Проектирование монтажного стыка главной балки

По условиям перевозки (ограничение массы и габаритов) балка расчленяется по возможности на одинаковые отправочные элементы (марки). В разрезной балке монтажный стык выполняется в одном сечении (универсальный стык) и чаще располагается в середине пролета, где Mmax и соответственно максимальные нормальные напряжения σ близки к расчетному сопротивлению основного металла Ry.

Монтажный стык на сварке. Стык элементов балки осуществляется стыковыми швами (рис. 3.20). Расчетные сопротивления сварных соединений для любого вида сварки принимаются (см. табл. 2.6): при сжатии соединения независимо от методов контроля качества швов Rwy = Ry; при растяжении и изгибе с физическим контролем качества швов Rwy = Ry и Rwy = 0,85Ry, если физические методы контроля не используются.

Рис. 3.20. Монтажный стык главной балки на сварке

На монтаже применение физических способов контроля затруднено, поэтому расчет растянутого стыкового соединения производится по его пониженному расчетному сопротивлению. Сжатый верхний пояс и стенка соединяются прямым швом, растянутый пояс – косым швом для увеличения длины шва, так как действительное напряжение в поясе σ превышает Rwy. Для обеспечения равнопрочности сварного стыка и основного сечения нижнего пояса достаточен скос с наклоном реза 2:1.

Монтажный стык выполняется ручной сваркой, материалы для сварки выбираются по табл. 2.5. Для сварки монтажного стыка применяют электроды с индексом А (Э42А), обеспечивающие повышенную пластичность наплавленного металла.

Для обеспечения качественного соединения при ручной сварке элементов толщиной более 8 – 10 мм производится V-образная разделка кромок, начало и конец шва выводятся на специальные технологические планки.

Для уменьшения сварочных напряжений соблюдается определенный порядок сварки (см. рис. 3.20): сначала сваривают поперечные стыковые швы стенки 1, поясов 2 и 3, имеющие наибольшую поперечную усадку, последними заваривают угловые швы 4 и 5, имеющие небольшую продольную усадку. Оставленные незаверенными на заводе участки поясных швов длиной около 500 мм дают возможность поясным листам несколько вытянуться при усадке швов 2. Это также позволяет при монтаже совместить торцы свариваемых элементов отправочных марок, имеющих отклонение в размерах в пределах технологических допусков.

Монтажный стык на высокопрочных болтах. Монтажные стыки на высокопрочных болтах выполняются с накладками (по три на каждом поясе и по две на стенке, рис. 3.21).

Рис. 3.21. Монтажный стык главной балки на высокопрочных болтах

Усилие с одного элемента на другой передается за счет сил трения, возникающих между соприкасающимися плоскостями, стянутыми высокопрочными болтами. Площади сечения накладок должны быть не меньше площади сечения перекрываемого ими элемента. Рекомендуемые к применению в конструкциях средней мощности высокопрочные болты и их площади сечения приведены в табл. 3.17.

Таблица 3.17

Площади сечения болтов

Принимаем болты db = 24 мм. Диаметр отверстия d под болт делается на 2 – 3 мм больше db. Назначаем отверстие d = 26 мм.

Размещение болтов производится согласно требованиям, приведенным в табл. 3.18.

Минимальное расстояние между центрами болтов (шаг болтов) в расчетных соединениях определяется условиями прочности основного металла и принимается в любом направлении равным amin = 2,5d = 2,5 · 26 = 65 мм. Принимаем а = 70 мм.

Максимальное расстояние между болтами определяется устойчивостью сжатых частей элементов в промежутках между болтами (в крайних рядах при отсутствии окаймляющих уголков amax ≤ 12tmin = 12 · 10 = 120 мм, где tmin – толщина наиболее тонкого наружного элемента) и обеспечением плотности соединения:  Минимальное расстояние от центра болта до края элемента для высокопрочных болтов в любом направлении усилия сmin ≥ 1,3d = 1,3 · 26 = 33,8 мм.

Принимаем с = 50 мм. Ширина верхней накладки пояса назначается равной ширине пояса балки bnf = bf  = 450 мм.

Ширина каждой нижней накладки пояса определяется:

b′nf = / 2 = / 2 = 202 мм,

где    Δ = 10…15 мм – конструктивный зазор.

Толщина каждой накладки пояса

tnf = tf/2 + 2 = 25 / 2 + 2 = 14,5 мм.

Принимаем верхнюю накладку из листа 450´14 мм с площадью сечения Аnf  = 63 см2 и две нижних накладки из листа 200´14 мм с площадью сечения А′ nf  = 28 см2.

Таблица 3.18

Нормы расстановки болтов в болтовых соединениях

* В соединяемых элементах из стали с пределом текучести свыше 380 МПа минимальное расстояние между болтами следует принимать равным 3d.

Обозначения, принятые в таблице:

d – диаметр отверстия для болта;

t – толщина наиболее тонкого наружного элемента.

Суммарная площадь накладок

Аn  = Аnf  + 2А′nf  = 63 + 2 ∙ 28 = 119 см2 > Аf  = 112,5 см2.

Горизонтальные болты располагаем в 4 ряда на одной полунакладке.

Определяем длину двух вертикальных накладок:

lnw = hw – 2(tnf + Δ) = 1500 – 2 (14 + 10) = 1450 мм.

Ширина вертикальных накладок

bnw = 2а + δ + 4c = 2 · 70 + 10 + 4 · 50 = 350 мм,

где    δ = 10 мм – зазор между элементами.

Толщину одной вертикальной накладки tnw принимаем равной толщине стенки tw за вычетом 2 мм (tnw = 10 мм).

Максимальное расстояние между крайними горизонтальными рядами болтов (с учетом расстояния до края элемента с = 50 мм)

а1= 1450 – 2 ∙ 50 = 1350 мм.

Стык  осуществляем  высокопрочными болтами db = 24 мм из стали 40Х «селект», имеющей наименьшее временное сопротивление

Rbun = 1100 МПа = 110 кН/см2 (табл. 3.19).

Таблица 3.19

Механические свойства высокопрочных болтов по ГОСТ 22356-77*

Способ регулирования натяжения высокопрочных болтов принимаем по M (моменту закручивания). Расчетное усилие Qbh, которое может быть воспринято каждой поверхностью трения соединяемых элементов, стянутых одним высокопрочным болтом, определяется по формуле

где    – расчетное сопротивление растяжению высокопрочного болта;

Abn = 3,52 см2 – площадь сечения нетто болта db = 24 мм, принимаемая по табл. 3.17;

 – коэффициент трения, принимаемый в зависимости от обработки поверхностей по табл. 3.20 (принят газопламенный способ обработки поверхностей);

 – коэффициент надежности, принимаемый при статической нагрузке и разности номинальных диаметров отверстий и болтов                     δ = (d – db) = 1 – 4 мм с использованием регулирования натяжения болтов по М при газопламенном способе обработки поверхностей;

gb – коэффициент условий работы соединения, зависящий от количества болтов n, необходимых для восприятия расчетного усилия, и принимаемый равным:

0,8 при n < 5;  0,9 при 5 £ n < 10;  1,0 при n ³ 10.

Таблица 3.20

Коэффициенты трения m  и надежности gh

П р и м е ч а н и я: 1. Способ регулирования натяжения болтов по М означает регулирование по моменту закручивания, а по a – по углу поворота гайки.

2. Допускаются другие способы обработки соединяемых поверхностей, обеспечивающие значения коэффициентов трения m не ниже указанных в таблице.

Определяем:

Расчет стыков поясов и стенки производим раздельно. Приравнивая кривизну балки в целом (здесь r – радиус кривизны) кривизне ее составляющих – стенки Mw /(EIw) и поясов Mf /(EIf), находим изгибающие моменты, приходящиеся на стенку Mw и пояса Mf, которые распределяются пропорционально их жесткостям, соответственно EIw и ЕIf.

Момент инерции стенки Iw = 337500 см4.

Момент инерции поясов

Изгибающий момент, приходящийся на стенку:

Mw = Mmax(Iw/Ix) = 4658,72 (337500 / 1645664) = 955,43 кН/м.

Изгибающий момент, приходящийся на пояса:

Mf  = Mmax(If /Ix) = 4658,72 (1308164 / 1645664) = 3703,29 кН/м.