Пособие по проектированию стальных конструкций

А_d - площадь поперечного сечения элемента ре шетки;

t_d - толщина стенки элемента решетки;

для элемента решетки неквадратного сечения в правую часть формулы (111) следует вводить множитель ;

б) в узлах, указанных в п. 14.2.3.3, - по формуле

. (112)

Рисунок 28 - График для определения значений коэффициентов к

в зависимости от тонкостенности пояса

Выражение в круглых скобках формулы (112) не должно быть менее 0. Для элементов решетки неквадратного сечения в правую часть формулы (112) следует вводить множитель

.

14.2.3.6 Несущую способность сварных швов, при крепляющих элементы решетки к поясу, следует проверять:

а) в узлах, указанных в п. 15.2.3.2, при углах при мыкания a = 40 - 50° - по формуле

£ g_с R_w g_wf , (113)

где b_f , k_f, g_wf, R_wf следует принимать согласно ука заниям разд. 11 и п. 12.8 СНиП РК 5.04-23-2002,

б) в узлах, указанных в п. 14.2.3.3, - по формуле

(114)

в) сварные швы, выполненные при наличии уста новочного зазора, равного 0,5 - 0,7 толщины стенки примыкающего элемента, с полным проплавлением стенки профиля, следует рассчитывать как стыко вые.

14.2.3.7 Формулы (111) - (114) учитывают неравномерное распределение напряжений по пери метру торца элемента решетки и при относительно высокой несущей способности пояса могут ли митировать расчетную прочность узла. Они получены на основе анализа и обработки экспе риментальных данных. Коэффициент k в формулах (111) и (112) имеет тот же смысл, что в формуле (110).

14.2.4 Узлы связей

14.2.4.1 Узлы связей из гнутосварных профилей (рис. 29) проверяют:

а) на прочность и устойчивость элементов узла и примыкающей к узлу зоны профиля;

б) на прочность сварных соединений.

а - типы хвостиков; б - соединение с фасонкой;

1 - линия центра тяжести сечения фасонки связи с ребром; 2 - ось фасонки фермы; 3 - ось рофиля

Рисунок 29 - Узлы связей из гнутосварных профилей

14.2.4.2 Несущую способность при растяжении элемента связи проверяют:

а) для узлов типа Ф (см. рис. 29, а) - по формуле

N £ R_yf D_f / (d_b – 3t_fc) + R_yd t_d d_b , (115)

где N - усилие в элементе связи;

R_yf - расчетное сопротивление стали фланца;

D_f - длина фланца вдоль фасонки связи;

R_yd - расчетное сопротивление стали элемента связи;

формула (115) получена на основе допущения образования в пластине фланца вдоль фасонки свя зи линейных пластических шарниров;

б) для узлов типа Ф_н (см. рис. 29, а) - по фор муле (115), но с заменой t_d на t_d + 0,6 t_h , где t_h - толщина накладки;

в) для узлов типа В (см. рис. 29, а) - по условию

N £ AR_yd g_f , (116)

где А - площадь поперечного сечения элемента связи;

g_f - коэффициент влияния глубины врезки, при нимаемый:

при 0,8 £ l₁/d_b < 1,6 g_f = 0,51 l₁/d_b + 0,18;

„ l₁/d_b ³ 1,6 g_f = 1,0.

14.2.4.3 Несущую способность при сжатии элемен тов связей следует проверять:

а) для узлов типа Ф (см. рис. 29, а) - по форму ле (115) и по формулам:

+ £ R_yd ; (117)

£ R_ydg_f ; (118)

б) для узлов типа Ф_р и В_р - по форму ле (118) и по формуле:

+ £ R_yd ; (119)

В формулах (117) - (119):

е, е₁, - расстояния соответственно от оси фа сонки закрепляемой конструкции до оси элемента связи и до центра тяже сти таврового сечения фасонки связи с ребром (см.рис. 29, б) ;

A, W - соответственно площадь сечения и мо мент сопротивления профиля относи тельно оси фасонки связи;

A_fc, W_fc - соответственно площадь и момент сопротивления фасонки связи с уче том ребра (при его наличии);

g_f - коэффициент условий работы, прини маемый в зависимости от наибольшей условной гибкости профиля:

при £ 0,45 g_f = 0,6;

„ > 0,45 g_f = 0,54 +0,15 , но не более 1,0.

Формулы справедливы при соотношении раз меров поперечного сечения элемента связи 0,75 £ £ 1,1 и отношении большего размера профиля к толщине не более 45.

14.2.4.4 Расчет сварных соединений профиля и фасонки связи с фланцем узлов типов Ф, Ф_н, Ф_р следует производить в соответствии с п. 11.2 СНиП РК 5.04-23-2002 с учетом коэффициента условий работы g_сf = 0,8, учитывающего неравномерность передачи усилий, и по металлу границы сплавления с фланцем в направлении толщины проката по фор муле

£ R_th g_wz g_cf . (120)

14.2.5 Проектирование

14.2.5.1 Расчетная длина панелей верхних поясов ферм беспрогонных покрытий l_ef определяется по формуле

l_ef = m l, (121)

где l - длина панели;

m - коэффициент расчетной длины, при нимаемый:

m = 0,65 - для панели пояса, не граничащей с шар нирным узлом (например, фланце вое соединение на болтах), и при наличии равномерно распределен ной нагрузки на соседних панелях;

m = 0,8 - для панели пояса, граничащей с шарнир ным узлом или с панелью, не загру женной распределенной нагрузкой;

здесь п = - параметр распределенной нагрузки ;

q - распределенная нагрузка на пояс;

N - продольная сила;

Н - высота сечения пояса;

Н_t - высота фермы по осям поясов;

L - пролет фермы.

14.2.5.2 Отношение высоты поясов к толщине стен ки следует принимать не более 45, элементов решет ки - не более 60.

14.2.5.3 Размеры элементов решетки по ширине (из плоскости конструкции) не следует принимать свыше D - 2 (t + t_d) для удобства наложения свар ных швов.

14.2.5.4 Для элементов решетки размер d рекомен дуется принимать не менее 0,6 поперечного размера пояса D.

14.2.5.5 Расстояние между смежными стенками (носками) раскосов должно быть минимальным из условия наложения двух сварных швов.

14.2.5.6 Заводские стыки элементов рекомендует ся выполнять сваркой встык на остающейся под кладке. Размещение этих стыков в растянутых эле ментах с напряжениями свыше 0,9 R_y не рекомен дуется.

14.2.5.7 Монтажные стыки рекомендуется выпол нять фланцевыми на высокопрочных пред ва ритель но напряженных болтах с учетом положений [38].

15 РАСЧЕТ БИСТАЛЬНЫХ БАЛОК

15.1 В расчетах прочности бистальных балок, в которых стенка выполнена из менее прочной стали, чем пояса (или один пояс), применяются следую щие главные критерии:

а) предельных (ограниченных) пластических де формаций, выражающийся в ограничении наиболь шей интенсивности пластических деформаций в стенке нормой предельной интенсивности пласти ческих деформаций ,_lim, при этом в расчетах учи тываются пластические деформации не только в стенке, но и в поясах;

б) предельных напряжений (расчетных сопротив лений) в поясе балки при упругой его работе, при этом в расчетах учитываются пластические деформа ции только в стенке.

15.2 Для расчета на прочность устанавливаются следующие группы бистальных балок, отличающие ся критерием прочности и нормой предельных интенсивностей пластических деформаций ,_lim:

1 - для которой расчеты прочности выполняют ся по критерию предельных напряжений в поясе - балки при расчетном сопротивлении стали поясов R_f = R_u / g, меньшем расчетного сопротивления по пределу текучести; подкрановые балки под краны с режимами работы 1К-5К согласно ГОСТ 25546;

2 - 4 - для которых расчеты прочности выполня ются по критерию ограниченных пластических де формаций, в частности:

2 - для которой ,_lim = 0,1 % - балки, непо средственно воспринимающие подвижные и вибра ционные нагрузки (балки рабочих площадок, бункерных и разгрузочных эстакад, транспортерных галерей, под краны гидротехнических сооружений и т. п.);

3 - для которой ,_lim = 0,2% - балки, работаю щие на статические нагрузки (балки перекрытий и покрытий; ригели рам, фахверка; балки, поддержи вающие технологическое оборудование; ригели эс такад и другие изгибаемые, растянуто-изгибаемые и сжато-изгибаемые балочные элементы);

4 - для которой ,_lim = 0,4% - балки работаю щие на статическую нагрузку, но не имеющие про дольных ребер жесткости, не воспринимающие мест ных нагрузок и отличающиеся повышенной общей устойчивостью и устойчивостью стенок и свесов поясов аналогично балкам, рассчитываемым на прочность в соответствии с п. 5.18 СНиП РК 5.04-23-2002.

15.3 Расчет на прочность бистальных балок всех групп следует выполнять по формулам:

при изгибе в одной из главных плоскостей

£ R_f g ; (122)

при изгибе в двух главных плоскостях

£ R_f g_с; (123)

при осевой силе с изгибом

£ R_f g_с. (124)

15.4 Коэффициенты с_х и с_у определяются по табл. 55 и 56 в зависимости от группы конструк ций, принятых величин расчетных сопротивлений поясов R_f и стенки R_w, а также от отношений пло щадей элементов сечения.

15.5 Коэффициент с_Nx определяется по фор муле

с_Nx = R_w /R_f + h (c_x - R_w /R_f), (125)

где h = h₁ + 1235h₂ (R_f – R_w) /E , (126)

h₁ и h₂ - коэффициенты, принимаемые по табл.57.

Для сечения № 1 h₁ принимается независимо от величины действительной асимметрии (считая, что оба пояса имеют площадь большего пояса А_f).

Коэффициент с_Ny определяется по формуле

с_Ny = 1 + h₁ (c_y - 1). (127)

При наличии зоны чистого изгиба коэффициенты c_x и c_у определяются по формулам:

c_x = R_w / R_f + (c¢_x - R_w / R_f) (1 – 0,5 ); (128)

c_y = 1 + (c¢_y – 1) (1 – 0,5 ), (129)

где l и v - длины соответственно пролета балок и зоны чистого изгиба;

с¢_x и с¢_y - коэффициенты соответственно с_x и с_y, принимаемые по табл. 55 и 56 в зави симости от ,_lim и расчетных сопро тивлений R_f и R_w.

15.6 Расчет на выносливость бистальных балок следует выполнять на эксплуатационные нагрузки с учетом общих указаний СНиП РК 5.04-23-2002 как моно стальных из материала пояса, расположенного у проверяемой фибры.

15.7 Жесткость бистальной балки (под норма тивными нагрузками) допускается проверять в предположении упругой работы балки, включая случаи, в которых вычисленные в этом предположе нии от нормативных нагрузок напряжения в стенке превышают R_у.

15.8 Общую устойчивость бистальной балки до пускается проверять как для моностальной, выпол ненной из стали, примененной в сжатом поясе би стальной балки.

15.9 Устойчивость полок поясов в бистальных балках 1-й группы проверяется и обеспечивается согласно требованиям СНиП РК 5.04-23-2002 в предположе нии упругой работы стали.

15.10 В бистальных балках 2 - 4-й групп двутав рового сечения отношение расчетной ширины свеса сжатой полки пояса к ее толщине t_t при s_loc = 0 не должно превышать 0,35 .

15.11 В бистальных балках двутаврового сече ния, укрепленного только поперечными ребрами жесткости, при s_loc = 0 устойчивость стенки прове ряется по формулам:

- для симметричных сечений

M £ R_f t_w (y + a R_w / R_f); (130)

- для асимметричных сечений с более развитым сжатым поясом

M £ s₁ A₁ h₁ + s₃ A₃ (h_w - h₁) + 4 t_w a R_w + (h_w - 2h₁) . (131)

В формулах (130), (131):

y = b_f t_f / (h_w, t_w), но не менее 0,25;

a = 0,24 - 0,45 (t / R_w)² - 8,5 × 10^-3 ( - 2,2)²;

- относительная гибкость стенки;

t - среднее касательное напряжение (не бо лее 0,5R_sw );

s₁ и s₃ - напряжения соответственно в сжатом и растянутом поясах; если s₁ ³ R_f, прини мают s₁ = R_f ; если s₃ ³ R_f, принимают s₃ = R_f ;

A₁, А₃ - площади сечения соответственно больше го и меньшего пояса бистальной балки;

h - высота сжатой зоны стенки, определяе мая из условий равновесия.

15.12 Проверка устойчивости стенки выполняет ся по формулам разд. 7 СНиП РК 5.04-23-2002, если компо ненты напряжений, вычисленные для расчетного от сека стенки, удовлетворяют требованиям пп. 5.12 - 5.14 СНиП РК 5.04-23-2002.

Пример расчета. Рассчитать бистальную балку, относящуюся к 3-й группе, на изгиб моментами m_x = 1250 кН × м; M_y = 46 кН × м и сжатие осевой силой N = 620 кН; расчетные сопротивления поя сов R_f = 370 МПа, стенки R_w = 260 МПа.

Принимаем сечение, показанное на рис. 30. Отно шение площадей элементов сечения А_f /А_w = 44,8/99 = 0,453; площадь нижнего пояса 0,5 А_f . По табл. 55 для сечения № 2 при ,_lim = 0,2 % коэффициент c_у = 1,06, по табл. 56 коэффициент с_у = 1,39.

По табл. 57 для одинаковых знаков s_x от М_x и N в верхнем поясе при N /A_f (l,5R_f + R_w) = 620/44,8 (1,5 × 37 + 26) = 0,170 h₁ = 0,579; h₂ = 0,687.

По формуле (126) h = 0,579 + 1235 × 0,687 (370 - 260) / 206000 = 1,032.

По формуле (125) с_Nx = 260/370 + 1,032 (1,06 - 260/370) = 1,09.

По табл. 57 при N / (2A_f R_f + A_wR_w) = 0,106 h₁ = 1,68.

По формуле (127) с_Ny = 1 + 1,68 (1,39 -1) = 1,66.

Т аблица 55

№ сече-ния

Сечение

R_w

R_f

Коэффициенты с_х для групп балок

МПа

(кгс/см²)

1

2

4

при А_f / A_w, равных

0,25

0,5

1

2

0,25

0,5

1

2

0,25

0,5

1

2

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

1

230

(2350)

300

(3050)

330

(3350)

370

(3750)

400

(4100)

455

(4640)

0,97

0,95

0,93

0,91

0,88

0,98

0,97

0,98

0,94

0,92

0,99

0,98

0,97

0,97

0,96

0,99

0,99

0,99

0,98

0,98

1,02

0,98

0,94

0,91

-

1,01

0,99

0,96

0,94

-

1,01

0,99

0,98

0,97

-

1,00

1,00

0,99

0,98

-

1,05

1,01

0,97

0,94

-

1,03

1,01

0,98

0,96

-

1,02

1,01

0,99

0,98

-

1,01

1,00

0,99

0,99

-

260

(2650)

330

(3350)

370

(3750)

400

(4100)

455

(4640)

0,98

0,95

0,93

0,90

0,98

0,97

0,96

0,94

0,99

0,98

0,98

0,97

1,00

0,99

0,99

0,98

1,02

0,98

0,95

-

1,02

0,99

0,97

-

1,01

0,99

0,98

-

1,00

0,99

0,99

-

1,06

1,01

0,98

-

1,04

1,01

0,99

-

1,02

1,00

0,99

-

1,01

1,00

1,00

-

300

(3050)

370

(3750)

400

(4100)

455

(4640)

0,98

0,96

0,94

0,99

0,98

0,96

0,99

0,99

0,98

1,00

0,99

0,99

1,03

0,99

-

1,02

0,99

-

1,01

1,00

-

1,00

1,00

-

1,07

1,03

1,05

1,02

-

1,03

1,01

-

1,01

1,01

-

330

(3350)

400

(4100)

455

(4640)

0,98

0,96

0,99

0,97

0,99

0,98

1,00

0,99

1,03

-

1,02

-

1,01

-

1,00

-

1,08

-

1,06

-

1,03

-

1,01

-

2

230

(2350)

300

(3050)

330

(3350)

370

(3750)

400

(4100)

455

(4640)

0,97

0,94

0,91

0,88

0,84

0,97

0,96

0,93

0,91

0,88

0,97

0,96

0,95

0,94

0,82

0,98

0,97

0,96

0,96

0,96

1,10

1,03

0,96

0,90

-

1,09

1,03

0,97

0,93

-

1,05

1,02

0,98

0,95

-

1,03

1,01

0,98

0,97

-

1,16

1,11

1,04

1,00

-

1,18

1,14

1,09

1,06

-

1,17

1,12

1,07

1,04

-

1,10

1,07

1,04

1,00

-

260

(2650)

330

(3350)

370

(3750)

400

(4100)

455

(4640)

0,97

0,94

0,92

0,88

0,97

0,96

0,94

0,91

0,97

0,96

0,95

0,94

0,98

0,98

0,97

0,96

1,10

1,02

0,96

-

1,09

1,02

0,97

-

1,05

1,00

0,98

-

1,03

1,00

0,98

-

1,17

1,11

1,06

-

1,19

1,14

1,10

-

1,17

1,12

1,08

-

1,20

1,07

1,04

-

300

(3050)

370

(3750)

400

(4100)

455

(4640)

0,98

0,96

0,92

0,98

0,95

0,94

0,98

0,97

0,95

0,99

0,98

0,97

1,11

1,04

-

1,09

1,03

-

1,05

1,01

-

1,03

1,01

-

1,19

1,16

-

1,20

1,16

-

1,18

1,13

-

1,10

1,07

-

330

(3350)

400

(4100)

455

(4640)

0,98

0,95

0,98

0,96

0,98

0,96

0,98

0,98

1,10

-

1,08

-

1,04