Автор работы: Пользователь скрыл имя, 26 Марта 2012 в 17:03, курсовая работа
В современном строительстве металл является наиболее совершенным материалом по совокупности своих технических, технологических и экономических характеристик. При высокой прочности сталей, позволяющей перекрывать значительные пролеты, строительные конструкции из металла обладают также сравнительно небольшим собственным весом, высокой индустриальностью изготовления и удобством монтажа. Металлические пролетные строения
Введение 3
1. Анализ исходных данных 4
2. Вариантное проектирование 5
2.1Первый вариант 5
2.2Второй вариант 11
2.3Третий вариант 12
2.4Сравнение вариантов 13
3. Расчёт проезжей части 15
3.1Расчёт продольной балки 15
3.1.1Определение расчётных усилий 15
3.1.2Подбор размеров сечения и расчёт на прочность и выносливость по нормальным напряжениям 16
3.1.3Расчёт на прочность по касательным напряжениям 21
3.1.4Проверка прочности поясного сварного шва 23
3.2Расчёт поперечной балки 25
3.2.1Определение расчётных усилий 25
3.2.2Подбор сечения и расчёт на прочность по нормальным напряжениям 26
3.2.3Расчет на прочность по приведённым и касательным напряжениям 31
3.2.4Проверка прочности и выносливости поясного шва 32
3.3Расчёт сопряжения продольных и поперечных балок 33
3.3.1Расчёт рыбки и её прикрепления 34
3.3.2Определение количества болтов прикрепления продольной балки к поперечной 36
3.4Определение количества болтов прикрепления поперечной балки к узлам главных ферм 37
3.5Расстановка поперечных связей и ребер жесткости 38
4. Расчёт элементов главных ферм 41
4.1Определение усилий в элементах главных ферм 41
4.1.1Построение линий влияния усилий в элементах фермы 41
4.1.2Расчетные усилия для расчета на прочность и общую устойчивость 41
4.1.3Определение усилий для расчета на выносливость 42
4.1.4Определение усилий от постоянных нагрузок 43
4.1.5Определение усилий от вертикальной подвижной нагрузки 44
4.1.6Определение усилий от горизонтальных нагрузок 45
4.1.7Результаты подсчета усилий в элементах ферм 49
4.2Определение размеров сечения элементов главных ферм 52
4.2.1Определение размеров сечения коробчатого элемента 53
4.2.2Определение размеров Н-образного сечения элемента 55
4.2.3Расчет на прочность и устойчивость при осевом растяжении или сжатии 57
4.2.4Проверка элементов главных ферм на выносливость 60
4.3Расчет соединений элементов главных ферм 60
4.3.1Расчет прикреплений на высокопрочных болтах 60
4.3.2Расчет стыков элементов главных ферм 61
4.3.3Расчет фасонки на выкалывание 63
5. Расчет продольных связей 65
5.1Определение расчетных усилий 65
5.2Расчет на прочность 71
5.3Расчет прикрепления продольных связей 71
6. Конструирование 73
Список использованных источников 75
bf > 240 мм – исходя из условия обеспечения работы на смятие мостового бруса поперёк волокон;
bf < 360 мм – принято из условия размещения двух рисок болтов;
bf < 20tf – из условия обеспечения местной устойчивости сжатого пояса.
Принятая ширина пояса удовлетворяет всем этим условиям.
Вычисляем коэффициент *1:
*1 – коэффициент, зависящий от отношения площадей сечения продольной балки Af,min/Aw и (Af,min+Aw)/A, и принимаемый по [1, табл. 8.16], которые рассчитываются соответственно по формулам (3.19) и (3.20):
Проинтерполируем результат и получим: *1 = 1,08.
В соответствии с [1, п. 8.26] определяется среднее касательное напряжение в стенке балки по формуле:
Условие выполняется.
Фактический момент инерции определяется по формуле (3.15):
Статический момент инерции пояса балки определяется по формуле (3.33):
Статический момент инерции полусечения балки определяется по формуле:
Предельная поперечная сила определяется [1, п. 8.26] по формуле:
Определяем α – отношение расчётной поперечной силы (здесь Q = Qmax) к предельной;
a2 – отношение суммарной площади горизонтальных элементов (поясов) к суммарной площади вертикальных (вертикального листа):
Момент инерции и момент сопротивления сечения с учётом ослабления определяются по формуле приведенной ниже и по формуле (3.16) соответственно:
РассчитаемWnetto по формуле (3.24):
Проверка сечения по прочности производится (8. 5) [1, п. 8.26] по формуле
Условие выполняется, запас по прочности составляет 3,9%, что меньше 5%, значит подбор сечения и проверку его на прочность заканчиваем.
Расчет сечения на прочность по приведённым и касательным напряжениям производится по формуле (8.29) [1, п. 8.31]. На рисунке 3.7 приведены схемы к расчету.
Рисунок 3.7 – Схемы к расчёту на приведённые напряжения
В курсовом проекте разрешается определять приведённые напряжения только в уровне поясного сварного шва.
Проверка производится по формулам:
где σx – нормальные напряжения в стенке балки на уровне поясного сварного шва, τxy – среднее касательное напряжение в стенке балки на уровне поясного сварного шва, γ’ = 1,15 – коэффициент при sy = 0.
Нормальное напряжение тогда рассчитывается:
Среднее касательное напряжение в стенке балки тогда:
τxy = τm = 84,8 МПа.
289 МПа <305 МПа
Условие проверки выполняется с запасом 5,5 %.
84,8 МПа < 132МПа.
Условие проверки выполняется с запасом 35,7%.
Расчет на прочность углового сварного шва поперечной балки выполняется аналогично проверке шва продольной балки по формулам (3.28)-(3.34) при условии, что q = 0 и Q0 = Qmax = 1780 кН.
а) Принимается минимальный размер катета углового шва в зависимости от толщин свариваемых элементов (tf и tw), вида сварки и предела текучести стали [3, таблица 38*].
kf = 6 мм.
б) По табл. 8.35 и [1, п. 8.83] определяется коэффициент расчётного сечения углового шва βf и βz в зависимости от размера катета kf, положения шва (принимается в лодочку), вида сварки и диаметра сварочной проволоки:
βf = 1,1 и βz = 1,15.
в) Определяется расчётная нагрузка q = 0 кН/м.
г) Определяются расчётное сопротивление металла шва на срез (Rwf) и расчетное сопротивление проката (Rwz) по указаниям табл. 8.8 [1, п. 8.10]:
д) Определяются касательные напряжения в угловых швах для расчета на прочность:
Условие проверки по металлу шва выполняется.
Условие проверки по металлу границы сплавления выполняется.
е) Выполнение проверки сварного шва на выносливость. Определяем абсолютное наибольшее скалывающее напряжение при расчете углового шва на срез по формуле (8.64) [1, п. 8.57]:
Условие проверки сварного шва на выносливость не выполняется.
Принимаем толщину tw = 16 мм.
Момент инерции и момент сопротивления сечения с учётом ослабления определяются по формуле приведенной ниже и по формуле (3.16) соответственно:
Выполняем проверку сварного шва на выносливость. Определяем абсолютное наибольшее скалывающее напряжение при расчете углового шва на срез по формуле (8.64) [1, п. 8.57]:
Условие проверки сварного шва на выносливость не выполняется.
В данный расчёт включается расчёт рыбки и её прикрепления, а также расчёт прикрепления продольной балки к поперечной. На рисунке 3.8 приведена конструкция сопряжения продольных и поперечных балок с соединениями на высокопрочных болтах (заводских типа «A» и монтажных типа «Б»).
Рисунок 3.8 – Соединение балок проезжей части
Рисунок 3.9 – Схема расчёта рыбки
1) Подбор размеров сечения «рыбки»
Рыбки ставятся для восприятия опорного момента, величина которого согласно [1, п. 8.75] принимается равной 0,6M0,5. На рисунке 3.9 показано соединение балок проезжей части.
Исходя из расчетной схемы, представленной на рисунке 3.9 продольное усилие, возникающее в «рыбке» определится по формуле:
где tр = 0,024 м – толщина рыбки, принимаемая первоначально из двух листов, толщину каждого листа принимаем по 12 мм.
Необходимая площадь рыбки определяется по формуле:
где mр = 0,9 – коэффициент, принятый по [1, п. 8.105].
Фактическая
площадь сечения рыбки
где bр = 0,28 м – ширина рыбки, принимаемая равной ширине пояса продольной балки.
Условие выполняется.
Напряжения, возникающие в «рыбке», проверяются по формуле:
Условие проверки выполняется с запасом 7,2 %. Запас превышает 5 %.
Производим новый расчет при уменьшении номинального диаметра отверстия под высокопрочные болты d0 = 25 мм и уменьшая толщину рыбки до 11 мм.
Исходя из расчетной схемы, представленной на рисунке 3.9 продольное усилие, возникающее в «рыбке» определится:
Необходимая площадь рыбки определяется:
Вычисляется фактическая площадь сечения рыбки:
Условие выполняется.
Проверяются напряжения, возникающие в «рыбке»:
Условие проверки выполняется с запасом 0,8 %. Запас не превышает 5 %. Подбор размеров рыбки окончен.
2) Определение
количества болтов
Количество болтов прикрепления рыбки определяется по формуле (8.107) [1, п. 8.101]:
где ns = 1 – число плоскостей взаимодействия; m = 0,9 – коэффициент условий работы, принимаемый по таблице 8.15 [1, п. 8.101]; Qbh – расчётное усилие, приходящееся на один болтоконтакт, определяется по формуле:
где μ = 0,58 – коэффициент трения, принятый по таблице 8.12 [1, п. 8.15] по способу подготовки контактных поверхностей во фрикционных соединениях: пескоструйный двух поверхностей без нанесения фрикционной грунтовки или с последующим нанесением фрикционной грунтовки на этилсиликаткой основе на обе поверхности толщиной по 50-70 мкм;
γbh = 1,3 – коэффициент надёжности, зависящий от вида обработки поверхностей и количества болтов по таблице 8.12 [1, п. 8.15], принимается при количестве болтов от 5 до 19;
P – усилие натяжения высокопрочного болта;
где mbh = 0,95 – коэффициент условий работы высокопрочных болтов;
Abh = 302 мм2 – площадь сечения болта нетто;
Rbh – расчётное сопротивление высокопрочного болта растяжению:
где Rbun = 1100 МПа – наименьшее временное сопротивление высокопрочных болтов разрыву по ГОСТ Р 52643 и ГОСТ Р 52644.
Количество болтов для прикрепления рыбки принимается ближайшим большим целым чётным числом – n = 14 шт. Болты расставляются в два ряда. Так как рыбка принята состоящей из двух листов, то прикрепление каждого из них осуществляется своим количеством болтов, то есть n1 = n2 = 8 шт.
Прикрепление продольной балки к поперечной по [1, п. 8.104] рассчитывается на поперечную силу Q0 с введением дополнительного коэффициента условий работы по таблице 8.36 [1, п. 8.104] mb = 0,9. Прикрепление осуществляется при помощи двух равнополочных уголков 100х12 мм, которые крепятся к стенке продольной балки высокопрочными болтами типа «А» (двухконтактные, ns = 2):
В расчёте на прочность по касательным напряжениям продольной балки (см. пункт 3.1.3), расстояние между болтами мы приняли а = 100 мм, в соответствии с этим расстоянием конструктивно увеличиваем количество болтов типа «а» до 13.
Продольная
балка с помощью уголков
Учитывая то, что каждый уголок должен крепиться одинаковым количеством болтов окончательно принимается ближайшее большее целое чётное число болтов nБ = 16 шт.
Схема прикрепления поперечной балки к узлам главных ферм приведена на рисунке 3.10.
Расчёт прикреплений ведётся по поперечной силе Qmax. Количество болтов «А» определяется по формуле (3.61):
С учетом расстояния между болтами (80 мм), принимаем количество болтов типа «А» 16 шт.
Для определения количества болтов типа «Б» используется формула, приведенная ранее (см. п.3.3.2), но величина mb принимается по таблице 8.36 [1, п. 8.104], как для конструкций, не способных воспринимать опорный момент.
Болтов «Б» будет больше 20-ти, поэтому определим соответствующее Qbh (γbh = 1,2 – коэффициент надёжности, зависящий от вида обработки поверхностей и количества болтов по таблице 8.12 [1, п. 8.15], принимается при количестве болтов от 20 и более):
Рисунок 3.10 – Прикрепление поперечной балки к узлу фермы
Таким образом, окончательно принимаем nА= 16 шт, nБ = 22 шт.
В соответствии с требованиями [1, п. 8.118] приняты три поперечные связи на длине панели lm в середине и в четвертях пролета. В этих сечениях должны быть поставлены ребра жесткости (они входят в состав поперечной связи). На рисунке 3.11 показана схема продольной балки с поставленными в середине и четверти ребрами жесткости.
Постановка дополнительных ребер жесткости на участках 1 и 2 определяется приближенно, по эмпирической формуле:
где аi – определяемая ширина i-ой пластины, ограниченной ребрами жесткости и поясами балки; z – величина, принимаемая для низколегированной стали равной 20; ki – коэффициент, определяемый по формуле:
где хi – расстояние от оси поперечной балки до начала пластины с искомой величиной аi.
Длина участка: 0,25lm = 0,25×11,00 = 2,75 м.
Рисунок 3.11 – Схема для определения постановки ребер жесткости
Подсчет свободной длины пластины для участков 1 и 2 сведен в таблицу 3.1 и таблицу 3.2 соответственно.
Таблица 3.1 – Подсчет свободных длин пластин для первого участка
Так как (a1 + a2 + a3) > 0,25lm =2,75 м, следовательно, на первом участке ставим дополнительно два ребра жесткости, которые разобьют участок на три 720 мм + 1015 мм + 1015 мм.
Таблица 3.2 – Подсчет свободных длин пластин для второго участка
Получается а1 > 0,5×0,25lm = 1,375 м, следовательно, на втором участке необходимо поставить одно дополнительное ребро жесткости посередине участка (1375 мм + 1375 мм).
Рисунок 3.12 – Соединение ребра жесткости с поясом продольной балки
Конструкция ребра жесткости принята в виде листов, поставленных с двух сторон стенки продольной балки (рисунок 3.12). Ширина выступающей части определяется по формуле:
Толщина ребра ts должна быть не менее 10 мм по таблице 8.37 [1, п. 8.122], и не менее полученной по формуле:
где E = 2,06×105 МПа – модуль упругости металла по таблице 8.13 [1, п. 8.18].
С целью обеспечения устойчивости с запасом и применения стандартных размеров проката примем bh = 100 мм.
Следовательно, принимаем ts = 10 мм.
В ребрах жесткости, в местах примыкания к поясам балки, необходимо применить скругленные вырезы – выкружку высотой 120 мм и шириной 50 мм.
Построение линий влияния в разрезной ферме с параллельными поясами и треугольной решеткой осуществляется по правилам строительной механики. Линии влияния строим для элементов фермы сопрягающихся в узле, обозначенном к расчёту. Результаты построения приведены в таблице 4.1 и на рисунке 4.1.