Колонны

Расчет соединения надкрановой и подкрановой частей

В ступенчатых колоннах подкрановые балки опираются на уступ колонны. На уровне опирания подкрановых балок, как правило, устраивается и монтажный стык верхней (надкрановой) и нижней (подкрановой) частей колонны.

Пример 8.5. Рассчитать и запроектировать узел сопряжения верхней и нижней частей колонны по данным пп. 8.3 и 8.4.

Расчетная комбинация усилий в сечении над уступом N ₂ = – 479,3 кН и М ₂ = – 326,5 кН∙м. Давление кранов D _max = 2216 кН. Ширина опорного ребра подкрановой балки, опирающейся на уступ колонны, b_р = 400 мм, толщина стенки подкрановой ветви колонны t_w = 9,2 мм.

Сварка механизированная в среде углекислого газа. Марка свароч- ной проволоки Св-08Г2С: R_wf = 21,5 кН/см²; R_wz = 16,65 кН/см²; β_f = 0,9; β_z = 1,05; γ_wf = γ_wz = 1. Расчет сварных швов производится по границе сплавления.

Для передачи усилий от надкрановой части колонны и подкрановых балок на подкрановую часть колонны в месте уступа колонны устраивается траверса (рис. 8.13). Траверса работает на изгиб как балка-стенка на двух опорах.

Расчетными усилиями для расчета соединения являются максимальный отрицательный момент М ₂и соответствующая нормальная сила N ₂.

Рис. 8.13. Узел соединения надкрановой и подкрановой частей колонны

Высота траверсы h_Т принимается равной (0,5 – 0,8) h_н = 625 – 1000 мм, где h_н = 1250 мм – высота сечения нижней сквозной части колонны. Принимаем h_Т = 900 мм.

Давление D _max, передаваемое опорными ребрами подкрановых балок, воздействует на стенку траверсы через плиту толщиной t ₃ = 20 – 25 мм. Торцы траверсы и опорного ребра (поз. 2) фрезеруются.

Толщина траверсы t ₁ и опорного ребра t ₂ находится из условия смятия и принимается не менее 12 мм:

t ₁ = t ₂ = D _max/(l_ef R_pγ_c) = 2216 / (45 ∙ 33,6 ∙ 1) = 1,47 см,

где l _ef = b_р + 2 t ₃ = 400 + 2 ∙ 25 = 450 мм;

R_p = 336 МПа – расчетное сопротивление смятию торцевой поверхности (при наличии пригонки), принимаемое по табл. 2.4;

γ_c = 1 – коэффициент условий работы.

Принимаем t ₁ = 16 мм.

В запас прочности допустимо считать, что усилия N ₂ и М ₂ передаются только через полки верхней части колонны.

Усилие во внутренней полке верхней части колонны вычисляем по формуле

F_f = N ₂/2 + М ₂/ h_f = 479,3 / 2 + 326,5 / 0,672 = 725,5 кН,

где h_f = h_w + t_f = 650 + 22 = 672 мм – расстояние между осями полок подкрановой части колонны. В формуле для расчета принимаются абсолютные значения N ₂ и М ₂.

Усилие F_f от верхней части колонны передается на траверсу через вертикальные ребра (поз. 4).

Назначаем сечение вертикальных ребер, к которым крепится внутренняя полка верхней части колонны. Суммарная площадь ребер А ₄ = 2 b ₄ t ₄ из условия равнопрочности должна быть не менее площади внутренней полки А_f = b_f t_f, при этом толщина ребра принимается:

t ₄ = t_f + 6= 22 + 6 = 28 мм;

ширина ребра

b ₄ = b_f /2 + 6 мм = 300 / 2 + 6 = 156 мм.

Принимаем сечение вертикальных ребер 160×28 мм.

Катет швов (Ш1), крепящих ребро к траверсе:

k_f == = 0,37 см.

Принимаем минимальный катет шва k_f = 7 мм (см. табл. 3.5).

Проверяем по формуле

l_w = 85 b_f k_f = 85 ∙ 0,9 ∙ 0,7 = 66,1 см < (h_Т – 1) = 89 см.

Расчетная длина сварного шва укладывается в пределах высоты траверсы.

Прочность траверсы проверяется как балки, опирающейся на ветви подкрановой части колонны и нагруженной усилиями N ₂, М ₂и D _max.

Сечение и расчетная схема траверсы приведены на рис. 8.14.

Рис. 8.14

Реакция от N ₂и М ₂ вычисляется по формуле

F ₁ = (N ₂/2 + М ₂/ h_f) c / h _o = (479,3 / 2 + 326,5 / 0,672) ∙ 0,533 / 1,1 = 351,5 кН,

где с = h_w + 1,5 t_f – z _o = 650 + 1,5 ∙ 22 – 150 = 533 мм;

z _o = b ₂/2= 300 / 2 = 150 мм;

h _o= 1100 мм – расстояние между осями ветвей нижней части колоны.

Изгибающий момент у грани верхней части колонны (сечение α – α)

М_Т = F ₁(h _o – c) = 351,5 (1,1 – 0,533) = 199,3 кН∙м.

Расчетная поперечная сила в траверсе с учетом половины давления на траверсу от подкрановых балок

Q_Т = F ₁ + kD _max/2 = 351,5 + 1,2 ∙ 2216 / 2 = 1681 кН,

где k = 1,2 – коэффициент, учитывающий неравномерную передачу усилия

D _max вследствие возможного перекоса поверхности опорных ребер подкрановых балок.

Ширину верхних горизонтальных ребер b ₅ назначаем не менее ширины вертикальных ребер: b ₅ = b ₄= 160 мм, толщину – t ₅= 12 – 25 мм. Принимаем t ₅ = 12 мм.

Ширина нижнего пояса траверсы (поз. 6)

b ₆ = 2 b ₅ + t ₁ = 2 ∙ 160 + 16 = 336 мм.

Принимаем ребро сечением 340×12 мм.

Определяем геометрические характеристики траверсы.

Положение центра тяжести сечения траверсы

где а = 175 мм – по типовому проекту;

у_в = h – y_н = 91,2 – 42,5 = 48,7 см.

Момент инерции сечения

I_x = t ₁ h_Т ³/12 + h_Т t ₁(h_Т /2 – y_н)² + 2 b ₅ t ₅(у_в – a – t ₅/2)² + b ₆ t ₆(у_н – t ₆/2)²=

= 1,6 ∙ 90³ / 12 + 90 ∙ 1,6 (90 / 2 – 42,5)² + 216 ∙ 1,2 (48,7 – 17,5 – 1,2 / 2)² +

+ 34 ∙ 1,2 (42,5 – 1,2 / 2)² = 205145,1 см⁴.

Моменты сопротивления для верхней и нижней частей сечения траверсы:

W_в = I_x / y_в = 205145,1 / 48,7 = 4212,43 cм³;

W_н = I_x / y_н = 205145,1 / 42,5 = 4826,94 см³.

Производим проверку сечения траверсы на прочность:

– от изгиба

– от среза

Катет шва крепления траверсы к подкрановой ветви (Ш2) определяется расчетом на поперечную силу Q_Т:

k_f = == 0,79 см.

Принимаем k_f = 8 мм < 1,2 t _min = 1,2 ∙ 10 = 12 мм.

Крепление вертикального ребра подкрановой ветви (Ш3) производится с учетом неравномерности передачи давления (k = 1,2) на силу D _max/2:

k_f = =

= = 0,7 см.

Принимаем k_f = 7 мм.

Проверяем стенку подкрановой ветви колонны в месте крепления траверсы и вертикального ребра на срез от поперечной силы

Q = F ₁ + D _max = 351,5 + 2216 = 2567,5 кН:

Условие прочности не выполняется.

Принимаем высоту траверсы h_Т = 1000 мм и производим повторную проверку:

Размеры накладки (поз.7) принимаем конструктивно:

t ₇ = t_f = 22 мм; b ₇ = b + 2 ∙ 30 = 560 мм.

Длина накладки l ₇ = l_н + l_в, где l_н = h_Т + 50 = 1000 + 50 = 1050 мм;

l_в назначается из условия размещения сварных швов, необходимых для крепления накладки к верхней части колонны. Швы, выполненные ручной сваркой, рассчитываются из условия равнопрочности шва основному сечению накладки.

Катетом шва k_f задаются в пределах 8 – 16 мм. Принимая k_f = 16 мм, определяем:

l_b = l_w + 1 = A ₇ R_y /(2 β_f k_f R_wf γ_wf γ_c) =

= 123,2 ∙ 23 / (2 ∙ 0,7 ∙ 1,6 ∙ 18 ∙ 1 ∙ 1) + 1 = 70 cм.

Длина накладки l ₇ = 1050 + 700 = 1750 мм.

Дата добавления: 2014-01-13