Как единого сквозного стержня.

Подобрав сечения элементов колонны, проверяют устойчивость ее нижней части в плоскости изгиба.

Условие устойчивости сквозного стержня в плоскости изгиба

, (5.21)

где – площадь поперечного сечения нижней части колонны;

– коэффициент, определяемый по табл.75 СНиП [1] в зависимости от относительного эксцентриситета и условной гибкости колонны .

Относительный эксцентриситет вычисляется по формуле

, (5.22)

где – эксцентриситет, а M и N момент и нормальная сила от расчетной комбинации нагрузок;

– момент инерции сечения колонны относительно оси X (рис.5.6).

, (5.23)

где – момент инерции двутавра, из которого проектируется ветвь, относительно оси (рис.5.6,в).

При , проверку устойчивости колонны как единого стержня выполнять не требуется.

Условная приведенная гибкость колонны равна

, (5.24)

где – приведенная гибкость колонны относительно оси ,

определяемая по табл. 7 СНиП [1]

, (5.25)

где – гибкость сечения нижней части колонны относительно оси (рис. 5.6);

– радиус инерции сечения колонны относительно оси ;

– коэффициент, определяемый по рис.5.9.

Если проверка устойчивости колонны как единого сквозного стержня выполняется (запас устойчивости может быть сколь угодно большим), то сечения ветвей считаются подобранными окончательно. Если же эта проверка не выполняется, то надо увеличить сечения ветвей, вновь проверить устойчивость колонны как единого стержня и т.д., пока устойчивость колонны не будет обеспечена.

Пример 5.2. Подобрать сечение нижней части колонны и проверить устойчивость колонны и ее ветвей. Исходные данные:

Высота нижней части колонны = 22162 мм =2216,2 см;

ширина сечения нижней части колонны = 1500 мм.

Для нижней части колонны принимаем сталь С245, у которой =24 кН/см² [1].

Определяем расчетные длины. Расчетная длина всей нижней части колонны в плоскости действия момента равна

= 1,6×2216,2 = 3546 см.

Расчетная длина всей нижней части колонны из плоскости действия момента при наличии распорки по середине ее длины (рис.5.2).

= 2216,2/2 = 1108,1 см,

Выбираем расчетные комбинации усилий. Из таблицы аналогичной табл. 4.5 в сечениях 3-3 и 4-4 выбираем несколько наиболее опасных комбинаций и :

= 619 кНм; = 2137,2 кН;

= -1001,9 кНм; = 1957 кН;

= -872,6 кНм; = 1979,5 кН.

Подбираем сечение ветвей нижней части колонны. Продольные усилия в ветвях колонны от выше указанных комбинаций и подбираем по (5.12). В первом приближении принимаем (рис.5.6)

= 1500 - 100 = 1400 мм,

где 100 мм – в первом приближении половина ширины полки.

619/1,4 + 2137,2/2 = 1510,6 кН

1001,9/1,4 + 1957/2 = 1694,2 кН

872,6/1,4 + 1979,5/2 = 1613,1 кН

Наиболее опасная вторая комбинация усилий, следовательно, ее используем в дальнейших расчетах.

Определяем требуемую площадь сечения ветвей. Задаемся гибкостью = 60, для которой по табл.72 СНиП [1] находим коэффициент = 0,805, затем находим требуемую площадь сечения ветви (5.14)

87,7 см² .

По сортаменту подбираем двутавр 45Б2 =85,96 см²; =1269 см⁴; =18,32 см; =3,84 см; =180 мм.

Уточняем величину и

1500 – 180/2 =1410 мм = 1,41 м;

= 1001,9/1,41 + 1957/2 = 1689,1 кН.

Проверяем устойчивость ветви из плоскости изгиба.

Определяем гибкость = = 60,49» 61;

по табл. 72 СНиП [1] при = 61 = 0,800. Подставляем в формулу (5.13)

= 24,56 кН/см² > 24 кН/см²;

Так как устойчивость ветви не обеспечена, подбираем больший двутавр 50Б1 = 92,98 см²; = 1606 см⁴; = 19,99 см; = 4,16 см; = 200 мм.

Так как принятое при определении первоначальных расчетных усилий значение ширины полки совпадает с шириной полки подобранного двутавра, то уточнять значения и не требуется.

Принимаем = 1,4 м; = 1694,2 кН.

Определяем = = 55,4» 56; = 0,823

Определяем = 22,12 кН/см² < 24 кН/см².

Определяем недонапряжение

×100% = 7,8 %

Недонапряжение не превышает 5¸10 %, следовательно, окончательно принимаем 50Б1.

Проверяем гибкость ветви из плоскости изгиба. Гибкость ветви = 56. Предельная гибкость (5.7)

= 180 – 60×0,92 = 124,7,

где = = 0,92.

Следовательно, гибкость ветви не превышает предельной.

Определяем расстояние между узлами решетки. Проверив устойчивость ветви из плоскости изгиба, обеспечивают ее равноустойчивость в плоскости изгиба = 61.

Ветвь в плоскости изгиба будет терять устойчивость на участке между узлами решетки (рис. 5.7-5.8). Следовательно, расчетная длина ветви в плоскости изгиба равна расстоянию между узлами решетки , а гибкость (5.15)

= 61

откуда требуемое расстояние между узлами решетки

= 61×4,16 =253,76 см = 2537,6 мм.

Компонуем решетку колонны.

Принимаем в первом приближении расстояние = 200 мм;

высоту траверсы = 0,7×1500 = 1050 мм.

Окончательно принимаем высоту траверсы 1000 мм. (рис.5.8). Оставшееся расстояние, на котором должна быть размещена решетка равно

= = 22162 – 1000 – 200 = 20962 мм.

Определяем число полушагов решетки

= 2х20962/2537,6 = 16,52

Уточняем размер полушага решетки, приняв = 16

= 20962/16 = 1310,12 мм.

Принимаем =1310 мм. Тогда

=1310×2 = 2620 мм.

Определяем угол

наклона раскосов Ð (рис. 5.9).

= 1310/1500 = 0,873,

откуда Ð » 41°.

Угол Ð » 41 ° находится в допускаемых

пределах – от 30 до 60°.

Изменяем размер = 200 + 2 = 202 мм.

Проверяем размеры колонны по вертикали

= 1000 + 2620×8 + 202 = 22162 мм.

Как было отмечено выше, верхнийраскос должен начинаться от подкрановой ветви (рис. 5.8).

Подбираем сечение раскосной соединительной решетки. Определяем поперечные силы реальную и условную .

Максимальное абсолютное значение реальной силы = 80,2 кН находим по таблице аналогичной табл.4.5. Условную силу , возникающую в результате изгиба ветвей при потере ими устойчивости, определяем по формуле (5.16)

= 21,58 кН.

Так как , сечение раскоса подбираем по поперечной силе = 80,2 кН. Усилие в одном раскосе (5.17)

= = 53,26 кН.

Раскосы принимаем из одиночных равнополочных уголков. Требуемая площадь сечения одного уголка из (5.18)

где = 0,364 при гибкости = 130.

Принимаем уголок ∟ 75´6; = 8,78 см²; = 1,48 см.

Определяем длину раскоса

= = 191,73 см.

Проверяем устойчивость и гибкость раскоса. Сечение раскоса приняли из одиночного уголка, следовательно, устойчивость будем проверять относительно оси наименьшей жесткости (рис. 5.7, б).

Определяем гибкость раскоса

= 191,73/1,48 = 129,55»130.

При гибкости = 130 = 0,364. Проверяем устойчивость по формуле (5.19)

= 16,67 кН/см² < = 24 × 0,75 = 18 кН/см²,

где =0,75 – коэффициент условий работы сжатого одиночного уголка.

Проверяем предельную гибкость раскоса (5.20)

= 210 - 60 × 0,93 = 154,

где = = 0,93.

Гибкость раскоса = 130 меньше предельной = 154.

Проверяем устойчивость нижней части колонны как единого сквозного стержня. Проверку устойчивости выполняем по формуле (5.21). Для определения коэффициента в формуле (5.21) необходимо определить относительный эксцентриситет и условную гибкость колонны . Относительный эксцентриситет вычисляется по формуле (5.22)

= = 0,73,

где = 100190/1957 = 51,2 – эксцентриситет;

= 2 × 92,98 =185,96 см² – площадь поперечного сечения нижней части колонны;

– момент инерции сечения нижней части колонны относительно оси (рис. 5.6), определяемый по формуле (5.23)

= 2×(1606 + 92,98×140² / 4) = 914416 см⁴,

где = 1606 см⁴ – момент инерции ветви относительно оси (рис. 5.6).

Условную приведенную гибкость колонны определяем по формуле (5.24)

= = 1,84,

где – приведенная гибкость колонны относительно оси Х, определяемая по табл. 7 СНиП [1](5.25)

53,36» 54,0,

где = 3546/70,12 =50,57 – гибкость стержня относительно оси ;

= = 70,12 см – радиус инерции сечения колонны относительно оси ;

= = 27,45 (рис.5.9).

Проверяем устойчивость нижней части колонны как единого сквозного стержня(5.21).

По табл.75 СНиП [1] линейной интерполяцией находим коэффициент = 0,497 при = 0,73 и = 1,84.

Если проверка устойчивости колонны как единого сквозного стержня выполняется, (запас устойчивости может быть сколь угодно большим), то сечения ветвей подобраны правильно. Если проверка не выполняется, то надо увеличить сечения ветвей, вновь проверить устойчивость колонны как единого стержня и т.д., пока устойчивость колонны не будет обеспечена.

Вся колонна имеет нетранспортабельную длину. Следовательно, она должна быть разделена на отправочные марки. Длина отправочной марки не должна превышать 18 м. Обычно первой отправочной маркой является верхняя часть колонны, а второй - нижняя часть колонны. Однако в этом случае на монтаже приходится сваривать нагруженные швы. Монтажные соединения на сварке всегда менее прочные, чем заводские и расчет монтажных сварных швов производится на пониженные значения расчетных сопротивлений.

Такой способ деления на отправочные марки для колонны машзала мало приемлем, т.к. нижняя часть колонны имеет не транспортабельную высоту и ее придется тоже делить на отправочные марки. Поэтому в первую отправочную марку включают верхнюю часть колонны и часть нижней, высотой равной высоте траверсы плюс часть сквозной колонны высотой равной целому числу полушагов решетки. Монтажный стык располагают в узле решетки.

Расчет базы колонны

Назначение базы – передать нагрузку с колонны на фундамент. Конструктивное решение базы зависит от типа колонны и принятых условий закрепления колонны в фундаменте. В состав базы входят плита, траверсы, ребра, анкерные болты и устройства для их крепления (рис. 5.11).

База решетчатой колонны обычно делается раздельной – каждая ветвь имеет свою базу. Как было отмечено выше, ветви сквозной колонны работают на центральное сжатие или растяжение продольными осевыми силами (рис.5.10), поэтому базы конструируют и рассчитывают как базы центрально-сжатых колонн. Под действием момента и нормальной силы, в нижнем сечении колонны (4-4), одна из ветвей всегда оказывается сжатой. Другая ветвь может оказаться растянутой в случае действия большого изгибающего момента и небольшой продольной силы (рис. 5.10).

Сжимающее усилие с одной из ветвей передается на фундамент через плиту, а возможное растягивающее усилие + с другой ветви воспринимается анкерными болтами. В результате исключается поворот колонны относительно фундамента и тем самым обеспечивается защемление колонны в фундаменте.

Обычно в машинных залах электростанций используют раздельные базы. Другие варианты баз подробно рассмотрены в учебниках [4 - 6].

При проектировании базы следует учитывать способ монтажа колонны. При монтаже колонны с последующей выверкой плита базы приваривается к колонне на заводе-изготовителе. В связи с высокой трудоемкостью указанного способа монтажа в настоящее время более широко применяется безвыверочный способ монтажа. При безвыверочном способе монтажа на фундамент устанавливают плиту базы с предварительно отфрезерованной верхней поверхностью. Плиту базы выверяют и устанавливают в проектное положение с помощью установочных болтов.

Торец колонны также фрезеруют строго под углом 90⁰ на заводе-изготовителе. На монтаже колонну устанавливают по осевым рискам на плиту и закрепляют анкерными болтами. Передача продольного усилия с колонны на плиту осуществляется через фрезерованные поверхности.

Расчет плиты базы

Плита базы работает как пластинка на упругом основании. Она воспринимает давление от ветви и передает его на фун­дамент. Давление плиты на фунда­мент считают равномерным под всей поверхно­стью плиты (рис. 5.11).

Площадь плиты принимают такой, чтобы давление плиты на бетон фундамента не превосходило его прочности

, (5.26)

где – максимальное сжимающее усилие в нижнем сечении ветви колонны (сеч.4-4). Усилие определяется аналогично (5.12), но с учетом только отрицательного значения изгибающего момента;

– прочность бетона на сжатие (СНиП [10] или прил.7);

– коэффициент, принимаемый 1,1 1,5 [10].

Требуемая площадь плиты. (5.27)

Определив требуемую площадь плиты, находят размеры плиты

в плане. Ширину плиты назначают конструктивно

, (5.28)

где – консольный свес, принимаемый равным 60 – 110 мм;

– толщина траверсы, принимаемая равной

14 – 18 мм,

– ширина полки двутавра, из которого выполняется ветвь.

Длину плиты назначают равной?????????????????????

. (5.29)

Длину одной из сторон или принимают по сортаменту широкополосного универсального проката (см. прил.6.), размер другой стороны уточняют и округляют до 10 мм.

Фактическая площадь плиты базы

, (5.30)

где и – уточненные размеры плиты в плане.

Плиту рассчитывают как пластинку, нагруженную снизу реактивным отпором бетона фундамента и опертую на элементы колонны и траверсы.

Реактивный отпор бетона фундамента

. (5.31)

Толщину плиты определяют из расчета плиты на изгиб под действием давления . Плита условно разбивается полками, стенкой и траверсами на три расчетных участка, номера которых указаны в кружках на рис.5.11,в. Размеры участков определяют в зависимости от размеров плиты в плане и размеров двутавра и траверс.

Участок 1 является консольным с вылетом консоли . Максимальный изгибающий момент на этом участке

. (5.32)

Участок 2 - пластинка, опертая по трем сторонам. Здесь максимальный момент действует в середине свободного края и определяется по формуле

, (5.33)

где – длина свободной кромки участка;

– коэффициент, определяемый по табл. 5.2 в зависимости от

отношения .

Таблица 5.2

Коэффициенты для расчета на изгиб плит,

Опертых по трем сторонам

	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9
	0,06	0,074	0,088	0,097	0,107

	1,0	1,2	1,4	2,0	>2,0
	0,112	0,12	0,126	0,132	0,133

Участок 3 – пластинка, опертая по четырем сторонам с размерами а и b. Наибольший момент имеет место в центре участка и равен

, (5.34)

где а – меньшая сторона пластинки;

– коэффициент, принимаемый по табл.5.3 в зависимости от отношения большей стороны участка к меньшей .

Таблица 5.3.

Коэффициенты для расчета на изгиб плит,

Опертых по четырем сторонам

	1,0	1,1	1,2	1,3	1,4	1,5
	0,048	0,055	0,063	0,069	0,075	0,051

	1,6	1,7	1,8	1,9	2,0	> 2,0
	0,086	0,091	0,094	0,098	0,10	0,125

Необходимую толщину плиты определяют по наибольшему из трех моментов M₁, M₂ и M₃

, (5.35)

где – коэффициент условий работы опорных плит.

Согласно табл.6 СНиП [1], для опорных плит из сталей с пределом текучести 28,5 кН/cм2 при < 40 мм = 1,2 и = 1,15 при 40 мм.

Если один из моментов превышает второй по величине момент в плите более чем на 40 - 50 %, целесообразно изменить соотношение размеров B и L или ввести дополнительные ребра и разбить соответствующий участок на два участка.

Для осуществления безвыверочного монтажа торец колонны вместе с траверсами и ребрами, а также верх плиты фрезеруют, при этом с плиты срезают приблизительно 5 мм толщины. Поэтому плиту принимают из универсального листа (см.прил.6) такой толщины, чтобы оставшаяся после фрезеровки толщина была не меньше ее расчетного значения . Необходимо следить за тем, чтобы расчетное сопротивление материала плиты соответствовало толщине используемого стандартного листа и, в обратном случае следует уточнить расчет и назначение .

Высоту траверс определяют из расчета сварных швов на срез. В запас прочности все усилие в ветви передают на траверсы через четыре сварных угловых шва. В курсовом проекте допускается их не рассчитывать, а в чертежах принять высоту траверс и высоту ребер равными 500 – 600 мм.

Расчет высоты траверсы

Назначение траверсы – обеспечение жесткости базы и уменьшение толщины опорной плиты (рис.5.11).

Необходимую высоту траверсы определяют из расчета сварных швов, прикрепляющих траверсу к ветви колонны. Прикрепление траверсы к ветви колонны обычно выполняют полуавтоматической сваркой в среде углекислого газа сварочной проволокой Св08Г2С. (cм. табл. 55 СНиП [1]). Швы работают на срез от действия продольной силы в ветви колонны.

Согласно СНиП [1], сварные соединения с угловыми швами на срез следует рассчитывать по двум сечениям:

– по металлу шва;

– по металлу границы сплавления (зоне сплавления).

При работе шва на срез более слабым может оказаться любое из указанных выше сечений. Это зависит от прочности свариваемой стали и прочности сварного углового шва. Оценивают прочность выше указанных сечений по отношению

(5.36)

Если отношение β_f∙R_wf / β_z∙R_wz £ 1, то металл границы сплавления более прочен, чем металл шва и расчёт углового шва выполняют по металлу шва (рис. 5.12, сеч. 2).

(5.37)

Если отношение β_f∙R_wf / β_z∙R_wz > 1, то металл шва более прочен, чем металл границы сплавления и расчет углового шва выполняют по металлу границы сплавления (рис. 5.12, сеч. 1).

(5.38)

где п – количество сварных швов;

β_f и β_z – коэффициенты глубины проплавления соответственно по шву и его зоне сплавления;

k_f – катет углового шва;

l_w – длина шва;

R_wf – расчетное сопротивление сварного углового соединения срезу по металлу шва. Определяется по табл. 56 СНиП [1];

γ_w – коэффициент условий работы углового сварного шва;

R_wz – расчетное сопротивление сварного углового соединения срезу по металлу границы сплавления, равное

где R_un – нормативное сопротивление по временному сопротивлению, определяется из табл. 51. СНиП [1] или прил.2.

Если шов, работающий на срез, имеет большую длину, то середина шва оказывается малонагруженной и не принимает участия в работе шва на срез. На срез работают только концевые участки шва, суммарная длина которых называется расчетной. Согласно СНиП расчетная длина углового шва, работающего на срез должна быть не более

Не зависимо от того, по какому сечению выполняется расчет шва, в формуле для определения расчетной длины всегда используют коэффициент β_f.

Рассмотрим выше сказанное на примере расчета, где:

– вид сварки - полуавтоматическая сварка в среде CO₂;

– сварочный материал – проволока марки свО8Г2С (табл. 55 СНиП [1]);

– положение шва при выполнении сварки - нижнее или горизонтальное;

– расчетные сопротивления:

– по металлу шва (табл. 56 СНиП [1]);

– по металлу границы сплавления для стали С245

где R_un = 37 кН/см² (табл. 51СНиП[1]);

– коэффициенты глубины проплавления для однопроходной сварки (табл. 34 СНиП[1]) при k_f = 5 ÷ 8 мм:

по шву β_f = 0,9; по зоне сплавления β_z = 1,05;

– коэффициент γ_w = 1 при строительстве в климатических районах I; II.

Отношение β_f∙R_wf / β_z∙R_wz=0,9∙21,5/1,05∙16,65=1,14>1, следова­тельно, более слабым оказывается металл зоны сплавления.

Расчет швов будем выполнять по зоне сплавления (5.38).

Задавшись величиной катета швов, прикрепляющих траверсу к ветви колонны = 7 мм, определяем требуемую длину швов, которая не должна превышать расчетную

где = 4 – количество швов, прикрепляющих траверсу к ветви колонны;

N_в=2200 кН – сжимающее усилие ветви колонны в нижнем сечении (4-4).

Требуемая длина шва

Высота траверсы равна

где 1 см – величина, учитывающая непровар в начале и конце шва.

Принимаем высоту траверсы 50 см.

Проверку прочности траверсы на изгиб и срез в курсовом проекте допускается не выполнять.

Расчет анкерных болтов.

Как было отмечено выше, усилие в нижней части ветви колонны может оказаться растягивающим, которое должно быть воспринято анкерными (фундаментными) болтами. Анкерные болты рассчитывают на растяжение от положительного усилия Усилие в анкерных болтах

, (5.39)

где и – сочетание усилий, дающих минимальное значение продольной силы и возможно больший момент.

В это сочетание, как правило, включают усилия от постоянной и ветровой нагрузок. При этом усилия от постоянной нагрузки должны быть взяты с коэффициентом сочетаний = 0,9, а, введенный при определении постоянных нагрузок усредненный коэффициент надежности по нагрузки = 1,1, должен быть исключен. Усилия от ветровой нагрузки принимают с коэффициентом сочетаний = 1,0.

; (5.40)

. (5.41)

Количество болтов, диаметр и марку стали подбирают из условия прочности анкерного болта растяжению

, (5.42)

где – расчетное усилие, которое может быть воспринято одним болтом на растяжение;

– площадь сечения болта нетто (см. табл.62 СНиП[1]);

– расчетное сопротивление материала фундаментных болтов растяжению (см. табл. 60 СНиП[1]).

В фундаментных болтах расчетные сопротивления ниже, чем в обычных болтах. Это объясняется тем, что степень натяжения болтов базы в процессе монтажа может быть различна и возможна некоторая перегрузка отдельных болтов.

Количество болтов, необходимых для прикрепления одной ветви к фундаменту

. (5.43)

Каждая ветвь прикрепляется к фундаменту двумя, четырьмя или восемью болтами (рис.5.11). Если растягивающее усилие в ветви мало или не возникает совсем, конструктивно принимают 2 – 4 болта диаметром 24 – 30 мм.

Для должного закрепления болта в фундаменте необходимо определить длину его заделки в бетон и дополнительно проверить его на вырывание из фундамента. С достаточной степенью точности можно принять глубину заделки анкерного болта в фундаменте равной

50× , (5.44)

где – диаметр анкерного болта.

Библиографический список

1. СНиП II-23-81*. Стальные конструкции / Госстрой России. М.,1998.

2. Свод правил по проектированию и строительству. СП 53-102-2004. Общие правила проектирования стальных конструкций. М.,2005.

3. СНиП 2.01.07-85. Нагрузки и воздействия. Нормы проектирования. –/Госстрой России. М., 2004.

4. Металлические конструкции: Учебник для студентов высш. учебн. заведений / (Ю. И. Кудишин и др.); под ред. Ю. И.Кудишина –10 изд., стер. – М.: Издательский центр "Академия", 2007.

5. Металлические конструкции. В 3 т. T.1. Элементы стальных конструкций: Учеб. для строит. Вузов / под редакцией В.В. Горева.– М.: Высш.шк. 1997.

6. Металлические конструкции. В 3 т. T.2 Конструкции зданий: Учеб. для строит. вузов/ под редакцией В.В. Горева.– М.: Высш.шк., 2002.

7. Конструкции главных корпусов тепловых электростанций: Учеб. Пособие. - М.: МИСИ, 1985.

8.атомные станции

9. Купцов И. П., Иоффе Ю. Р. Проектирование и строительство тепловых электростанций. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Энергоатомиздат, 1985.

10.СНиП 2.03.01-84 Бетонные и железобетонные конструкции. / Госстрой СССР – М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1985.

Приложения

Приложение 2

Нагрузки от веса покрытия

№ слоя	Состав слоев покрытия	кН/м2	f
1	2	3	4
1	Защитный слой -гравий, втопленный в мастику -бик ⇐ Предыдущая12345678910 Конфликты в семейной жизни. Как это изменить? Редкий брак и взаимоотношения существуют без конфликтов и напряженности. Через это проходят все... ЧТО ПРОИСХОДИТ ВО ВЗРОСЛОЙ ЖИЗНИ? Если вы все еще «неправильно» связаны с матерью, вы избегаете отделения и независимого взрослого существования... Система охраняемых территорий в США Изучение особо охраняемых природных территорий(ООПТ) США представляет особый интерес по многим причинам... ЧТО ПРОИСХОДИТ, КОГДА МЫ ССОРИМСЯ Не понимая различий, существующих между мужчинами и женщинами, очень легко довести дело до ссоры... Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: