Файл: Федеральное агентство по образованию иркутский государственный технический университет.doc

а – общий вид базы; б – распределение напряжений под опорноц плитой
Определение размеров плиты в плане выполняют на комбинацию усилий NиM, дающую наибольшее краевое сжатие бетона.

Шириной плиты задаются конструктивно:

B = b + 2(t_тр + c),

где b – ширина сечения колонны;

t_тр – толщина траверсы (принимают 8 – 16 мм);

с – вылет консольной части плиты (принимают 40 – 150 мм).

Из условия прочности бетона фундамента на сжатие σ_б,max ≤ R_b,loc определяют длину плиты:



гдеR_b,loc = φ_bR_b (здесьR_b– расчетное сопротивление бетона сжатию; φ_b – коэффициент, учитывающий повышение прочности бетона сжатию в стесненных условиях под опорной плитой).

Установив окончательные размеры опорной плиты (размеры согласуются с ГОСТами на листовую сталь), вычисляют фактические напряжения в бетоне фундамента:

σ_б = N/(BL) ± 6M/(BL²).

Работа и расчет плиты аналогичны работе и расчету ее в базе центрально-сжатой колонны (см. п. 4.5).

Толщину опорной плиты определяют из условия ее прочности на изгиб от отпора фундамента, рассматривая отдельные участки пластинки, опертой по 1, 2… сторонам.

Так как напряжения в бетоне фундамента под плитой распределяются неравномерно, при определении моментов на различных участках величину σ_f принимают наибольшей в пределах каждого участка по эпюре напряжений в бетоне.

Траверсу рассчитывают как двухконсольную балку, шарнирно опертую на пояса колонны под действием отпора бетона фундамента и усилия в анкерных болтах.

Толщиной траверсы предварительно задаются, а ее высоту определяют из условия размещения сварных швов, рассчитанных на срез от реакции балки (траверсы) со стороны наибольшего сжатия. Траверсы приваривают к полкам колонны наружными угловыми швами.

Такие траверсы целесообразны при небольшой ширине колонны (до 500 – 700 мм).

Отрывающее усилие в анкерных болтах определяют в предположении, что сжатие под плитой воспринимается бетоном, а суммарная растягивающая сила

---

Z_a, соответствующая растянутой зоне эпюры напряжений, полностью воспринимается анкерными болтами (см. рис. 8.12).

Исходя из уравнения равновесия сил относительно центра тяжести сжатой зоны бетона M′ – N′а – Z_ay = 0, усилие в анкерных болтах с одной стороны базы определится:

Z_a = (M′– N′а)y,

где а = L/2 – с/3 – плечо силы N′относительно центра тяжести сжатой зоны бетона;

y= L – с/3 + z_о;

c= σ_б,max L/(σ_б,max + σ_б,min) – длина сжатой зоны бетона.

Требуемую площадь сечения одного анкерного болта из условия его прочности на растяжение определяют по формуле

A_b = Z_a/(nR_baγ_с),

где n– количество анкерных болтов с одной стороны базы;

R_ba – расчетное сопротивление анкерного болта (см. табл. 8.5).

8.5.7. Расчет соединения надкрановой и подкрановой частей

колонны

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 N₂ = – 479,3 кН и М₂ = – 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 М₂и соответствующая нормальная сила N₂.

---

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 t₃ = 20 – 25 мм. Торцы траверсы и опорного ребра (поз. 2) фрезеруются.

Толщина траверсы t₁ и опорного ребра t₂ находится из условия смятия и принимается не менее 12 мм:

t₁ = t₂ = D_max/(l_efR_pγ_c) = 2216 / (45 ∙ 33,6 ∙ 1) = 1,47 см,

где l_ef = b_р + 2t₃ = 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 t₁ = 16 мм.

В запас прочности допустимо считать, что усилия N₂ и М₂ передаются только через полки верхней части колонны.

Усилие во внутренней полке верхней части колонны вычисляем по формуле

F_f = N₂/2 + М₂/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 N₂ и М₂.

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 А₄ = 2b₄ t₄ из условия равнопрочности должна быть не менее площади внутренней полки А_f= b_ft_f, при этом толщина ребра принимается:

t₄ = t_f+ 6= 22 + 6 = 28 мм;

ширина ребра

b₄ = 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_fk_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 N₂, М₂иD_max.

Сечение и расчетная схема траверсы приведены на рис. 8.14.



Рис. 8.14

Реакция от N₂и М₂ вычисляется по формуле

F₁ = (N₂/2 + М₂/h_f)c/h_o = (479,3 / 2 + 326,5 / 0,672) ∙ 0,533 / 1,1 = 351,5 кН,

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

z_o = b₂/2= 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 = F₁(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 = F₁ + 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 b₅ назначаем не менее ширины вертикальных ребер: b₅ = b₄= 160 мм, толщину – t₅= 12 – 25 мм. Принимаем t₅ = 12 мм.

Ширина нижнего пояса траверсы (поз. 6)

b₆ = 2b₅ + t₁ = 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=t₁h_Т³/12 + h_Тt₁(h_Т/2 –

---

y_н)² + 2b₅t₅(у_в– a – t₅/2)² + b₆t₆(у_н– t₆/2)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 < 1,2t_min = 1,2 ∙ 10 = 12 мм.

Крепление вертикального ребра подкрановой ветви (Ш3) производится с учетом неравномерности передачи давления (k = 1,2) на силуD_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 = F₁ + 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:

t₇ = t_f= 22 мм; b₇ = b + 2 ∙ 30 = 560 мм.

Длина накладки l₇ = 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.

---