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 иМ₂= – 326,5 кН∙м. Давление крановD_max= 2216 кН. Ширина опорного ребра подкрановой балки, опирающейся на уступ колонны,b_р= 400 мм, толщина стенки подкрановой ветви колонныt_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 М₂ и соответствующая нормальная силаN₂.

Рис. 8.13. Узел соединения надкрановой и подкрановой частей колонны

Высота траверсы h_Тпринимается равной (0,5 – 0,8)h_н= 625 – 1000 мм, гдеh_н= 1250 мм – высота сечения нижней сквозной части колонны. Принимаемh_Т = 900 мм.

Давление D_max, передаваемое опорными ребрами подкрановых балок, воздействует на стенку траверсы через плиту толщинойt₃= 20 – 25 мм. Торцы траверсы и опорного ребра (поз. 2) фрезеруются.

Толщина траверсы t₁ и опорного ребраt₂находится из условия смятия и принимается не менее 12 мм:

t₁ = t₂ = D_max/(l_ef R_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 N₂иМ₂передаются 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 значенияN₂иМ₂.

Усилие F_fот 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 полкиА_f = b_f t_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_f k_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, М₂ и D_max.

Сечение и расчетная схема траверсы приведены на рис. 8.14.

Рис. 8.14

Реакция от N₂ и 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_maxвследствие возможного перекоса поверхности опорных ребер подкрановых балок.

Ширину верхних горизонтальных ребер b₅назначаем не менее ширины вертикальных ребер:b₅ = b₄ = 160 мм, толщину –t₅ = 12 – 25 мм. Принимаемt₅= 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_Т t₁(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 = 4212,43cм³;

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 силу D_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, гдеl_н=h_Т+ 50 = 1000 + 50 = 1050 мм;

l_вназначается 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.

Катетом шва k_fзадаются в пределах 8 – 16 мм. Принимаяk_f= 16 мм, определяем:

l_b = l_w + 1 = A₇R_y /(2β_f k_f R_wf γ_wf γ_c) =

= 123,2 ∙ 23 / (2 ∙ 0,7 ∙ 1,6 ∙ 18 ∙ 1 ∙ 1) + 1 = 70 cм.

Длина накладки l₇= 1050 + 700 = 1750 мм.