Расчет и конструирование узла сопряжения верхней и нижней части колонны

Расчетные комбинации уси­лий в сечении 2-2 над усту­пом:

1)+ M_max= +697.5 кНм; N_соотв=75.6 кН;

2) -M_max= -120 кНм; N_соотв=151.2 кН;

Давление кранов D_mах = 2812.2 кН.

Прочность стыкового шва (w₁) проверяем по нормальным напряжением в крайних точках сечения надкрановой части колонны. Площадь шва равна площади сечения колонны.

Первая комбинация усилии M и N:

здесь R_wy=R_y

внутренняя полка

Вторая комбинация усилий M и N:

наружная полка

внутренняя полка

толщину стенки траверсы определяем из условия смятия

s=D_max/(l_ef*t_wtp) R_{p c}

где ℓ _ef=b_o.p+2t_пл – длина сминаемой поверхности;

t_пл – толщина плиты, которую принимаем t_пл =2см,

b_o.p – ширина одного ребра подкрановой балки, b_op=40см

t_wтр – толщина стенки траверсы;

R_p – расчётное сопротивление стали снятию торцевой поверхности

R_p=R_un/ _m=360/1, 025=350Мпа

L_ef=b_op+2*t_пл=40+2*2=44см

t_wtr D_max/(l_ef*R_p* _c)=2812.12/(44*35)=1.826см

Принимаем t_wтр=2см

Усилия во внутренней полке верхней части колонны (вторая комбинация)

Длина шва крепления вертикального ребра траверсы к стенке траверса (W2) при приварке четырьмя швами

применяем полуавтоматическую сварку проволкой марки Cв-08А, d=1, 4….2мм.

Из таблицы 12 приложения находим B_f=0, 9 B_z=1.05

назначаем k_f=6мм,

R_wz=0.45*R_un=0.45*360=162Мпа=16, 2кН/см²

По таблице 13 приложения

R_wf=180Мпа=18кН/см²

β _fR_{wf wf}=0.9*18=16.2 кН/см²< β _zR_{wz wz}=1.05*16.2=17 кН/см²

l_w2< 85β _fk_f=85*0.9*0.6=46см

В стенке подкрановой ветви делаем прорезь, в которую заводим стенку траверсы.

Для расчета шва крепления траверсы к подкрановой ветви (w3) составляем комбинацию усилий, дающую наибольшую реакцию траверсы. Такой комбинацией будет являться сочетание 1, 2, 3*, 4(-), 5,

N = 143.6 кН, М =-26.44кНм

F=N·h_в/2 h_H-М/ h_H+0, 9 D_mах=143.6х 100/(2 х 150) - (-2644)/150 + 0, 9 х2812.2=

=2596.466 кН,

здесь коэффициент " 0, 9" учитывает, что усилия N и М приняты для второго основного сочетания нагрузок.

Требуемая длина шва

l_w3^треб= F/(4х β _f х k_f х R_wf х γ _wf =)=2596.466 /(4 х 0, 6 х 16, 2) = 66.8cм

l_w3^треб< 85 x β _f х k_f =85 х 0, 9 х 0, 6 = 46 см,

Из условия прочности срезу стенки подкрановой ветви, в месте крепления траверсы, определяем высоту траверсы

h_тр≥ F/2t_wвx R_s x γ _c =2596.466/2х 0.84 х 13 х 1 =118.88 cм,

где t_wв ^- толщина стенки подкрановой ветви (50Б2);

R_s - расчетное сопротивление стали срезу;

R_s=0, 58х R_yn x γ _m = 0, 58 х 235/1, 025 = 130 МПа = 13 кН/см²

Принимаем h_тр = 120 см

Проверим прочность траверсы как балки, нагруженной усилиями М, N и D_mах (смотри рис. 4.5). Ширина нижнего пояса траверсы b_тр = h _w’-3мм=471.2-3=468.2 мм.

Ширина верхнего горизонтального ребра траверсы

b_р=(h _w’- t_wтр) /2 - (20... 30 мм) = (468.2-20) / 2 -20 = 204.1 мм.

рис.11

Конструктивно принимаем нижний пояс траверсы из листа размерами 468.2 х 12 мм, верхние горизонтальные ребра из двух листов 204.1х 12 мм.

Найдем геометрические характеристики траверсы

Положение центра тяжести сечения траверсы;

y_н=(2х20.41х1, 2х104.4+2х119х50, 6+1, 2х46.82х0, 6)/(2х20.41х1, 2+2х104.4+ 1, 2х46.82)=55 см.

I_x=2 х 104.4³/12 + 104.4 х 2 х 5.5²+1, 2 х 46.82 x 54.4² +2 х 20.41*1, 2 х 49.4²=481772 с м ⁴.

W _min =I_x/ y_в= 481772/65=7412 cм³

y_в= h_тр – у_н=120-55=65 см.

Максимальный изгибающий момент в траверсе возникает при второй комбинации усилий:

M_тр= F_тр1 (h_н – h_в) = [- М/ h_н + h_в / (2 h_н)] х (h_н – h_в) =

= [12000 /150+151.2х100/(2 х 150)] х (150 - 100) = 6520 кН.cм

σ _тр = M_тр /W _min = 6520 /7412= 0.88 кН / см < Ry=23 кН/cм²

Максимальная поперечная сила в траверсе (с учетом усилия от кранов) возникает при комбинации усилий 1, 2, 3*, 4(- (см. расчет шва 3):

Q_mах =N х h_в / (2 h_н) - M / h_н + k x D_mах x 0.9 / 2 =143.6x100/(2x150)-2644/150+

+1, 2x2812.2x0.9/2= 1549 kH

Здесь коэффициент k = 1, 2 учитывает неравномерную передачу усилия D_mах

τ _тр = Q_mах /(t _wтр h _wтр)= 1549 /(2 х 104.4) =7.4кН/см² < Rs = 23 кН/см².