевіряємо міцність підібраної балки:
=.
Загальна стійкість балки забезпечена суцільною приваркою настилу.
Прогин балки:
.
Підібрана балка задовольняє умовам міцності стійкості і умова жорсткості. Тому приймаємо за сортаментом двотавр № 60, , , маса .
1.3. Техніко-економічне порівняння варіантів.
Таким чином варіант 1 є більш вигідним як по витраті сталі так і по кількості балок на ячейку. Цей варіант приймаємо для подальших розрахунків.
2. Розрахунок і конструювання головної балки.
2.1. Розрахункова схема.
2.2. Визначення висоти головної балки.
Навантаження на погонний метр балки:
;
.
Розрахункові зусилля:
Потрібний момент опору:
.
Приймемо приблизно . Розрахунковий опір сталі С245 (вважаємо, що товщина поясних листів ).
Мінімальна висота (з умови жорсткості):
.
Оптимальна висота балки при гнучкості стінки :
.
Приймаємо висоту стінки , товщину поясів . Тоді висота балки:
Прийнята висота більше і майже дорівнює .
2.3. Підбір перерізу головної балки.
Визначаємо товщину стінки балки:
.
.
.
Приймаємо товщину стінки , товщина пояса орієнтовно .
Знаходимо потрібну площу поясів :
Приймаємо, що пояси виготовлені з листів універсальної сталі .
Площа поясу .
Умови ,
,
,
,
задовольняються:
Перевіряємо умову забезпечення стійкості верхнього стиснутого поясу:
– умова задовольняється;
– умова задовольняється.
2.4. Остаточна перевірка балки на міцність і жорсткість.
Характеристики перерізу балки:
– площа перерізу:
;
– момент інерції відносно нейтральної осі :
;
– момент опору:
.
Відношення .
Перевірка міцності балки за нормальними напруженнями:
.
Недонапруження:
.
2.5. Зміна перерізу головної балки по її довжині.
Стикуємо розтягнутий пояс прямим стиковим швом з візуальним контролем якості. Приймаємо ширину зменшеного перерізу пояса , що більше за , більше за , більше за і відповідає стандартній ширині універсальної сталі за ГОСТ 81-70. Геометричні характеристики зменшеного перерізу:
– площа пояса:
;
– момент інерції:
;
– момент опору:
.
Граничний згинальний момент, який сприймає змінений переріз:
.
Значення згинального моменту в довільному перерізі:
. М=
Прирівнюємо частини рівнянь:
.
Розв’язуючи квадратне рівняння, знаходимо:
.
, .
Перевірка міцності зміненого перерізу:
а) Максимальні розтягуючі напруження в точці А (для матеріалу стикового шва), на віддалі від опори:
.
б) Приведені напруження на грані стінки (на рівні поясних швів) точка Б, де . Максимальні нормальні напруження:
.
Перерізуюча сила в перерізі з абсцисою :
.
Статичний момент площі перерізу пояса відносно нейтральної осі:
.
Дотичні напруження на рівні поясних швів (по грані стінки):
.
Приведені напруження:
.
Перевірка міцності опорного перерізу на максимальні дотичні напруження.
Статичний момент площі перерізу:
;
.
Таким чином, міцність прийнятого зменшеного перерізу головної балки забезпечена.
Перевірка місцевих напружень в стінці від тиску балок настилу:
2.6. Перевірка забезпечення загальної стійкості балки.
Навантаження на головну балку передаються через балки настилу, які закріпляють головну балку з площини через 1,1 м. Перевіряємо умову посередині прольоту (розрахунок виконаний з урахуванням пластичних деформацій):
;
.
Умова задовольняється, стійкість балки перевіряти не треба.
2.7. Перевірка місцевої стійкості стиснутого пояса і стінки.
Умовна гнучкість:
– необхідно ставити поперечні ребра жорсткості.
Оскільки і необхідно перевірити місцеву стійкість стінки. Максимальна віддаль між ребрами при : . Конструктивно крок ребер приймаємо кратним до кроку балок настилу .
В середній частині балки, розрахованої з врахуванням пластичних деформацій, ребра жорсткості ставимо під кожною балкою настилу. Ребра жорсткості приймаємо односторонні завширшки: . Приймаємо 100мм.Товщина ребра:
.Приймаємо =7мм.
Перевірку стійкості у відсіку №1 виконуємо з врахуванням пластичних деформацій. Для цього відсіку:
;
;
.
Стійкість стінки не забезпечена. Збільшуємо переріз поясів до
;
;
.
Прийнятий переріз поясів достатній для забезпечення місцевої стійкості стінки посередині прольоту балки.
Перевіряємо міцність балки за нормальними напруженнями:
;
;
;
Перевірка місцевої стійкості стінки у відсіку №1. В цьому відсіку стінка працює в пружній стадії. Розрахункові зусилля приймаємо в перерізі з абсцисою , під балкою настилу. Згинальний момент і поперечна сила:
Нормальні напруження на грані стінки:
.
Середні дотичні напруження:
.
Визначення критичних напружень.
Відношення сторін відсіку:
.
Коефіцієнт защемлення стінки в поясах балки:
.
;
;
Критичні дотичні напруження:
.
Визначені напруження та їх критичні значення підставляємо у формулу:
Стійкість стінки забезпечена.
2.8. Розрахунок поясних швів головної балки.
Головна балка розрахована з врахуванням розвитку пластичних деформацій, поясні шви виконуються двосторонніми;
– перевіряють міцність поясних швів.
Розраховуємо найнапруженішу ділянку шва біля опори під балкою настилу.
Розрахункові зусилля на одиницю довжини шва:
,
де – поперечна сила в перетині з абсцисою (під балкою настилу):
.
.
Зварювання автоматичне, виконується в положенні „в човник” зварним дротом Св-08А. Для цих умов і для сталі 18сп розрахунковий опір металу кутових швів .
;
.
Катет шва:
.
Конструктивно мінімальне значення при .
Перевірка міцності шва по металу межі сплавлення:
.
Перевірку міцності по металу шва можна не виконувати.
Таким чином, при мінімально допустимій висоті катета шва міцність поясних швів забезпечена.
2.9. Конструювання та розрахунок опорної частини балки.
Приймаємо конструктивне рішення опорної частини балки з торцевим ребром. Ребро прикріпляється до стінки балки двома вертикальними кутовими швами. Зварювання напівавтоматичне у середовищі вуглекислого газу, зварний дріт Св-08А, . Розмір виступаючої вниз частини опорного ребра приймаємо . Потрібна площа перетину опорного ребра з умови зм’яття торця:
,
де .
Враховуючи, що ширина балки біля опор , знаходимо:
. Приймаємо . Площа , що більше за .
Перевіряємо стійкість опорної частини балки:
;
.
Розрахункова площа опорної частини:
.
Радіус інерції:
.
Гнучкість:
.
.
Перевіряємо місцеву стійкість ребра:
Місцева стійкість ребра забезпечена.
Підбираємо розміри катетів швів кріплення ребра до стінки балки:
По металу границі сплавлення можна не перевіряти, тому що .
Приймаємо .
2.10 Конструювання та розрахунок монтажного стику головної балки з використанням болтів підвищеної точності.
Стик стінки перекриваєм парними листовими накладками товщиною . Приймаємо по 2 вертикальних ряди болтів з кожної сторони від осі стику. З метою використання кондукторів при сверлінні отворів приймаємо єдиний крок болтів в вертикальних рядах 100 мм. Прийнятий крок є меншим максимально допустимого з умови щільного прилягання накладок .
Максимально допустима відстань між крайніми горизонтальними рядами:
Число болтів в одному вертикальному ряді:
Згинальний момент, що сприймається стінкою:
Максимальне зусилля в болтах крайніх горизонтальних рядів при Q=0 рахуємо по формулі:
Приймаємо: болти із сталі 40х (), обробку поверхні газополуменеву без консервації – коефіцієнт тертя , різниця діаметра болта і отвору не більше 0,2-0,3мм, зусилля натягу болта регулюється по величині кута закручування - коефіцієнт надійності .
З умови визначаємо необхідну площу нетто болта:
Приймаємо болти діаметром 20 мм (М20), отвори діаметром 21 мм, площа нетто болта .
Для цих болтів критичне зусилля зсуву на один болт при двох поверхнях тертя () знаходимо по формулі:
Таким чином:
- стійкість стику стінки забезпечена.
Стик поясних листів. Приймаємо січення поясних накладок: з зовнішньої сторони 360х10мм, з внутрішньої – дві накладки 160х10 мм. Сумарна площа накладок більше площі січення поясу.
Згинальний момент, що сприймається балками:
Зусилля в поясі (поясних накладках):
Кількість болтів для прикріплення накладок:
Приймаємо 18 болтів і розміщуємо їх згідно малюнка.
3. Розрахунок та конструювання колони.
3.1 Добір перерізу суцільної колони одноярусного робочого майданчика.
Вихідні дані : відмітка підлоги робочої площадки +12.Довжина колони l = (12+0.6)*1 = 12.6 м. Заглиблення колони нижче рівня підлоги 0,6 м. Опорна реакція головної балки 1317,78 кН. Матеріал колони сталь С285. Для фасонного прокату при t = 4...10 мм Ry = 280 МПа. Приєднання колони до фундаменту шарнірне (μ = 1).
Розрахункова довжина колони lef = l0·μ = (16,23 + 0,6)·1 = 16,83 м. Розрахункове стискаюче зусилля:
Приймаємо наскрізний переріз з двох двотаврів.
Задаємося гнучкістю відносно матеріальної осі λх = 70. Відповідно φх = 0,761.
Потрібна площа
За сортаментом добираємо два двотаври №40:
А=2*72,6=145,2см2;іх=16.2см;іу=3,03см.
Перевіряємо стійкість відносно матеріальної осі:
φ =0,659
Недонапруження що допустимо.
З умови рівностійкості відносно обох головних осей приймаємо λef = λх = 77,78. Задаючись гнучкістю гілки відносно осі 1-1 λ1 =30 знаходимо:
Відстань між вертикальними осями віток у-у:
Повна ширина перерізу із врахуванням звісів b=b+b=33,77+15,5= 49,27 см.Приймаю b=500мм. При цьому проміжок між поличками b=500-155=345мм, що перевищує конструктивний мінімум 150мм.
Для забезпечення заданої гнучкості вітки λ1 =30 розрахункова її довжина, яка відповідає відстані між планками у просвіті, повинна становити
.Приймаю
Тоді
Прийнявши планки перерізом 500х10 рекомендована ширина d=(0,5…0,75)b,знайдемо відстань між її осями
=1.15 м.
Зазначена формула справедлива при n>0,2 ,де n- співвідношення погонних жорсткостей вітки Іb/l1 та планки Іs/l1:
де - момент інерції планки відносно її власної центральної(горизонтальної) осі; Іb= Іу =667 10-8 м4-момент інерції вітки за сортаментом відносно власної центральної осі;
Перевіряємо переріз відносно вільної осі у-у:
Приведена гнучкість при n=0,24>0,2
Таким чином, стійкість відносно вільної осі не забезпечена.Необхідна перевірка напружень
Необхідно розвити вітки на більшу віддаль.
Приймаю b=355 мм.Тоді b=b+b=35,5+15,5= 51мм
Приведена гнучкість при n=0,247>0,2
Таким чином, стійкість відносно вільної осі забезпечена.
Перевірка напружень
Виконуємо розрахунок планок. Умовна поперечна сила :
Планки приварюємо до поличок кутовими швами k f=8мм. Перевірка міцності швів виконується на спільну дію зусилля зсуву Fs і згинального моменту Мs. Зварювання напівавтоматичне зварювальним дротом Св-08Г2С ГОСТ 2246-70*,діаметром 1,4мм, в середовищі вуглекислого газу за ГОСТ 8050-85.За табл.5 додатка 6 знаходимо:Коефіцієнти
Оскільки перевірку виконуємо тільки за межею сплавлення.
Момент опору шва:
Напруження зсуву від зусилля Fs:
Напруження від згинального моменту Ms:
Сумарне найбільше напруження в шві:
Тобто міцність шва забезпечена.
3.2 Розрахунок основних вузлів колони
Розрахунок оголовника.
Для одноярусних майданчиків доцільно приймати опирання головних балок на колону зверху. При цьому необхідно порахувати оголовок колони, який складається з опорної плити і ребра. Ребро підтримує плиту і передає навантаження від балок на стрижень колони. Плита не розраховується і приймається конструктивно завтовшки 20...25 мм.
Опорне ребро сприймає повне навантаження 2V від двох балок.
Товщина t ребра визначається з умови його міцності на зминання:
де - довжина поверхні зминання, яка дорівнює ширині опорного ребра балки плюс дві товщини опорної плити; - розрахунковий опір на зминання .
В нашому випадку при ширині балки на опорі , . Для сталі С285 (лист, t=10...20мм).
Висоту ребра оголовка визначають необхідною довжиною швів, якими ребро кріпиться до стрижня колони:
;
де n=2 – кількість швів. Отже, .
Прийнявши, як і для приварних планок, зварний дріт Св-08Г2С, будемо мати і . Катет швів приймаємо
що не перевищує величину .
Приймаємо h=450 мм.
Необхідно перевірити також опорне ребро на зрізання за умовою:
де - розрахунковий опір сталі ребра на зріз. . Для сталі С285 при, t=10...20мм , і . Отже:
Розрахунок бази колони.
Бази колон призначені для передачі зусилля N на бетонний (або залізобетонний) фундамент.
Площа плити в плані визначається з умови міцності бетону фундаменту на стиск
A > N/Rb·γ b
де γ b – коефіцієнти згідно з п.3.39 СНиП II.03-84 «Бетонні і залізобетонні конструкції». Приймаємо бетон фундаменту класу В 12,5 з Rb = 7,5 МПа.
A > 2661,9/7.5·10-1·1.2 = 2957,7 см2.
Ширина плити В приймається конструктивно, виходячи з того, що плита повинна виступати за межі колони с = 60...100 мм. Товщина траверс попередньо береться ts=10...16 мм. Приймемо ts = 10 мм і с = 80 мм.
В = bf + 2 (ts + с) = 400 + 2 (10 + 40) = 500 мм.
Тоді довжина плити
L > A/B = 2957,7/50 = 59,15 см
Приймаємо L = 60 см. Визначимо дійсне значення напруження під плитою бази:
σ = N/A = 2661,9/(50·60) =0.887 кН/см2 =8.87МПа<12.5*1.2*1=15MПа
Товщина плити визначається з умови її міцності на згин. При цьому плиту розглядаємо як пластину, навантажену знизу рівномірно розподіленим тиском σ= 0.89 кН/см2 фундаменту. Пластина опирається на жорсткий контур перерізу колони, а також на траверси. Для розрахунку її розділяють на окремі ділянки (див рис.) - одна ділянка, яка опираються по всьому контуру (на чотири канти) - ділянка типу 1; дві ділянки типу 2 (защімлення тільки одного канта).
Для ділянки 1, опертої на чотири канта відношення більшої сторони до меншої b/а =374/347 = 1.078;
Для такого відношення табличний коефіцієнт α = 0,0535. Згинальний момент
М1 =α· σ· а2 = 0,0535· 0,887· 34.72 =57,1 кН·см
Для ділянки 2 , опертої на три канта відношення. b/а =374/118.5= 3.156>2-ділянка працює як консоль
М2 = σ·а2/2 =0,887·11,852/2 = 62,3 кН·см
Для ділянки 3 , опертої на три канта відношення. b/а =374/118.5= 3.156>2-ділянка працює як консоль
М2 = σ·а2/2 =0,887·42/2 = 7.1кН·см
Товщину плити визначаємо з умови її міцності на згин найбільшим моментом
Мтах = М2 = 62.23 кН·см
що не перевищує допустиме значення
t = 4 см (найбільша товщина прокатних листів).
Навантаження на траверсу приймають рівномірно розподіленим:g= =0.887*50/2=22.18
Найбільше значення згинального моменту в траверсі:
на консольних ділянках М =22,18*11.8^2/2=1544.17
у прогоні М =22.18*35.5^2/8-22,18*11.8^2/2=1949.87
Перевірка міцності траверси МПа
Траверси до колони приварюємо напівавтоматичною зваркою, зварний дріт Св-08Г2С. За ГОСТ 8050-85.За табл.5 додатка 6 знахомо: . Катет зварних швів приймаємо .
Висота траверс hs визначається з умови міцності швів, якими вони кріпляться до колони. Важається що колона не спирається торцем на плиту, а зависає на швах, якими вона приварюється до траверс і консольних ребер (загальна кількість таких швів n = 8).
Загальна довжина швів
Довжина одного шва
Враховуючи можливий непровар по 1 см на кожному кінці швів, отримуємо:
hs > ls + 2 см = 32 см
Приймаємо hs = 32 см < 85 βf · kf = 85·0,7·1 = 59,5 см. Торець колони конструктивно варимо до плити швами kf = 6 мм.
Список літератури
Клименко Ф. Є, Барабаш В. М, Стороженко Л. І. Металеві конструкції. – Львів: Світ, 2002. – 312 с.: 320 іл.
Е. И. Беленя, В. А. Балдин, Г. С. Ведеников и др. Металлические конструкции. – Москва: Стройиздат, 1986. – 560с., ил.
СНиП 2.01.07-85. Нагрузки и воздействия. Нормы проектирования. – М.: Стройиздат, 1987.
СНиП 23-81. Стальные конструкции. Нормы проектирования. – М.: Стройиздат, 1982. – 93с.
Методичні вказівки кафедри.
2.10. Конструювання та розрахунок монтажного стику головної балки.
Стик стінки. Перекриваємо парними листовими накладками завтовшки . Приймаємо по два вертикальних ряди болтів з кожного боку від осі стику. Крок болтів у вертикальних рядах приймаємо .
Максимально допустима віддаль між крайніми горизонтальними рядами:
.
Кількість болтів в одному вертикальному ряду:
.
Приймаємо , оскільки при висота накладки більша за висоту стінки, що недопустимо.
Згинальний момент, що сприймається стінкою:
.
Максимальне зусилля в болтах крайніх горизонтальних рядів при :
.
Приймаємо болти зі сталі 6.6: , обробку контактних площин газополуменеву без консервації (коефіцієнт тертя.), різниця діаметрів болта і отвору не більша за 4 мм., зусилля натягу болта регулюється за величиною кута закручування гайки - коефіцієнт надійності γh = 1,02
Визначаємо потрібну площу болта нетто:
Abn ≤ Nmax γh / (0.7 Rbun γb μ γc mтр) =
Приймаємо болти діаметром . (М 20), отвори діаметром 23 мм, площу болта нетто Abn = 2.45 см2 > 2,39 см2.
Для цих болтів граничне зусилля зсуву на один болт при двох площинах тертя (mгр=2)
Nb =
Таким чином
Nmax = 136,6 кН. < Nb = 139,8 кН.
Стик поясних листів. Приймаємо перетин поясних накладок:
– ззовні: ;
– зсередини: дві накладки .
Сумарна площа накладок більша за площу перетину поясів .
Згинальний момент, що сприймається поясами балки:
.
Зусилля в поясі (поясних накладках):
.
Кількість болтів для закріплення накладок:
Приймаємо 30 болтів.
3. Розрахунок і конструювання колони.
3.1. Розрахункова схема колони.
Література:
1. Металеві конструкції Ф.Є. Клименко, В.М. Барабаш ЛЬВІВ Видавництво „Світ” 1994.
2. Металлические конструкции / Под общей редакцией проф. Е.И. Беленя /.
3. СНиП 2.01.07-85 Нагрузки и воздействия М.. Стройиздат, 1987.
4. СНиП 23-81 Стальные конструкции. Нормы проектирования. М.. Стройиздат, 1988.
5. Методичні вказівки кафедри.
Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!
0%
Оголошення від адміністратора