Xreferat.com » Рефераты по промышленности и производству » Металлические конструкции рабочей площадки

Металлические конструкции рабочей площадки

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ (МИИТ)

Кафедра «Строительные конструкции, здания и сооружения»


РАСЧЁТНО-КОНСТРУКТИВНАЯ РАБОТА

по дисциплине

Металлические конструкции и сварка

Металлические конструкции рабочей площадки


Выполнил: ст.гр. СГС-311

Козырев Ю.А.


МОСКВА – 2010

Исходные данные


Тип балочной клетки нормальный
Шаг колонн в продольном направлении (пролёт главных балок) L = 12 м
Шаг колонн в поперечном направлении (шаг главных балок) l = 4 м
Отметка верха настила рабочей площадки H = 8,5 м
Временная (технологическая) нормативная нагрузка на перекрытие vn = 26 кН/м2
Марка стали (кроме балки настила) С345
Класс бетона фундамента В15
Сопряжение главной балки с колонной шарнирное
Сопряжение колонны с фундаментом шарнирное

Металлические конструкции рабочей площадки

Металлические конструкции рабочей площадкиМеталлические конструкции рабочей площадкиМеталлические конструкции рабочей площадкиМеталлические конструкции рабочей площадкиМеталлические конструкции рабочей площадкиМеталлические конструкции рабочей площадкиМеталлические конструкции рабочей площадкиМеталлические конструкции рабочей площадкиМеталлические конструкции рабочей площадкиМеталлические конструкции рабочей площадкиМеталлические конструкции рабочей площадкиМеталлические конструкции рабочей площадкиМеталлические конструкции рабочей площадкиМеталлические конструкции рабочей площадкиМеталлические конструкции рабочей площадкиМеталлические конструкции рабочей площадкиМеталлические конструкции рабочей площадкиМеталлические конструкции рабочей площадки

Сбор нагрузок на элементы рабочей площадки


Нормативное значение рабочей (технологической) нагрузки на перекрытие:


vn = 26 кН/м2 (по заданию).


Нормативная линейная нагрузка на балку настила:


qn = vn Ч a Ч a = 26 Ч 1 Ч 1,05 = 27,3 кН/м = 0,273 кН/см,


где a – шаг балок настила; принимаем a = 1 м (рис. 2);

a – коэффициент, учитывающий собственный вес настила и балок настила; a = 1,05.

Расчётная линейная нагрузка на балку настила:


q = qn Ч gf Ч gn = 27,3 Ч 1,2 Ч 0,95 = 31,122 кН/м,


где gf – коэффициент надёжности по нагрузке; для временной нагрузки gf = 1,2;

gn – коэффициент надёжности по назначению сооружения; для сооружений обычного уровня ответственности gn = 0,95.

Расчётная линейная нагрузка на главную балку:


g = vn Ч l Ч a Ч gf Ч gn = 26 Ч 4 Ч 1,05 Ч 1,2 Ч 0,95 = 124,488 кН/м,


где l – шаг главных балок; l = 6 м (по заданию);

a – коэффициент, учитывающий собственный вес конструкций; a = 1,05.

Расчётное значение опорной реакции главной балки:

V = g Ч L / 2 =124,488 Ч 12 / 2 = 746,928 кН,


где L – пролёт главных балок; L = 12 м (по заданию).

Расчётная сосредоточенная нагрузка на колонну: N = 2V = 2 Ч 746,928 = 1493,856 кН.


Металлические конструкции рабочей площадкиМеталлические конструкции рабочей площадкиМеталлические конструкции рабочей площадкиМеталлические конструкции рабочей площадкиМеталлические конструкции рабочей площадкиМеталлические конструкции рабочей площадкиМеталлические конструкции рабочей площадкиМеталлические конструкции рабочей площадкиМеталлические конструкции рабочей площадкиМеталлические конструкции рабочей площадкиМеталлические конструкции рабочей площадкиМеталлические конструкции рабочей площадкиМеталлические конструкции рабочей площадкиМеталлические конструкции рабочей площадкиМеталлические конструкции рабочей площадки


Подбор и проверка сечения балки настила


Балка настила выполняется из прокатного двутавра, марка стали определяется непосредственно в процессе расчёта. =

В расчётной схеме балка настила рассматривается как статически определимая шарнирно опёртая пролётом l = 6 м (рис. 3).

Металлические конструкции рабочей площадкиМеталлические конструкции рабочей площадкиМеталлические конструкции рабочей площадкиМеталлические конструкции рабочей площадкиМеталлические конструкции рабочей площадкиМеталлические конструкции рабочей площадкиМеталлические конструкции рабочей площадкиМеталлические конструкции рабочей площадкиМеталлические конструкции рабочей площадкиМеталлические конструкции рабочей площадки


Максимальные значения внутренних усилий в балке настила от расчётной нагрузки:


Металлические конструкции рабочей площадки


Сечение балки подберём из условия жёсткости (прогибов). Предельно допустимый прогиб балки для пролёта l = 6 м (по прил. 4):


Металлические конструкции рабочей площадки.


Требуемый момент инерции сечения при действии нормативной нагрузки:


Металлические конструкции рабочей площадки.


где E – модуль упругости стали; Е = 2,06 Ч 104 кН/см2 (независимо от марки стали).

Принимаем по сортаменту (прил. 7) наименьший двутавровый профиль, у которого момент инерции Jx будет выше требуемого. Назначаем сечение и выписываем его основные геометрические характеристики (рис. 4).


Металлические конструкции рабочей площадки

Номер профиля I22
Момент инерции Jx = 2550 см4
Момент сопротивления при изгибе Wx = 232 см3
Статический момент полусечения Sx = 131 см3
Высота сечения h = 220 мм
Ширина полки b = 110 мм
Толщина стенки d = 5,4 мм
Средняя толщина полки

Металлические конструкции рабочей площадкиt = 8,7 мм


Марку стали назначаем из условия прочности балки по нормальным напряжениям:


Металлические конструкции рабочей площадки,


где с – коэффициент, учитывающий возможность ограниченного развития пластических деформаций; для прокатных балок с = 1,12; Ry – расчётное сопротивление стали по пределу текучести;

gс – коэффициент условий работы; во всех случаях, кроме специально оговоренных, gс = 1,0.


Металлические конструкции рабочей площадки


Принимаем по таблице (прил. 1) наименьшую марку стали, для которой расчётное сопротивление Ry будет выше требуемого (расчётное сопротивление зависит от толщины полки t; в данном случае t = 8,7 мм).

Назначаем для балки настила сталь марки С245, у которой

расчётное сопротивление изгибу Ry = 240 МПа = 24,0 кН/см2 (при толщ. 2…20 мм);

расчётное сопротивление срезу Rs = 0,58Ry = 0,58 Ч 24 = 13,92 кН/см2.

Проверка прочности по касательным напряжениям:


Металлические конструкции рабочей площадки ; Металлические конструкции рабочей площадки.


Проверка общей устойчивости балки настила не требуется, так как сжатая полка закреплена от горизонтальных перемещений приваренными к ней листами настила.

Проверка местной устойчивости поясов и стенки прокатной балки не требуется, так как она обеспечена их толщинами, принятыми из условий проката.


Подбор и проверка сечения главной балки


Металлические конструкции рабочей площадки


В расчётной схеме главная балка рассматривается как разрезная свободно опёртая, нагруженная равномерно распределенной нагрузкой (рис. 5, а-б). Сечение главной балки – двутавровое, сварное из трёх листов (рис. 5, в). Марка стали – по заданию.


Металлические конструкции рабочей площадкиМеталлические конструкции рабочей площадкиМеталлические конструкции рабочей площадкиМеталлические конструкции рабочей площадкиМеталлические конструкции рабочей площадки

Рис. 5. Главная балка:

а – конструктивная схема; б – расчётная схема; в – поперечное сечение


Максимальные значения внутренних усилий в главной балке от расчётной нагрузки:


Металлические конструкции рабочей площадки


Требуемый момент сопротивления сечения балки:


Металлические конструкции рабочей площадки,


где Ry – расчётное сопротивление стали по пределу текучести; по прил. 1 принимаем Ry = 300 МПа = 30,0 кН/см2 (марка стали С345 – по заданию; предполагаемая толщина листового проката 20…40 мм).

Оптимальная высота балки – высота, при которой вес поясов будет равен весу стенки, а общий расход материала на балку – минимальным:

Металлические конструкции рабочей площадки,


где k – конструктивный коэффициент; для сварной балки переменного по длине сечения k = 1,1;

tw – толщина стенки балки; предварительно принимаем tw = 1,2 см.

Минимальная высота балки – высота, при которой обеспечивается необходимая жесткость балки при полном использовании несущей способности материала:


Металлические конструкции рабочей площадки,


где fu – предельно допустимый прогиб; балки для пролёта L = 12 м: fu = L/217 (по прил. 4);

gf – коэффициент надёжности по нагрузке; для временной нагрузки gf = 1,2.

Окончательно принимаем высоту балки так, чтобы она была примерно равна оптимальной (h » hopt), но не менее минимальной (h > hmin). Отступление от оптимальной высоты на 20…25% слабо влияет на расход материала. Высота стенки балки hw должна соответствовать ширине листов по сортаменту (прил. 5).

Назначаем высоту стенки hw = 900 мм; hmin = 67,81 см < hw = 90,0 см » hopt = 86,78 см.

Рекомендуемая толщина стенки (здесь hw принимается в мм):


Металлические конструкции рабочей площадки,


Принимаем в соответствии с сортаментом (прил. 5) tw = 10 мм.

Наименьшая толщина стенки tw,min из условия её работы на срез:


Металлические конструкции рабочей площадки


где Rs – расчётное сопротивление стали срезу; марка стали С345 (по заданию); толщина листа соответствует толщине стенки tw: для листового проката толщиной 4…10 мм Rs = 0,58Ry = 0,58 Ч 33,5 = 19,43 кН/см2.

Момент инерции стенки:


Металлические конструкции рабочей площадки


Толщина полок (поясов) принимается примерно в два раза больше толщины стенки:


tf » 2tw = 2Ч10 = 20 мм.


В соответствии с сортаментом (прил. 5) принимаем tf = 20 мм.

Полная высота балки: h = hw + 2tf = 900 + 2Ч20 = 940 мм.

Расстояние между центрами тяжести полок: h0 = h – tf = 940 – 20 = 920 мм.

Уточняем расчётное сопротивление стали: для листового проката толщ. 10…20 мм Ry = 315 МПа = 31,5 кН/см2 (по прил. 1); тогда требуемый момент сопротивления сечения:


Металлические конструкции рабочей площадки.

Минимально допустимая ширина полок (поясов) определяется из условия обеспечения прочности балки на изгиб:


Металлические конструкции рабочей площадки

В соответствии с сортаментом (прил. 5) принимаем bf = 34 см.

Для возможности размещения болтов ширина полки bf должна составлять не менее 18 см. Кроме того, ширина полки не должна превышать следующих значений:

bf Ј 30 tf = 30Ч2,0 = 60 см (для обеспечения равномерности распределения напряжений по ширине полки);


Металлические конструкции рабочей площадки (для обеспечения местной устойчивости).


Принятая ширина полки bf = 38 см этим требованиям соответствует.

Ширина рёбер жёсткости:

Металлические конструкции рабочей площадки; принимаем bh = 70 мм (кратно 10 мм).

Толщина рёбер жёсткости:


Металлические конструкции рабочей площадки;


принимаем по сортаменту th = 0,8 см.

В целях экономии материала ширину полки у опор можно уменьшить (рис. 6). Назначаем место изменения сечения на расстоянии x1 = L/6 от опоры: x1 = 12/6 = 2м.

Расчётные внутренние усилия в месте изменения сечения:


Металлические конструкции рабочей площадки


Требуемый момент сопротивления сечения:


Металлические конструкции рабочей площадки.


Уменьшенная ширина полки (пояса) bўf определяется из пяти условий:

из условия обеспечения прочности балки на изгиб:


Металлические конструкции рабочей площадки;


из условия обеспечения сопротивления балки кручению:


Металлические конструкции рабочей площадки,


в целях уменьшения концентрации напряжений:


Металлические конструкции рабочей площадки,

для обеспечения размещения болтов: Металлические конструкции рабочей площадки,

из условия установки поперечных ребер жесткости, которые не должны выступать за пределы полки


Металлические конструкции рабочей площадки


В соответствии с сортаментом принимаем: bўf = 20 см.

Если уменьшенная ширина получается меньше исходной всего на 2…3 см, то изменение ширины устраивать нецелесообразно.

Геометрические характеристики сечения балки (в середине пролёта)

Площадь стенки:


Металлические конструкции рабочей площадки,


Площадь полки:


Металлические конструкции рабочей площадки,


Момент инерции сечения балки:


Металлические конструкции рабочей площадки

Момент сопротивления сечения балки:


Металлические конструкции рабочей площадки.


Геометрические характеристики уменьшенного сечения

Площадь полки: Металлические конструкции рабочей площадки.

Момент инерции сечения:


Металлические конструкции рабочей площадки

Момент сопротивления сечения:


Металлические конструкции рабочей площадки.


Статический момент полусечения:


Металлические конструкции рабочей площадки.


Статический момент сечения полки:


Металлические конструкции рабочей площадки.


Проверка прочности по нормальным напряжениям (расчётные точки расположены на наружных гранях поясов в середине пролета):


Металлические конструкции рабочей площадки

Проверка прочности по касательным напряжениям (расчётная точка находится посередине высоты стенки у опоры):


Металлические конструкции рабочей площадки

Проверка прочности по приведённым напряжениям. Расчётная точка располагается: по высоте балки – в краевом участке стенки на уровне поясных швов; по длине пролёта – в месте изменения сечения балки).

Нормальные и касательные напряжения в расчётной точке:


Металлические конструкции рабочей площадки;

Металлические конструкции рабочей площадки

Приведённые напряжения (англ. reduced – приведённый):


Металлические конструкции рабочей площадки,

Металлические конструкции рабочей площадки

Проверки прочности балки по нормальным, касательным и приведённым напряжениям выполняются.

Проверка жёсткости балки. Принятая высота балки h больше минимальной hmin, поэтому прогиб балки не будет превышать предельного значения, и выполнять проверку жёсткости нет необходимости.


Расчёт и конструирование узлов соединения элементов главной балки


1. Опорный узел главной балки

Нагрузка от главной балки передаётся на колонну через опорное ребро, приваренное к торцу балки и выступающее вниз на величину аr = 10…15 мм (рис. 7). Для обеспечения равномерной передачи давления торец ребра необходимо строгать.

Металлические конструкции рабочей площадкиМеталлические конструкции рабочей площадкиМеталлические конструкции рабочей площадки


Определение размеров опорного ребра


Ширину опорного ребра удобно принять равной ширине пояса балки: Металлические конструкции рабочей площадки.

Толщина ребра определяется из условия его работы на смятие:


Металлические конструкции рабочей площадки,


где V – опорная реакция главной балки; V = Qmax = 746бб928 кН; Rp – расчётное сопротивление стали смятию торцевой поверхности; равно расчётному сопротивлению стали по временному сопротивлению Ru (прил. 1); для листовой стали толщиной 10…20 мм Rp = Ru = 460 МПа = 46,0 кН/см2.

В соответствии с сортаментом принимаем tr = 1,0 cм.

Расчёт сварных швов крепления опорного ребра к стенке балки

Через сварной шов Ш1 опорная реакция V передаётся с ребра на стенку балки. Сварное соединение осуществляется полуавтоматической сваркой.

Расчётное сопротивление металла шва Rwf = 240 МПа (прил. 2); коэффициент проплавления βf = 0,9 (табл. 34* СНиП [2]); Rwf βf = 240 Ч 0,9 = 216 МПа.

Расчётное сопротивление металла границы сплавления шва Rwz = 0,45 Run = 0,45 Ч 470 = 211 МПа, где Run – нормативное сопротивление стали по временному сопротивлению, для листового проката толщиной 10…20 мм Run = 470 МПа (прил. 1); коэффициент проплавления βz = 1,05 (табл. 34* СНиП [2]); Rwz βz = 211 Ч 1,05 = 221 МПа.

Rwf βf < Rwz βz (216 МПа < 221 МПа), поэтому расчётной является проверка по металлу шва.

Необходимая величина катета шва крепления опорного ребра с учётом ограничения по предельной длине шва (lw < 85 bf kf):


Металлические конструкции рабочей площадки,


где n = 2 (ребро приваривается двусторонними швами).

Минимальный катет шва определяем по прил. 3 в зависимости от толщины более толстого из свариваемых элементов: kf,min = 5 мм (соединение тавровое с двусторонними угловыми швами, стенка толщиной tw = 10 мм соединяется с ребром толщиной tr = 12 мм). Принимаем окончательно катет шва kf = 6 мм > kf,min .

Расчётная длина шва не должна превышать высоту стенки балки (с учетом 2 см на дефекты по концам шва):


Металлические конструкции рабочей площадки

2. Сопряжение главной балки и балки настила

Сопряжение балок происходит в одном уровне и выполняется на болтах. Стенка балки настила прикрепляется к поперечному ребру жесткости главной балки, для этой цели предусматривается обрезка полок и части стенки балки (рис. 8).

Определение необходимого количества болтов

Для соединения используем болты нормальной точности, класса точности С, класса прочности 5.6, диаметром 20 мм (db = 20 мм). Диаметр отверстия назначаем на 2 мм больше диаметра болта: d0 = 22 мм.

Расчетное усилие, воспринимаемое одним болтом при его работе на срез:


Металлические конструкции рабочей площадки,


где Rbs – расчетное сопротивление болтов срезу; для болтов класса прочности 5.6


Rbs = 190 МПа = 19 кН/см2 (табл. 58* СНиП [2]);


γb – коэффициент условий работы болтового соединения; при установке нескольких болтов для учёта неравномерности их работы принимается γb = 0,9 (табл. 35* СНиП [2]);

Аb – расчётная площадь сечения болта; для болтов диаметром 20 мм Аb = 3,14 см2 (табл. 62* СНиП [2]);

ns – число расчётных срезов болта; ns = 1 (односрезное соединение).

Расчетное усилие, воспринимаемое одним болтом из условия работы на смятие поверхности отверстия:


Металлические конструкции рабочей площадки

где tmin – наименьшая суммарная толщина элементов, сминаемых

Если Вам нужна помощь с академической работой (курсовая, контрольная, диплом, реферат и т.д.), обратитесь к нашим специалистам. Более 90000 специалистов готовы Вам помочь.
Бесплатные корректировки и доработки. Бесплатная оценка стоимости работы.

Поможем написать работу на аналогичную тему

Получить выполненную работу или консультацию специалиста по вашему учебному проекту

Похожие рефераты: