Практическая работа №3

 

3. Проектирование и проверочный расчет сварной колонны.

3.1. Цель работы: овладеть навыками проектирования и проверочного расчета сварных колонн. Сварная колонна должна удовлетворять требования прочности, общей и местной устойчивости.

3.2.Оборудование и принадлежности:

3.2.1. Микрокалькулятор.

3.2.2. Учебно-справочная литература.

3.3. Ход работы:

Исходные данные в таблице 3.1.

Колонны, как и балки,— наиболее распространенные конструкции. Они предназначены для поддержания элементов рабочих площадок, перекрытий, кровель, трубопроводов, эстакад, путепроводов и тому подобное. Нагрузкой для колонн являются опорные реакции конструкций на них опираются. Далее эти усилия чаще всего передаются на фундаменты или, в отдельных случаях, на ниже расположенные конструкции.

Центрально сжатые колонны работают на продольную силу, прикла-дэну по оси колонны, либо симметрично относительно ее оси, что приводит к равно-мерному сжатию поперечного сечения. Эксцентрично сжатые колонны, кроме осевого сжатия от продольной силы, работают также на изгиб от момента.

Рисунок 3.1-Типы колон

Колонна состоит из трех элементов:

Оголовка - конструктивного элемента, на который непосредственно передаются опорные реакции конструкций, опирающихся на колонну;

Базы - элемента, который передает усилие колонны на бетон фундамента;

Стержня - основного конструктивного элемента, который передает нагрузку с оголовка на базу.

3.4 Расчетная схема колонны

 

Рисунок 3.2 - Расчетная схема колонны

Колонна шарнирно опирающийся и центрально нагружен, поэтому на стояк действует продольная внутренняя сила N = Р. Поскольку фактическая поперечная сила отсутствует, принимаем, что на стояк действует условная поперечная сила Q. Для шарнирно опертого колонны μ= 1.

3.5 Компоновка сечения колонны

Определяем требуемую площадь сечения колонны. Принимая коэффициент продольного изгиба φ = 0,7

 

Выбираем стояк сплошного сечения двутаврового типа (рисунок 3.3)

 

Рисунок 3.3 - Сечение колонны

 

По принятому значению коэффициента φ = 0,7 по таблице 3.2 определяем гибкость стойки λ = λх = λу (условие равной стойкости) и определяем размеры hx и hy:

 (м²)

 (м)

(м)

Значения коэффициентов а и b находим по таблице 3.3.

Определяем размеры составляющих сечения.

Иногда размеры h сечения колонны при высоте колонн l = 10 - 20 м могут приниматься не меньше h = (l/15...l/20).

Размеры составляющих сечения назначают, исходя из следующих соображений. Для поясов применяют листы толщиной δ_п = 8 - 40 мм, а для стенки - толщиной

δ_ст = 6 - 16 мм в зависимости от мощности колонны.

Ширина поясных листов b_п должна назначаться такой, чтобы лист не мог потерять устойчивость от воздействия сжимающих нормальных напряжений. Однако для стояков, пожалуй, желательно при потере местной устойчивости полок иметь критические напряжения чуть выше, чем критические напряжения всего колонны в целом, а эти напряжения, как известно, является функцией гибкости колонны. Поэтому по нормам наибольшая расчетная ширина свеса листа (полке) определяется в зависимости от гибкости стойки.

По рекомендации таблицы 3.4.

,мм

Минимальная                                  ,мм

Определяем геометрические характеристики сечения:

площадь сечения ,м²

моменты инерции:

,м⁴

,м⁴
моменты инерции:

      ,м²

Определяем гибкость и используя таблицу коэффициент φ.

; 

Определяем λ _max, и коэффициент φ.

Проверка прочности и устойчивости колонны:

,МПа

Если это условие не соблюдается (σ отличается от [σ] ±5%), следует внести соответствующие изменения в размеры составляющих сечения.

Кроме обеспечения прочности и устойчивости, необходимо предусмотреть меры против скручивания колонны - постановку диафрагм и ребер жесткости.

Диафрагмы повышают сопротивление колонны скручиванию. В каждом стояке должно быть не менее двух диафрагм.

При значительной высоте колонны необходимые промежуточные диафрагмы. Расстояние между диафрагмами в пределах 4 м. Диафрагмы бывают листовые и решетчатые. Листовые диафрагмы выгодны при небольшом (менее 0,8 м) разносе Сечения стержней. В колонных сплошного сечения роль промежуточных диафрагм выполняют поперечные ребра жесткости, расставленные через 2,5 - 3hx по высоте.

Ширина поперечных ребер bр ≥ һх / 30 + 40 мм,

толщина δр ≥ bр / 15.

Толщину листовых диафрагм назначают такой, как и для планок.

 

 

Рисунок 3.4 - Диаграмма колонны

 

Соединение стенки с полками проектируем в виде двустороннего таврового соединения без раскрытия кромок Т1.

 

 

Рисунок 3.5 - Сварные соединения колонны

Проверяем прочность швов на воздействие условной поперечной силы Q_{у м} :

 

Q_ум = 30F

 

Напряжения в швах:

 

 

 

Где: статический момент полки:

 

Приварка ребер выполняется дуговой механизированным сварка-нием в среде углекислого газа по ГОСТ 14771-76. Тип соединения Т5 с катетом углового шва. Швы проверки на прочность не требуют.

3.6Выводы: Сварные колонны должны удовлетворять требования прочности, жесткости, общей и местной устойчивости. Сделает выводы выполняется или нет условие прочности.

3.7 Контрольные вопросы:

- Дайте определение колонны.

- Назовите основные элементы колонны.

- Назовите основные этапы проектирования сварной колонны.

Таблица 3.1 - Расчетные данные

 

№ варианта	Материал	Сила Р,кН	Длина колонны l, м
1	09Г2С	1000	6
2	10ХСНД	2000	10
3	15ХСНД	3000	8
4	Ст3сп	1000	4
5	09Г2С	2000	7
6	10ХСНД	1500	12
7	09Г2С	1000	9
8	10ХСНД	3000	4
9	15ХСНД	1200	6
10	Ст3сп	1400	5