Курсовая работа - Расчет плоского настила - файл n1.docx

Курсовая работа - Расчет плоского настила
скачать (361.1 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.docx362kb.07.07.2012 23:56скачать

n1.docx

1. Аннотация

Данная пояснительная записка прилагается к первому курсовому по дисциплине «Металлические конструкции, включая сварку».

Исходные данные для проектирования взяты из задания на курсовое проектирование.

Записка содержит следующие разделы:

Конструктивная схема технологической площадки и подбор стали для конструкций, в зависимости от климатических условий места строительства

3. Выбор стали для конструкций

Климатический район строительства устанавливается в соответствии с ГОСТ 16350-80. Данные по району строительства принимаем по СНиП 23-01-99* «Строительная климатология».

Район строительства : II – город Миасс

Температура воздуха наиболее холодных суток, обеспеченностью 0,98: -39˚С;

Температура воздуха наиболее холодной пятидневки, обеспеченностью 0,98: -35˚ С;

Абсолютная минимальная температура воздуха: -48˚С;

Средне суточная амплитуда температуры воздуха наиболее холодного месяца: 9,4˚С;

Продолжительность, сут. , и средняя температура воздуха, периода со средней суточной температурой воздуха ?8˚С: продолжительность 218, средняя температура -6,5 ˚С;

Средняя месячная относительная влажность воздуха наиболее холодного месяца: 78 %.

Из этих условий принимаем сталь С345, которая принимается для : сварных конструкций, либо их элементов, работающих при статической нагрузке, а также конструкции группы1 при отсутствии сварных соединений и балки подвесных путей из двутавров по ГОСТ 19425-74* и ТУ 14-2-427-80 при наличии сварных монтажных соединений.

Расчетное и нормативное сопротивление при растяжении, сжатии и изгибе листового, широкополосного универсально и фасонного проката по ГОСТ 27772-88 для стальных конструкций зданий и сооружений из стали С345: Ry =230 МПа; Run = 350 МПа.

4. Расчёт плоского настила.

Методика расчета стального настила основана на представлении его работы как гибкой пластины, изгибаемой по цилиндрической поверхности.

При нагрузках не превышающих 50 кН/м и предельном относительном прогибе fu/l<1/150 фактором, определяющим толщину плоского настила является жесткость, поэтому расчет ведут на нормативную нагрузку.

3-1


Коэффициент надежности по нагрузке для временной нагрузки – ?f,=1,1;

Коэффициент условия работы ?с=1.

Толщину листа настила можно определить по приближенной формуле:

(1), где:

ln- пролет настила (расстояние между балками настила);

tn - толщина настила;

d=ln/fn =150 - допустимое отношение пролета настила

к его предельному прогибу;

где:

Е1- модуль упругости при отсутствии поперечной деформации;
v = 0,3 коэффициент Пуассона;
К = 2,05*104кН/см2 - модуль упругости;








Устанавливаем три варианта шага балок настила – 1; 1,25 и 2м.

Определяем толщину настила для каждого шага балок настила.










Назначаем в соответствии с сортаментом следующие толщины настила:

1 вариант tn = 6 мм

2 вариант tn= 7 мм

3 вариант tn = 12 мм

Размер настила ширина 4,5 м, длина 17 м.

Исходя из этого находим, что при:

L = 0,85 м -21 балка, 20 пролетов;

L = 1 м – 18 балок, 17 пролетов;

L = 1,7 м – 11 балок, 10 пролетов.
4.1. Расчет балки настила по прочности

Каждую балку в перекрытии рассматривают раздельно, не связанной с другой(разрезная схема). Нагрузка на балку настила передается от настила с участков перекрытия, расположенных на смежных от балки пролетах. Следовательно, ширина грузовой площади для балок настила равна шагу этих балок или пролету настила.

Рисунок

Погонная равномерно распределенная нагрузка на балку

Расчетная qn = qnЧ?fЧln

где lп — шаг балок настила;

qn- нормативная полезная нагрузка 14 кН/м ; ?f-коэффициенты надежности по постоянной нагрузке 1,1.

Подставляя значения в формулы, получаем:

q1= 12Ч0,85Ч1,2= 12,24 кН/м;

q2= 12Ч1Ч1,2= 14,4 кН/м;

q3= 14Ч1,7Ч1,2= 24,48 кН/м;

Подбор сечения балок настила производят по максимальному изгибающему

моменту:



где:

q - погонная равномерно распределенная расчетная нагрузка

l- пролет балки, в данном случае 10 м

M1= q1l2/8=12,24*4,52/8 = 30,98 кН/м; Q, = q1L/2= 12,24*4,5/2 = 27,54 кН

M2= q2l2/8=14,4*4,52/8 = 36,45 кН/м; Q, = q2L/2= 14,4*4,5/2 = 32,4 кН

M3= q3l2/8=24,48*4,52/8 = 61,97 кН/м; Q, = q3L/2= 24,48*4,5/2 = 55,08 кН

Далее определяем требуемый момент сопротивления, по которому, и находим из сортамента нужную балку. Сечение балки принимаем двутавровое. Тип балки принимаем - двутавры.

Требуемый момент сопротивления при допущении пластических деформаций

,

где с1 – коэффициент, учитывающий развитие пластических деформаций по сечению, предварительно принимаемый равным 1,12.





В результате получаем 3 варианта балок:

  1. L1 = 850 мм – 21 балка, 20 пролетов

Балка № 22 Ix = 2550 см4, Wx = 232см3,

  1. L1 = 1000мм – 18 балок, 17 пролетов

Балка № 24 Ix = 3460 см4, Wx =289 см3,

  1. L1 = 1700 мм – 11балок, 10 пролетов

Балка № 30 Ix = 7080 см4, Wx = 472 см3,

4.2. Расчет балки настила по жесткости:

Подбор сечений прокатных балок по жесткости идет на основе требуемой
величины предельного относительного прогиба fu/l =1/200.

балка - №22, Ix=2550см4 , балка - №24 , Ix = 3460 см4, балка № 30 Ix = 7080 см4

Проверка по жесткости осуществляется по формуле:



где: qn - погонная равномерно распределенная нормативная нагрузка:

fu /l = 1/200 -предельный относительный прогиб;

l - пролет балки, 5,5 м.

Тогда по условию получаю следующие значения прогибов:







Жёсткость балки обеспечена


4.3. Расчет веса стального настила

Таблица 1



Балка

Настил

Общий вес

№ I

Кол-во

Вес

1 п.м.

Длина,

м

Общ.

вес

tn

площадь

вес




1

22

21

4,5

24

2268

6

76,5

4223

6491

2

24

18

4,5

27,3

2211,3

7

76,5

4927

7138,3

3

30

11

4,5

36,5

1806,8

12

76,5

8446

10252,8

Таким образом, принимаем настил с наименьшим весом, а именно по первому варианту.

Толщина настила 6 мм.

5. Расчет и конструирование главной балки

5.1. Определение расчетных усилий

Пролет балки 17 м. Тип сечения – симметричный сварной двутавр из листового проката. Сталь С 235 (Ry = 230 МПа при толщине проката t = 2…20 мм, Ry = 220 МПа при толщине t = 20…40 мм, Ry = 220 МПа при t = 40…60 мм)

Рис 3. Расчетная схема и эпюры силовых факторов в главной балке

Нормативная нагрузка, действующая на главную балку







Максимальный расчетный изгибающий момент в середине пролета балки равен



5.2. Компоновка и подбор сечения балки

Проектирование составных балок выполняют в два этапа: на первом – компонуют и подбирают сечение, на втором - проверяют прочность и устойчивость балки в целом и ее элементов, а также проверяют жесткость балки.

Компоновку сечения начинают с установления высоты балки - основного размера, от которого зависят все остальные размеры сечения, масса балки и ее жесткость.

Оптимальная, из учета прочности и минимума расхода стали, высота балки.

,

где k- коэффициент равный для сварных балок 1,2...1,15, принимаем k = 1,15.

t -толщина стенки, ее принимаем предварительно по эмпирической формуле.

,

где h = (1/8…1/15)Чln; ln = 10000 мм – расстояние между опорами h = 1/8Ч10 = 1,25 м.

tw = 7 + 0,003Ч1700= 12,1 мм.

,

Ммах – максимальный изгибающий момент, Ммах = 1095,9 кНм

Rу - расчетное сопротивление стали по пределу текучести.

Rу = 315 МПа.

?с = 1.



Таким образом нахожу высоту стенки:

2) Минимальная, из условия обеспечения жёсткости, высота балки:



Окончательно принимаем высоту балки равной 130 см

Данное значение минимальной высоты сечения меньше по значению оптимального и отличается на 20%

В целях унификации высоту составной балки принимают кратной 100 мм.

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

,

k=1,2 — с учетом работы поясов;

hw — высота стенки, которую в первом приближении можно принять равной

hw = 1300 - 2Ч18 = 1264 мм.

hf = 12 мм – толщина полки

Rs – расчётное сопротивлению сдвигу

Rs = 0,58Ryn/m = 0,58Ч23 =13,34 Кн/см2



Назначая окончательно толщину стенки, необходимо учитывать, что местная устойчивость стенки без дополнительного ее укрепления продольными ребрами жесткости будет обеспечена, если

.

Принимаем tw = 1,1см.

Установив размеры стенки, определяют требуемую площадь сечения поясов

,

где h0 = h – 0,5(h – hw) — расстояние между центрами тяжести полок,

h0 = 130-0,5(130-126,4)= 128,2мм

Момент сопротивления полок находится по следующим формул

,





Момент инерции стенки: =

Момент сопротивления поясов:



По полученной площади назначают ширину bf и толщину tf пояса с учетом требований для сжатых поясов.



Для сжатых поясов их размеры должны удовлетворять условию определяемому по [6, таб.30],

,





13,0<14,9– условие выполняется.

Кроме того должны выполнятся следующие условия:

47?54 –условие выполняется.

Окончательно принимаем следующие размеры поясов tf = 1,8см, bf = 50см.

5.3. Проверка прочности балки

Проверяем балку в середине пролёта в сечении действия максимального момента.

Определяем геометрические характеристики:

Определяют момент инерции



Момент сопротивления



Проверку прочности

По максимальному моменту





По касательным напряжениям



,

где ?с = 1,

Mmax – максимальный изгибающий момент, действующий на балку;

Qmax - максимальная поперечная сила, действующий на балку.

Условие прочности выполняется.

5.4. Проверка жёсткости и устойчивости балки

Проверку прогиба балки делать не нужно, т.к. принятая высота сечения больше минимальной. Нагрузка приложена к верхнему поясу:

1  h0/bf  6 и 15  bf/hf

,

1  98,8/17=5,8  6 условие выполняется

15  17/1,2=14,1 условие не выполняется



Условие выполняется. Устойчивость обеспечена.

5.5. Изменение сечения балки по длине

Сечение составной балки, подобранное по максимальному изгибающему моменту, можно уменьшить в местах снижения моментов. Изменение сечения дает экономию стали порядка 10... 12 %, но несколько увеличивает трудоемкость изготовления. Введение второго изменения сечения дает экономию материала, лишь 3..-4 %. Поэтому экономически целесообразно применение одного изменения сечения (на половине длины) для балок пролетом 12 и более метров.

рисунок

При равномерной нагрузке оптимальное место изменения сечения однопролетной сварной балки находится на расстоянии около 1/6 величины пролета от опоры. Общая длина пролета 17 м. Уменьшение размеров сечения находят следующим образом:

Определяем изгибающий момент в разделяющем сечении и на опоре по эпюре моментов М = 1887 кНм, Q = 523 кН.

Находим момент сопротивления измененного сечения:



Далее находим осевой момент инерции измененного сечения:



Находим момент сопротивления пояса:

,

Определяем требуемую площадь пояса:



Так как пояс прямоугольного сечения и толщина полки tf = 1,8 см, то

.

Так как по нормам bf > 18 см, то принимаем bf = 25 см

Определяю характеристики измененного сечения:

Момент инерции:



Момент сопротивления



Статический момент полки:



Проверка на прочность: согласно должно выполнятся условие :







Условие выполняется.

Прочность балки с измененным сечением по максимальным нормальным напряжениям обеспечена.

Условие выполняется. Прочность балки с измененным сечением по максимальным касательным напряжениям обеспечена.

В месте изменения сечения балки проверяем прочность стенки балки на совместное действие касательных и нормальных напряжений.Для стенок балок, рассчитываемых по предыдущей формуле, должно выполнятся условие:

,

где ?х и ?ху - нормальное и касательное напряжения в месте стыка балок, в крайней части стенке (на уровне поясных швов):





<

Прочность балки на совместное действие касательных и нормальных напряжений обеспечена.

5.6. Проверка местной устойчивости элементов балки

В целях обеспечения местной устойчивости стенку балки необходимо укреплять поперечными ребрами жесткости в соответствии с требованиями п 7 3 [б].

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 либо принимают по расчету из условия среза на действие опорной реакции балки настила (при сопряжении балок в одном уровне).

Проверку местной устойчивости пояса производить не нужно если компоновке сечения выполнены требования табл. 30 [6]

Устойчивость стенки балки, укрепленной поперечными ребрами жесткости
требуется проверять, если выполняется условие [6, п.7.3.], где ?w- условная гибкость стенки не превышает 3,5 — при отсутствии и 2,5 – при наличии местного напряжения.

,

где ?w - условная гибкость стенки;

tw - толщина стенки;

hef = hw - расстояние от пояса до пояса.

< 2,5 – условие не выполняется.

Расстояние между поперечными рёбрами принимаем 0,85 м ; размеры поперечных рёбер жесткости

мм – принимаем 85 мм.

мм – принимаем ширину ребра 6 мм.

Местную устойчивость стенки проверим в 1-м и 10-ом отсеках, длина расчётного участка равна длине отсека (85 см); средние значения М и Q на расчетном участке 1 отсека

М = 628,6 кН м. Q = 785 кН; краевые нормальные и касательные напряжения в стенке:





критическое нормальное напряжение ,где ccr=30,0

определено по таблице 21.

Критическое касательное напряжение



где  — отношение большей стороны пластинки к меньшей (=1264/850=1,49), ; d — меньшая из сторон пластинки.

Проверку устойчивости стенки балки проводим по формуле 74, [4]:

.

Проверяем местную устойчивость стенки в 4-м отсеке. Длина расчетного участка равна 125см. Среднее значение изгибающего момента и поперечной силы на расчетном участке отсека M= 3310,82 кН.м, Q=36,67 кН, краевое нормальное напряжение в стенке;

Проверка устойчивости стенки:


Следовательно, местная устойчивость стенки обеспечена.

5.7. Расчет поясных швов главной балки

Прикрепление опорных ребер к стенке балки на действие опорной реакции проверяют по формулам:



,



Принятый катет шва должен удовлетворять требованиям п. 12.8 [6]

?wz = 1, ?wf= 1, ?c = 1коэффициенты условия работы.

?z ,?f - коэффициенты, принимаемые при сварке элементов из стали

Тогда:





С учетом [6], табл. 38* катет сварного шва принимаем равным 5 мм.

5.8. Конструирование и расчёт укрупнительного стыка балки

Укрупнительные (монтажные) стыки балок проектируют сварными или на высокопрочных болтах. Рассчитаем стык на высокопрочных болтах. Расчет стыка на высокопрочных болтах начинают с определения величины изгибающего момента М и поперечной силы Q в месте стыка. М = 2925 кНм, Q = 252 кН.

Стык осуществляем высокопрочными болтами [6, табл. 61*], с Ш 22мм, из стали30Х 3МФ имеющей Rbh =1350 МПа - наименьшее временное сопротивление. Обработка поверхности газопламенная. Тогда несущая способность болта, имеющего две плоскости трения, находится по формуле: [6, п. 11.13*];

,

где Rbh = 0,7Ч Rbun= 0,7Ч1350 = 945МПа – расчётное сопротивление болта растяжение[6,формула 3];

Аbh =3,03 см2 -площадь сечения болта нетто [6, табл.62*];

?в= 1,0 - коэф-т условия работы болтового соединения;

?п=1,02 - коэффициент надежности [6, табл.36*];

µ = 0,42- коэффициент трения [6, табл.36*];

k = 2 -количество плоскостей трения.



При конструировании такого типа стыка, расчет каждого элемента сварной балки ведут раздельно, распределяя изгибающий момент между поясами и стенкой пропорционально их жесткости.

Стык поясов: каждый пояс балки перекрываем тремя накладками сечением 400Ч16 мм и 2Ч180Ч16 мм общей площадью

>

Тогда момент, действующий на пояс равен

,

Тогда

Тогда усилие в поясе находится по формуле



Количество болтов для прикрепления накладок находится по следующей формуле:



Принимаем 3 болта. Болты ставятся на минимальном расстоянии друг от друга (2,5...3)Чd= 2,5Ч24 = 60мм - чтобы уменьшить размеры накладок. Так же по [6 п. 12.19.] расстояние от центра болта до края элемента равно 8d = 8•24 = 192 см

Стык стенки: Стенку балки перекрываем двумя накладками сечением 300x800x8 мм. Причем их суммарная площадь сечения должна быть не менее площади сечения стенки: Анакл = 1,6Ч(40+2Ч18) = 121,6 см2 > Аw = 1,8Ч50 = 90 см2.

Момент, действующий на стенку равен

,

где Iw - момент инерции стенки сечения в месте стыка

Тогда



Принимаем 8 болтов. Расстановку болтов следует производить с минимальным шагом с целью уменьшения размеров накладок в соответствии с требованиями п. 12.19. Таким образом расстояние между болтами равно: 2,5 d = 2,5Ч22 = 55 мм. От края накладки до центра болта принимаем 45 мм.

Стык стенки проверяем на действие изгибающего момента по формуле

Nw.max=Mw*amax/m*?ai2?Qbn

?ai2=20956,7см

Nw.max=479,3Ч1,02/2Ч1,069=229,9кН?235,8кН

Условие выполняется, прочность болтового соединения стенки обеспечена.

Кроме изгибающего момента в стыке действует поперечная сила Q, которую условно

принимают распределенной только на болты стенки:

.

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



.

Условие выполняется, прочность болтового соединения сечения обеспечена.

Проверяем ослабление растянутого пояса отверстиями под болты Ш= 26мм (на 2 мм больше диаметра болта). Пояс ослаблен двумя отверстиями по краю стыка:

> 0,85Аf = 17,34 см2

Условие не выполняется по этому принимаем условную площадь Aусл=1,18*Afn=81,36 см2

Проверяем ослабление накладок в середине стыка:

Анакл =81,36> 0,85 Аf = 106,24 см2

Условие не выполняется по этому принимаем условную площадь:

Aусл = 0,85Ч121,6=103,36см2
5.9. Конструирование и расчет опорного узла балки

5-5


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

Тогда : см2

Принимаем ребро 90Ч25 мм, тогда Аs = 9,0Ч2,5 = 22,5 см2 > Аs

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

,

где tw = 0,8 мм – толщина стенки

Тогда

Далее определяем площадь сечения участка стенки, включённой в работу:



Определяю момент инерции этого сечения:



Радиус инерции:



Гибкость:



Тогда

Устойчивость ребра обеспечена.

Рассчитываем двусторонние сварные швы при соединении ребра к стенки. Выбираем (?Rw?w)min из ?Rwz?wz и ?Rwf?wf.

Сварка производится полуавтоматом.

?wz = 1, ?wf = 1 и ?с = 1 – коэффициенты условия работы.

?f и ?z - коэффициенты, принимаемые при сварке элементов из стали, принимаемые по [6,п.11.Табл.34*]. ?f = 1,1 и ?z ==1,15.

Rwf - расчетное сопротивление сварных соединений для углового шва, при работе на срез по металлу шва.



,

где Rwz - расчетное сопротивление сварных соединений для углового шва, при работе на срез по металлу границы сплавления;

Получаем ?f Rwf ?wf = 1,1Ч87Ч1=957 кН/см2 и

?z Rwz ?wz = 1,15Ч95.2Ч1=109.48 кН/см2

Определяем необходимый катет сварного шва:

,

Сварка производится полуавтоматом:

lw = 2hw +2bf1 = 2.382 см

Тогда

По СНиП табл.38 катет сварного шва при полуавтоматической сварке должен быть не менее 5 мм.

5.10. Расчет и конструирование сопряжения балки настила с главной балкой

Наиболее простой вид сопряжения балок – поэтажное опирание. Поэтому принимаем именно его. А так как мы приняли такую конструкцию главной балки, при которой ребра жесткости находятся под каждой из балок настила, то расчет на прочность узла не требуется

Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации