Шарнирный узел балки с балкой на сварке: «РЕПОЗИТОРИЙ ТОЛЬЯТТИНСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО УНИВЕРСИТЕТА»: Недопустимый идентификатор

Содержание

Опорные узлы балки | buildingbook.ru

Опорные узлы балки.

Сопряжения балки со стальными колоннами.

Опирание балки на стальную колонну может быть шарнирным или жестким.

При возможности лучше всего опирать балку сверху и передавать нагрузку по центру профиля колонны. При боковом креплении балки, помимо сжимающей нагрузки в колонне дополнительно возникает момент от действия этой силы из-за того, что появляется эксцентриситет и соответственно это приводит к увеличению нагрузок и перерасходу металла в колонне.

Опирание балки на колонну сверху.

При опирании балки на колонну сверху рекомендуется передавать нагрузку через ребро. Размеры ребра рассчитываются из расчета на смятие по формуле:

 

где F — опорная реакция балки;

Ар — площадь смятия опорного ребра;

Rр — расчетное сопротивление стали смятию торцевой поверхности.

Чтобы вся нагрузка передавалась через ребро оно должно не много выступать, но не более 1,5 толщины ребра, обычно это 15-20 мм. Ребро необходимо снизу сострогать, чтобы нагрузка передавалась всей площадью ребра.

Т.к. узел шарнирный для фиксации балки достаточно 2-х болтов с одной стороны. Диаметр болтов принимается 16-20 мм. С затяжкой лучше не переусердствовать — это не фрикционное соединение 🙂

Толщина опорной площадки обычно принимается  20-25 мм, толщина ребер 8-12 мм.

Если имеется угол кровли, ребро нужно сострогать под необходимым углом и добавить шайбы, имеющие скос для болта.

Опирание 2-х балок на колонну сверху.

 

Аналогично предыдущему варианту опираем балки через ребро на оголовок колонны.

Балки соединяем между собой с помощью болтов. Сверху болты устанавливать не стоит если конечно вы не хотите создать жесткий узел.  Между 2-мя ребрами устанавливаем пластинки для того, чтобы не стянуть балки вместе (это может нагрузить колонну моментом на противоположном конце балки).

Также есть вариант опереть 2-е балки на оголовок колонны следующим способом

 

В этом варианте балка нижней полкой ложиться на оголовок колонны.

Для передачи поперечной силы балка усиливается ребром, ребро устанавливаем так, чтобы при монтаже оно оказалось прямо над полкой колонны. Балки соединяем болтами при помощи накладной пластины (для симметричной передачи нагрузки лучше использовать 2-е пластины с 2-х сторон). Как и в предыдущем варианте нет необходимости соединять балки болтами сверху, чтобы не создать жесткий узел.

Ребра на колонне, в этом случае, не нужны.

Между 2-мя балками оставляем не большой зазор около 10-20 мм.

 

Шарнирное опирание балки на колонну сбоку

При боковом креплении необходимо в расчетах колонны учитывать эксцентриситет.

При шарнирном опирании нагрузка передается через опорное ребро на опорный столик. Столик обычно делают из листовой стали или неравнополочного уголка. Высоту опорного столика определяют из условия прочности сварных швов. Целесообразно приварить столик по 3-ем сторонам. Ширину столика делают на 20-40 мм больше ребра балки, чтобы опорное ребро полностью легло на опорный столик.

Диаметр отверстий делают на 3-4 мм больше диаметра болтов чтобы балка не повисла на болтах, а полностью легла на столик.

Опорное ребро балки рассчитывается на смятие по той же формуле, что и для балки опертой сверху.

При шарнирном опирании ребра в колонне не требуются. Между опорным ребром и колонной монтируется прокладка толщиной примерно 5 мм.

Жесткое сопряжение балки с колонной при помощи болтового соединения

Создать жесткое соединение можно с помощью болтового соединения или сварки. Болтовое соединение более технологично — все детали изготавливаются и окрашиваются на заводе, на строительной площадке необходимо лишь установить и затянуть болты.

В данном узле поперечная сила воспринимается также как и в шарнирном узле с помощью опорного столика. Момент передается с помощью болтов на стенки колонны. Между опорным ребром балки и колонной необходимо установить стальные прокладки для плотного прилегания балки и колонны (зазора после затяжки быть не должно).

Количество и диаметры болтов для верхнего пояса необходимо рассчитать исходя из возникающего момента в заделке балки. Болты применяются только высокопрочные. Необходимо контролировать затяжку болтов.

Стенки колонны укрепляются ребрами жесткости.

 

Жесткое сопряжение балки с колонной при помощи сварного соединения

При жестком соединении балки с колонной при помощи сварки, используют накладки, которые крепятся к балке болтами и привариваются к балке и колонне.

 

_____________________________________________________________________

Как найти опорные реакции читайте в статье

Построение эпюр балки

Как подобрать сечение стальной балки читайте в статье Расчет балки

 

Опорные узлы балки

2.440-1.1 00 КМ Пояснительная записка
2.440-1.1 01 КМ Шарнирные узлы. Рекомендации по применению шарнирных узлов
2.440-1.1 02 КМ Шарнирные узлы. Этажное опирание балок. Узлы 1 и 2
2.440-1.1 03 КМ Шарнирные узлы. Крепление балок на опорных уголках. Узел 3
2.440-1.1 04 КМ Шарнирные узлы. Крепление балок на опорных уголках. Узел 4
2.440-1.1 05 КМ Шарнирные узлы. Геометрические характеристики и несущие способности узла 4
2.440-1.1 06 КМ Шарнирные узлы. Опирание балок на ребра из швеллеров. Узел 5
2.440-1.1 07 КМ Шарнирные узлы. Опирание балок на ребро из тавров. Узел 6
2.440-1.1 08 КМ Шарнирные узлы. Крепление балок на опорных планках. Узлы 7, 7а, 8, 8а
2.440-1.1 09 КМ Шарнирные узлы. Таблица геометрических характеристик и несущих способностей узлов 7, 7а
2.440-1.1 10 КМ Шарнирные узлы. Таблица геометрических характеристик и несущих способностей узлов 8, 8а
2.440-1.1 11 КМ Шарнирные узлы. Крепление балок на опорных планках из уголков. Узел 9
2.440-1.1 12 КМ Шарнирные узлы. Опирание балок на оголовок стойки, центральное опирание. Узлы 10, 11
2.440-1.1 13 КМ Шарнирные узлы. Таблица геометрических характеристик и несущих способностей узлов 10, 11
2.440-1.1 14 КМ Шарнирные узлы. Крепление балок на 2-х болтах нормальной точности (горизонтальное). Узлы 12, 13
2.440-1.1 15 КМ Шарнирные узлы. Крепление балок к колоннам на 2-х болтах нормальной точности. Узел 14
2.440-1.1 16 КМ Шарнирные узлы. Крепление балок к колоннам на 3-х болтах нормальной точности. Узел 15
2.440-1.1 17 КМ Шарнирные узлы. Крепление балок к колоннам на 4-х болтах нормальной точности. Узел 16
2.440-1.1 18 КМ Шарнирные узлы. Крепление балок к колоннам на 5-и болтах нормальной точности. Узел 17
2.440-1.1 19 КМ Шарнирные узлы. Крепление балок к колоннам на 6-и болтах нормальной точности. Узел 18
2.440-1.1 20 КМ Шарнирные узлы. Крепление балок к колоннам на 7-и болтах нормальной точности. Узел 19
2.440-1.1 21 КМ Шарнирные узлы. Крепление балок к балкам на 2-х болтах нормальной точности. Узел 20
2.440-1.1 22 КМ Шарнирные узлы. Крепление балок к балкам на 3-х болтах нормальной точности. Узел 21
2.440-1.1 23 КМ Шарнирные узлы. Крепление балок к балкам на 4-х болтах нормальной точности. Узел 22
2.440-1.1 24 КМ Шарнирные узлы. Крепление балок к балкам на 5-и болтах нормальной точности. Узел 23
2.440-1.1 25 КМ Шарнирные узлы. Крепление балок к балкам на 6-и болтах нормальной точности. Узел 24
2.440-1.1 26 КМ Шарнирные узлы. Крепление балок к балкам на 7-и болтах нормальной точности. Узел 25
2.440-1.1 27 КМ Шарнирные узлы. Крепление балок к балкам на 2-х болтах нормальной точности. Узел 26
2.440-1.1 28 КМ Шарнирные узлы. Крепление балок к балкам на 3-х болтах нормальной точности. Узел 27
2.440-1.1 29 КМ Шарнирные узлы. Крепление балок к балкам на 4-х болтах нормальной точности. Узел 28
2.440-1.1 30 КМ Шарнирные узлы. Крепление балок к колоннам на 2-х болтах нормальной точности. Узел 29
2.440-1.1 31 КМ Шарнирные узлы. Крепление балок к колоннам на 3-х болтах нормальной точности. Узел 30
2.440-1.1 32 КМ Шарнирные узлы. Крепление балок к колоннам на 4-х болтах нормальной точности. Узел 31
2.440-1.1 33 КМ Шарнирные узлы. Крепление балок к колоннам на 5-и болтах нормальной точности. Узел 32
2.440-1.1 34 КМ Шарнирные узлы. Крепление балок к колоннам на 6-и болтах нормальной точности. Узел 33
2.440-1.1 35 КМ Шарнирные узлы. Крепление балок к колоннам на 7-и болтах нормальной точности. Узел 34
2.440-1.1 36 КМ Шарнирные узлы. Опирание балок на кирпичные стены. Узлы 35-38
2.440-1.1 37 КМ Рамные узлы. Общий вид и таблица характеристик узла 39
2.440-1.1 38 КМ Рамные узлы. Общий вид и таблица характеристик узла 40
2.440-1.1 39 КМ Рамные узлы. Узлы 39, 40
2.440-1.1 40 КМ Рамные узлы. Общий вид и таблица характеристик узла 41
2.440-1.1 41 КМ Рамные узлы. Общий вид и таблица характеристик узла 42
2.440-1.1 42 КМ Рамные узлы. Узлы 41, 42
2.440-1.1 43 КМ Рамные узлы. Детали узлов 39-42
2.440-1.1 44 КМ Рамные узлы. Таблица характеристик деталей узлов 39-42
2.440-1.1 45 КМ Рамные узлы. Опорные столики для ригелей в узлах 39-42, 44, 45
2.440-1.1 46 КМ Рамные узлы. Общий вид узла 43. Таблица характеристик узлов 43, 44
2.440-1.1 47 КМ Рамные узлы. Общий вид и таблица характеристик узла 44
2.440-1.1 48 КМ Рамные узлы. Узлы 43, 44. Вертикальные накладки по стенкам ригелей в узле 43. Таблица характеристик накладок
2.440-1.1 49 КМ Рамные узлы. Горизонтальны накладки по поясам ригелей в узлах 43, 44. Таблица характеристик накладок
2.440-1.1 50 КМ Рамные узлы. Общий вид и таблица характеристик узла 45
2.440-1.1 51 КМ Рамные узлы. Узел 45. Горизонтальны накладки по поясам ригелей. Таблица характеристик накладок
2.440-1.1 52 КМ Рамные узлы. Таблица для подбора горизонтальных ребер жесткости в колоннах
2.440-1.1 53 КМ Рамные узлы. Горизонтальные ребра жесткости в колоннах. Таблица характеристик ребер
2.440-1.1 54 КМ Рамные узлы. Накладные ребра жесткости
2.440-1.1 55 КМ Рамные узлы. Таблица несущей способности колонн по прочности
2.440-1.1 56 КМ Рамные узлы. Таблица несущей способности ригелей по прочности

Для устройства каркасов одноэтажных и многоэтажных промышленных зданий применяют железобетонные и стальные колонны.

Железобетонные колонны одноэтажных промышленных зданий (рис. 20.7) могут быть с консолями и без них (если отсутствуют мостовые краны). По расположению в плане их подразделяют

па колонны средних и крайних рядов. В зависимости от поперечного сечения колонны бывают прямоугольные, таврового профиля и двухветвевые. Размеры поперечного сечения зависят от величины действующих нагрузок. Применяют следующие унифицированные размеры сечений колонн: 400×400, 400×600, 400×800. 500×500; 500×600 и 500×800 мм — для прямоугольных; 400×600 и 400×800 мм — для тавровых и 400×1000, 500×1000, 500×1300, 500×1400, 500×1500, 600×1400, 600×1900 и 600×2400 мм — для двухветвевых. Колонны могут состоять из нескольких частей, которые собирают на строительной площадке.

Колонны с консолями состоят из надкрановой и подкрановой ветвей. Сечение над крановых ветвей чаще всего квадратное или прямоугольное: 400× ×400 или 500×500 мм. Для изготовления колонн применяют бетой марок 200 – 500арматуру различных классов.

Длину колонн принимают с учетом высоты цеха и глубины их заделки в фундамент, которая может быть: для колонн прямоугольного сечения без мостовых крапов — 750 мм, для колонн прямоугольного и двутаврового сечения с мостовыми крапами — 850 мм; для двухветвевых колонн — 900- 1200 мм.

Кроме основных колонн для устройства фахверков используют фахверковые колонны. Их устанавливают вдоль здания при шаге крайних колони 12 м и размере панелей, стен 6 м, а также в торцах зданий.

Для устройства каркасов многоэтажных зданий используют железобетонные колонны высотой на один, два и три этажа. Сечение колони 400×400 и 400×600 мм (рис. 20.8). Изготовляют колонны из бетона марок 200-500 и армируют стальными каркасами. Сопряжение ригелей с колоннами может быть консольным и бесконсольным. Стыки колонн устраивают на 600 – 1000 мм выше перекрытия.

Стальные колонны одноэтажных зданий могут иметь постоянное по высоте сечение и переменное. В свою очередь, колонны с переменным сечением могут иметь подкрановую часть сплошного и сквозного сечения (рис. 20.9).

Сквозные колонны подразделяют на колонны с ветвями, соединенными связями, и колонны раздельные, которые состоят из независимо работающих шатровой и подкрановой ветвей (рис. 20.9, д). Колонны постоянного сечения используют в случае применения кранов грузоподъемностью до 20 т и при высоте здания до 9,6 м.

В случаях, когда колонны в основном работают на центральное сжатие, при­меняют колонны сплошного сечения. Для изготовления сплошных колонн применяют широкополочный прокатный или сплошной двутавр, а для сквозных колонн могут быть использованы также двутавры, швеллеры и уголки.

Раздельные колонны устраивают в зданиях с тяжелыми мостовыми кранами (125 т и выше). В нижней части колонн для сопряжения с фундаментами предусматривают стальные базы (башмаки). Базы к фупдаментам крепят анкерными болтами, закладываемыми в фундамент при их изготовлении. Нижняя опорная часть колонны вместе с базой покрывается слоем бетона.

Жесткость неустойчивость зданий достигаются установкой системы верти­кальных и горизонтальных связей. Так, для снижения и перераспределения возникающих усилий в элементах каркаса от температурных и других воз­действий здание разбивают на температурные блоки и в середине каждого блока устраивают вертикальные связи между колоннами: при шаге колонн 6 м — крестовые; при шаге колонн 12 м — портальные (рис. 20.10). Связи выполняют из уголков или швеллеров и приваривают к закладным частям колонн.

Для обеспечения работы мостовых кранов на консоли колонн монтируют подкрановые балки, на которые укладывают рельсы. Подкрановые балки также обеспечивают дополнительную пространственную жесткость здания. Подкрановые балки могут быть железобетонные и стальные.

Железобетонные подкрановые балки применяют при шаге колони 6 и 12 м, по сравнительно редко, так как они имеют значительную массу, расход бетона и арматуры. Балки могут иметь тавровое (для длины 6 м) и двутавровое сечение с утолщением стенок только на опорах.


К колоннам железобетонные подкрановые балки крепят сваркой закладных деталей и анкерными болтами (рис. 20.11). После тщательной установки и выверки гайки на анкерных болтах заваривают. Рельсы к балкам присоединяют прижимными лапками, которые располагают через 750 мм. В концах подкрановых путей устанавливают стальные упоры — ограничители, которые снабжаются амортизаторами-буферами из деревянного бруса.

Более эффективными по сравнению с железобетонными являются стальные подкрановые балки, которые подразделяются на разрезные и неразрезные. Они более просты в изготовлении и при монтаже. По типу сечения подкрановые балки могут быть сквозными (решетчатыми) и сплошными.

Балки сплошного сечения (рис. 20.12) изготовляют в виде двутавра (прокат­ного профиля или составленного из трех листов стали с ребрами жесткости). Элементы сечения балок соединяют сваркой. Иногда изготовляют клепаные балки.

Сквозные подкрановые балки в виде шпренгельных систем применяют в зда­ниях с шагом колонн 12 м и более при кранах среднего и легкого режимов работы грузоподъемностью до 75 т.

Высоту балок определяют по расчету, и она может быть от 650 до 2050 мм с градацией размеров через 200 мм.

Крепление рельсов к балкам может быть неподвижным и подвижным. Неподвижное крепление осуществляется путем приварки рельса к верхней полке балки при кранах грузоподъемностью до 30 т. Подвижное крепление, осуществляемое чаще всего, производят с помощью скоб и прижимных лапок (рис. 20.12, в, г).


Если в качестве материалов для стен применяют кирпич или мелкие блоки, то для их опирания, а также в местах перепада высот смежных пролетов ис­пользуют обвязочные железобетонные балки (рис. 20.13, а). Их обычно уст­раивают над оконными проемами или лептами остекления.


Обвязочные балки длиной 5950 мм имеют высоту сечения 585 мм и ширину 200, 250 и 380 мм. Их устанавливают на опорные стальные столики и крепят к колоннам с помощью стальных планок, привариваемых к закладным элементам (рис. 20.13, б).

§ 20.4. Несущие конструкции покрытия

Несущие конструкции покрытия, являющиеся важнейшим конструктивным элементом здания, принимают в зависимости от величины пролета, характера и значений действующих нагрузок, вида грузоподъемного оборудования, характера производства и других факторов.

По характеру работы несущие конструкции покрытия бывают плоскостные и пространственные. По материалу конструкции покрытия делят на железобе­тонные, металлические, деревянные и комбинированные.

В связи с характером работы эти конструкции должны отвечать требованиям прочности, устойчивости, долговечности, архитектурно-художественным и экономическим. Поэтому при выборе несущих конструкций покрытия производят тщательный технико-экономический анализ нескольких вариантов. Так, железобетонные конструкции огнестойки, долговечны и часто более экономичны по сравнению со стальными. Стальные же имеют относительно небольшую массу, просты в изготовлении и монтаже, имеют высокую степень сборности. Деревянные конструкции обладают легкостью, относительно небольшой стои­мостью и при соответствующей защите — приемлемой огнестойкостью и дол­говечностью. Весьма эффективны и комбинированные конструкции, состоящие из нескольких видов материалов. При этом важно, чтобы каждый материал работал в тех условиях, которые являются самыми благоприятными для него. Ниже рассмотрены основные виды несущих конструкций покрытий.

Железобетонные балки (рис. 20.14) применяют при пролетах до 18 м. Они могут быть односкатными и двускатными. Для их изготовления используют бетон кл. В15÷В40и обычное или предварительно напряженное армирование. На верхнем поясе балок предусматривают закладные детали для крепления панелей покрытия или прогонов. Балки крепят к колоннам сваркой закладных деталей (рис. 20.14, д).

Более эффективными по сравнению с балками являются железобетонные фермы, которые используют в зданиях пролетом 18, 24, 30 и 36 м (рис. 20.15).

Они могут быть сегментные, арочные, с параллельными поясами, треугольные и др. Между нижним и верхним поясами ферм располагают систему стоек и раскосов. Решетка ферм предусматривается таким образом, чтобы плиты перекрытий шириной 1,5 и 3 м опирались на фермы в узлах стоек и раскосов.

Широкое применение получили сегментные безраскосные железобетонные фермы пролетом 18 и 24 м. Для уменьшения уклона покрытия для многопролетных зданий предусматривают устройство на верхнем поясе таких ферм специальных стоек (столбиков), на которые опирают панели покрытия

Изготовляют фермы из бетона кл. В22,5-В30.


Крепят фермы к колоннам болтами и сваркой закладных элементов.

При шаге стропильных ферм и балок 6 м и шаге колонн средних рядов 12 м используют подстропильные железобетонные фермы и балки. На рис. 20.15,5 показан фрагмент опирания подстропильной фермы на колонну и стропильной на подстропильную.

Более эффективными несущими конструкциями покрытий являются стальные стропильные и подстропильные фермы (рис. 20.16). Стропильные фермы применяют для пролетов 18, 24, 30, 36 м и более при шаге 6, 12, 18 м и более.

Пояса и решетку ферм конструируют из уголков или труб соединяют между собой сваркой с помощью фасонок из листовой стали. Сечения полок поясов, стоек и раскосов принимают по расчету.

Высоту на опоре ферм с параллельными поясами принимают 2550- 3750 мм, полигональных — 2200 мм, треугольных — 450 мм.

Сопряжение ферм с колоннами в большинстве случаев делают шарнирное с помощью надопорной стойки двутаврового сечения. Стойки крепят к стальным и железобетонным колоннам анкерными болтами, а пояса ферм к стойкам — черными болтами (рис. 20.16, б).

Для многоэтажных промышленных зданий применяют балочные и безба­лочные перекрытия. Балки перекрытий (ригели) изготовляют из бетона марок



200-400 координационными пролетами б и 9 м унифицированной высотой сечения 0,8 м. Балки могут иметь прямоугольное и тавровое сечения (рис. 20.17). Ригели прямоугольного сечения применяют при больших нагрузках. Сопряжение с колонной осуществляется путем опирания ригеля на консоль колонны. При нагрузках на перекрытия более 25 кПа применяют ригели высотой 1,0 и 1,2 м и плиты перекрытия шириной 0,75 м, высотой 0,45 м либо коробчатый настил.


Если многоэтажное здание проектируется с сеткой колонн 12×12 м, то применяют каркас рамного типа (сборный или монолитный) со сборными пе­рекрытиями из коробчатого настила высотой 0,6 м.

Для многоэтажных зданий со сборным безбалочным каркасом с сеткой ко­лонн 6×6 м применяют плоские плиты перекрытий сплошного сечения (надко-лонные и пролетные) толщиной 150 или 180 мм. Надколонные плиты устанав­ливаются выступами в гнезда капители, предусмотренные по ее периметру, с образованием после замоноличивания железобетонных шпонок.

В зданиях с нормальным температурно-влажностным режимом, а также с агрессивной по отношению к другим конструкциям средой используют деревянные фермы и балки. Деревянные балки пролетом до 18 м, клеенные из досок, изготовляют прямоугольного или двутаврового сечений высотой на опоре 450-1300 мм с уклоном 1:10 и 1:20. Балки с фанерной стенкой могут иметь двутавровое или коробчатое сечение.

Деревянные фермы могут быть сегментные, многоугольные, трапециевидные и треугольные.

Весьма эффективными являются армодеревянные конструкции покрытия (рис. 20.18) прямоугольного, таврового, двутаврового или коробчатого сечения. Если коэффициент армирования сечения 0,01-0,04, то несущая способность и жесткость деревянных балок повышается более чем в два раза.


Армируют деревянные элементы стальными стержнями и соединяют с древесиной эпоксидным клеем.

Для обеспечения устройства помещений, имеющих значительные размеры, используют конструкции покрытий большепролетные и пространственные. Покрытия в большепролетных зданиях бывают плоскостные, пространственные и висячие.

Большепролетными плоскостными покрытиями являются железобетонные и стальные фермы (рис. 20.19). Железобетонные фермы пролетом до 96 м изготовляют из бетона кл. В30 предварительно напряженным нижним поясом. Используют также сборные и монолитные рамы и арки, имеющие различные пролеты.



Пространственные покрытия выполняют из плоскостных элементов, моно­литно связанных между собой и работающих как цельная конструкция, или в виде оболочек (рис. 20.20). Оболочки, которые могут перекрыть большие пролеты, имеют незначительную толщину 30-100 мм, так как бетон в этом случае работает в основном на сжатие.


Оболочки могут быть цилиндрические, купольные, параболоидные и др. Хорошие показатели имеет покрытие из длинных цилиндрических оболочек, применяемых при сетке колонн 12×24 м и более.

Устраивают также висячие покрытия, которые работают на растяжение (рис. 20.21). Висячие конструкции делятся на вантовые и собственно висячие.

Несущими элементами в вантовых покрытиях являются тросы и вантовые прямолинейные элементы. В качестве настилов используют аллюминиево-пластмассовые панели, коробчатые настилы из стеклопластиков и сотовые па­нели. Вантовые покрытия могут быть пролетом 100 м и более.

В собственно висячих покрытиях несущими конструкциями являются мем­браны и гибкие нити, криволинейно очерченные под действием приложенной к ним нагрузки.

В промышленном строительстве широко используют и пневматические кон­струкции.

  • Шпоры по муниципальному праву (Шпаргалка)
  • Шпоры по БЖД (Документ)
  • Шпоры по конструкциям из дерева и пластмасс (Шпаргалка)
  • Шпоры по химии для подготовки к ГОСам (Документ)
  • Шпоры — Металлические конструкции (50 вопросов) (Шпаргалка)
  • n1.doc

    23 Балки и балочные конструкции, классификация

    Наиболее распространенный элемент стальных конструкций, работающий на изгиб.

    Область применения балок очень широка: от небольших элементов рабочих площадок, междуэтажных перекрытий производственных или гражданских зданий до большепролетных балок покрытий, мостов, тяжело нагруженных подкрановых балок и так называемых «хребтовых» балок для подвески котлов в современных тепловых электростанциях.

    Классификация:

    1.По статической схеме: 1.однопролётные (разрезные) — более лёгкий монтаж и изготовление. 2.многопролётные (неразрезные) – меньший расход металла на 20%.3.консольные (разрезные, неразрезные).

    2.По типу сечения:1.прокатные.2.составные (сварные, клёпаные, болтовые).

    Чаще в строительстве – двутавровые сечения (удобство в компановке, технологичны и экономичны по расходу материала). Экономическая эффективность сечений связана с их тонкостенностью.

    Мерой эффективности, т. е. выгодности сечения бал­ки как конструкции, работающей на изгиб, является отношение момен­та сопротивления к площади сечения, равное ядровому расстоянию p = W / A .

    Сравнение ядровых расстояний круглого, прямоугольного и двутаврового сечений, приведенное на рис, показывает, что двутавровое сечение выгоднее прямоугольного в 2 и круглого в 3 раза, так как в этом сечении распределение материала наилучшим образом соответствует распределению нормальных напряжений от изгиба балки.

    В строительстве нашли применение тонкостенные балки, балки из гнутых профилей, прессованные, составные из алюминиевых сплавов, а также бистальные балки, т. е. балки, сваренные из двух марок стали, и балки предварительно напряженные.

    24 Балочные клетки, узлы сопряжения

    Балочные клетки подразделяют на три основных типа: упрощенный (а), нормальный (б) и усложненный (в).


    В упрощенной балочной клетке нагрузка на перекрытие передается через настил на балки настила, располагаемые обычно параллельно меньшей стороне перекрытия на расстояниях а (шаг балок) и через них на стены или другие несущие конструкции, ограничивающие площадку. Из-за небольшой несущей способности настила поддерживающие его балки приходится ставить часто, что рационально лишь при небольших пролетах.

    В нормальной балочной клетке нагрузка с настила передается на балки настила, которые в свою очередь передают ее на главные балки, опирающиеся на колонны, стены или другие несущие конструкции, ограничивающие площадку. Балки настила обычно принимают прокатными.

    В усложненной балочной клетке вводятся вспомогательные балки, располагаемые между балками настила и главными балками, передающими нагрузку на колонны. В этом типе балочной клетки нагрузка передается на опоры наиболее длинно. Балки настила и вспомогательные балки обычно принимаются прокатными.

    Выбор типа балочной клетки связан с вопросом о сопряжении балок между собой по высоте. Сопряжение балок может быть этажное, в одном уровне и пониженное.

    При этажном сопряжении (а) балки, непосредственно поддерживающие настил, укладываются на главные или вспомогательные. Это наиболее простой и удобный в монтажном отношении способ сопряжения балок, но он требует наибольшей строительной высоты.

    При сопряжении в одном уровне (б) верхние полки балок настила и главных балок располагаются в одном уровне, а на них опирается настил. Этот способ позволяет увеличить высоту главной балки при заданной строительной высоте перекрытия, но существенно усложняет конструкцию опирания балок.

    Пониженное сопряжение (в) применяется в балочных клетках усложненного типа. В нем вспомогательные балки примыкают к главной ниже уровня верхнего пояса, на них поэтажно укладывают балки с настилом. Этот тип сопряжения, так же как и сопряжение в одном уровне, позволяет иметь наибольшую высоту главной балки при заданной строительной высоте перекрытия.

    Все рассмотренные сопряжения балок работают как шарнирные. При необходимости жесткого сопряжения балок вводят «рыбки» (при одинаковой высоте балок) или «рыбку» и столик (при различной высоте балок). В таком сопряжении возникает не только поперечная сила, передающаяся на болты, прикрепляющие стенку вспомогательной балки к ребру главной балки или непосредственно на столик, но и опорный момент, передающийся через специальные наклад ки-рыбки или через «рыбку» и столик.
    25 Подбор сечения прокатных балок

    Максимальный изгибающий момент в балке:

    М мах = ql 2 /8 , где l – длина балки, q – расчетная нагрузка на балку

    Требуемый момент сопротивления:

    W тр = M max / ? c R y , где? c -коэфф. условия работы, R y -расчётное сопротивление стали

    Выбираем двутавр по W>W red => номер двутавра, швеллера или др.

    1. Проверка прочности принятого сечения не производится, т.к. W x >W тр.

    2. Производим проверку жесткости (прогиба): f/l = (5q н *l 3)/(384EJ x)?

    – относительная предельная деформация, Е – модуль упругости стали

    3.проверка на выносливость: ? max ??R y ? y , где?-коэфф., учитывающий количество циклов загружения, R y -расчётное сопротивление усталости, ? y -коэфф., учитывающий вид нагруженного состояния.

    4.Проверка на прочность с учётом хрупкого разрушения? max ??R u /? u , ? max -наибольшее растягивающее напряжение, ?-коэфф., зависящий от t эксплуатации и вида концентрата напряжений.
    26 Подбор сечения сварных балок


    Высота балки определяется из двух условий: а) h?h min , б) h?h opt

    Минимальная высота, обеспечивающая условие выполнения обеспечения относительного прогиба:


    , где R y – расчетное сопротивление, l – длина балки, Е – модель упругости, = 400 – величина, обратная допустимому прогибу

    Оптимальная высота главной балки

    , где k = 1,1 – коэффициент, учитывающий конструкцию главной балки (сварная)

    Требуемый момент сопротивления W тр = M max /с*R y

    T w = 7+3*h min , где h min – в метрах, t w — в миллиметрах.

    Окончательно высота принимается из условия:

    H?h w + 2t f , где h w – высота стенки балки, принимаемая по сортаменту на листовую сталь, t f = 20…30 мм.

    Компоновка сечения

    Толщина стенки определяется из 2 условий:


    1. Обеспечение прочности стенки на срез:

    ; где R s = 0,58 R y – расчетное сопротивление стали срезу.

    2) t w ? 7+3*h, где h – принятая фактическая высота балки в метрах; t w – в миллиметрах.

    Принимаем t w по ГОСТам на полосовую сталь.

    Определение ширины поясного листа

    Требуемая площадь одного поясного листа:

    A f тр = (W тр /h) — (t w *h/6)

    Требуемая ширина пояса:

    B f тр = A f тр /t f

    Для обеспечения устойчивости пояса должны выполняться условия:

    1)

    2)

    ,

    , где — свес пояса

    Геометрические характеристики принятого сечения



    Проверка подобранного сечения на прочность:



    27 Изменение сечения сварных балок

    Если оставить сечение балки постоянным по длине, то везде где изгибающие моменты меньше расчетного, сечения будут недогружены, а балка в целом неэкономична. Для экономии металла целесообразно менять сечения балки в соответствии с эпюрой изгибающих моментов.

    Наиболее целесообразно изменять ширину поясов.

    Место изменения сечения для шарнирно опертой балки под равномерно рас­пределенной нагрузкой находится на расстоянии x = l/6 от опоры. Для балки, нагруженной сосредоточенной силой посредине, это расстояние равно x = l/4.

    Требуемый момент сопротивления измененного сечения:

    W№ x тр = M№/R wy , где R wy = R y – расчетное сопротивление наплавляемого металла в сварном шве, при условии полного контроля за качеством шва; M№ — изгибающий момент в месте изменения сечения.

    Расчетные усилия в месте изменения сечения:


    Требуемый момент инерции сечения в месте изменения:

    J№ x тр = W№ тр *h/2

    Требуемый момент инерции поясов в месте изменения сечения:

    J№ f тр = J№ x тр — J w , где J w – момент инерции стенки

    Требуемая площадь сечения одного поясного листа в месте изменения сечения:


    , где h f – расстояние между центрами тяжести поясных листов

    Требуемая ширина поясного листа в месте изменения сечения:

    B№ f тр = A№ f тр /t f

    Для обеспечения прочности измененного сечения должно выполняться условие: W№ x >W№ x тр

    Фактические характеристики измененного сечения:

    J№ x = J w +2*A№ f тр (h- t f) 2

    W№ x = J№ x /(h/2)
    28 Обеспечение общей устойчивости сварных балок

    Общую устойчивость составных балок проверяют по формуле М/? б Wc?R? где? б для двутавровых составных балок, имеющих две оси симметрии, так же как в прокатных балках, вычисляют по

    , которое в свою очередь определяют в функции коэффициента?. Необходимый для определения? параметр?, зависящий от сопротивления балки кручению, для составных балок вычисляют по формуле?=8(l 0 t п /h 0 b п) 2 (1+ at ст 3 /b п t п 3), где l 0 — расчетная длина сжатого пояса балки, закрепленного от поперечных смещений; a = 0,5h 0 ; h 0 — расстояние (высота) между осями поясных листов; b п и t п — соответственно ширина и толщина сжатого пояса; t ст — толщина стенки балки.

    Для балок, имеющих сечение, отличное от двутавра, имеющего две оси симметрии, проверка устойчивости имеет свои особенности и должна проводиться в соответствии с указаниями СНиП. Общую устойчивость балок можно не проверять при передаче нагрузки через сплошной жесткий настил, непрерывно опирающийся на сжатый пояс балки и надежно с ним связанный, а также при удовлетворении условий формулы об отношении расчетной длины к ширине сжатого пояса.
    29 Обеспечение местной устойчивости сварных балок

    Местное выпучивание отдельных элементов конструкций под действием сжимающих нормальных или касательных напряжений называется потерей местной устойчивости.

    В балках потерять устойчивость могут сжатый пояс от действия нормальных напряжений и стенка от действия касательных или нормальных напряжений, а также и от их совместного действия. Потеря устойчивости одним из элементов балки полностью или частично выводит его из работы, рабочее сечение балки уменьшается, часто становится несимметричным, центр изгиба смещается, и это может привести к преждевременной потере несущей способности всей балки.

    Общее выражение для критического напряжения

    Элементы балки могут потерять устойчивость, только если действующие в балке напряжения или их совместное воздействие больше критических напряжений потери устойчивости. Поэтому нежелательно, чтобы? кр были меньше расчетных значений материала по прочности и потеря устойчивости происходила раньше потери несущей способности балки по прочности, так как при этом недоиспользовалась бы прочность материала, что неэкономично.

    Устойчивость сжатого пояса. Специальные конструктивные мероприятия по обеспечению увеличения ширины свеса нецелесообразны.

    Устойчивость стенки. Стенка представляет собой длинную тонкую пластину, испытывающую действие касательных и нормальных напряжений, которые могут вызвать потерю ее устойчивости. Но устойчивости стенки обычно добиваются не увеличением ее толщины, а укреплением ее специальными ребрами жесткости, расположенными нормально к поверхности выпучивания листа и увеличивающими жесткость стенки.

    Ребра жесткости делят стенку на отсеки (панели), которые могут потерять устойчивость независимо один от другого.

    Ребро в средней третьей части пролета главной балки устанавливается под каждой вышеуложенной балкой, а также под ближайшей к опоре балкой. В крайних третях гл балки ребра жесткости ставятся под прокатными балками с шагом a?h ? . Размеры ребра жесткости принимаются по сортаменту на полосовую сталь, при этом ширина ребра жесткости b s не должна превышать b f /2.
    30 Проверка устойчивости стенки сварной балки

    Для обеспечения устойчивости стенки вдоль пролёта балки к стенке привариваются поперечные двусторонние рёбра жёсткости.

    Устойчивость стенок на скручивание можно не проверять, при отношении:

    Проверка местной устойчивости стенки

    Расчет на устойчивость стенок балок симметричного сечения при наличии местного напряжения

    следует выполнять по формуле


    ,

    Где

    — определяют согласно требованиям СНиП

    Определяем фактические напряжения для проверки устойчивости стенки балки

    и

    Фактическое значение нормативных напряжений на уровне верха стенки определяем по формуле:


    Для проверки местной устойчивости принимаем среднее значение касательных напряжений при условии, что они воспринимаются только стенкой:


    Местное напряжение

    в стенке под сосредоточенной нагрузкой


    ,

    Где F – расчетное значение нагрузки, — условная длина распределения нагрузки, определяемая в зависимости от условий опирания,

    Критическое напряжение определяем по формуле:


    , где — условная гибкость стенки


    Значения


    , где — коэффициент, зависящий от? и отношения a/h ef


    ,



    31 Расчет узла опирания балки на колонну сверху


    Сопряжение балок со стальными колоннами может быть или шарнирным, передающим только опорную реакцию балки, или жестким, передающим на колонну кроме опорной реакции еще и момент защемления балки в колонне. Шарнирное соединение широко применяется в большинстве балочных конструкций, жесткое — в каркасах многоэтажных зданий.

    Конец балки в месте опирания ее на опору укрепляют опорными ребрами, считая при этом, что вся опорная реакция передается с балки на опору через эти ребра жесткости Ребра жесткости для передачи опорной реакции надежно прикрепляют к стенке сварными швами, а торец ребер жесткости либо плотно пригоняют к нижнему поясу балки, либо строгают для непосредственной передачи опорного давления на стальную колонну. Для правильной передачи давления на колонну центр опорной поверхности ребра надо совмещать с осью полки колонны.

    Размер опорных ребер жесткости определяют обычно из расчета на смятие торца ребра

    Выступающая вниз часть опорного ребра обычно принимается 15-20 мм.

    Помимо проверки на смятие торца опорного ребра производится также проверка опорного участка балки на устойчивость из плоскости балки как условного опорного стержня, включающего в площадь расчетного сечения опорные ребра и часть стенки балки шириной по 0,65 в каждую сторону и длиной, равной высоте стенки балки: где? — коэффициент продольного изгиба стойки с гибкостью (? = h CT / iz ), определен­ной относительно оси z , совпадающей с профильной осью балки.

    Прикрепление опорных ребер к стенке балки сварными швами должно быть рассчитано на полную опорную реакцию балки с учетом максимальной рабочей длины сварного шва.
    31Расчет опорных ребер жесткости


    Ширина опорного ребра: b d = b 1 f = 20 см.

    Требуемая площадь сечения опорного ребра:


    , где Q max – опорная реакция в главной балке; R p – расчётное сопротивление смятию торцовой поверхности.


    ,

    — нормативное сопротивление по пределу прочности, — коэффициент надежности по материалу.

    Требуемая толщина опорного ребра:

    T d = A d /b d , где b d =b f

    Окончательно t d принимается по сортаменту на листовую сталь. Кроме смятия опорное ребро работает на сжатие и требуется проверка устойчивости условной стойки. В сечение условной стойки входят опорное ребро и часть стенки.


    Длина этой части стенки определяется по формуле:

    Площадь сечения условной стойки находится по формуле:

    Проверка устойчивости сводится к выполнению условия  = Q max /(*A s) ? R y ; где  — коэффициент продольного изгиба. Принимается в зависимости от гибкости  z:

     z = h w /i z , где i z — радиус инерции сечения условной стойки,


    J z — момент инерции сечения условной стойки


    32 Расчет узла опирания балки на колонну сбоку и на кирпичные стены

    Шарнирное примыкания балки к колонне:

    При шарнирном прикреплении балки к колонне опорная реакция передается через опорный столик, который в зависимости от нагрузки выполняется из листа толщиной 25-40 мм или из неравнополочного уголка со срезанной меньшей полкой, или из сварного столика таврового сечения. Швы, крепящие опорный столик, рассчитываются на срез или на срез и изгиб с учетом коэффициента условий работы, равным 0,65. Болты в соединении ставятся конструктивно.

    Жесткое крепление балок к колоннам предусматривают в случае проектирования рамного каркаса или когда балка перекрытия выполняет одновременно и функцию балки-распорки в вертикальных связях каркаса. При жестком креплении верхняя и нижняя полки балки при помощи горизонтальных планок или косынок вертикальных связей прикрепляют к колоннам жестко, что препятствует повороту балки в опорном узле.

    Стыковые планки и косынки воспринимают горизонтальные составляющие силы S=M/h, возникающие от действия изгибающего момента в опорном узле. Опорная реакция при жестком креплении балки передается на колонну способом, аналогичным передаче опорной реакции при шарнирном креплении балки к колонне. Применение жесткого узла более трудоемко по сравнению с шарнирным, но позволяет снизить расход металла.
    33 Расчет узла сопряжения главной балки с прокатными балками

    Сопряжения главных и второстепенных балок между собой бывают: этажные, в одном уровне верхних поясов и с пониженным расположением верхних поясов второстепенных балок
    б) на смятие


    , где R bp – расчетное сопротивление на смятие,

    – толщина ребра жесткости.

    Сравниваем результаты расчетов, выбираем меньшее. Требуемое количество болтов в соединении:


    34 Расчет угловых сварных швов в балках

    Соединение поясов со стенкой в сварных балках осуществляют непрерывными угловыми швами. Поясные сварные швы воспринимают сдвигающее усилие между поясом и стенкой. Оно вызывается поперечной силой Q действующей на опорах или в местах приложения сосредоточенных нагрузок.

    Сдвигающее усилие, приходящееся на единицу длины пояса, получим умножением касательных напряжений на толщину стенки:

    , где S –статический момент пояса относительно нейтральной оси, I – момент инерции сечения балки.

    — коэффициент условий работы;


    — при двусторонних швах;

    — расчетная поперечная сила.

    Катет шва должен быть не менее минимального рекомендуемого значения в зависимости от толщины пояса

    . Толщина шва принимается постоянной по длине.
    35 Монтажный стык главной балки на сварке

    В отличие от заводского, монтажный стык выполняется в одном сечении. Требования к шву и его расчет аналогичны заводским. Швы рекомендуется выполнить двусторонней сваркой.

    В монтажном стыке могут возникать значительные сварочные напряжения. Для их снижения необходимо соблюдать последовательность сварки: Вначале сваривается стенка. При остывании шва стенка свободно деформируется и сварочные напряжения не возникают. Затем свариваются поясные листы. Здесь деформации стеснены, и возникают сварочные напряжения. Однако на участке, где не выполнены поясные швы, стенка и пояса деформируются независимо друг от друга. Длина участков принимается не более 500 мм. Они завариваются в последнюю очередь. Стык растянутого пояса, как правило, выполняют косым швом.

    Если на монтажной площадке имеется возможность применения физических методов контроля качества швов и концы швов выводятся за их пределы, то все швы стыка и основной металл считаются равно прочными. При соблюдении этих условий монтажный стык можно размещать в любом месте балки без расчета.

    Наиболее просто и удобно простое соединение балок встык и при ручной сварке расчетное сопротивление сварного шва встык на растяжение меньше расчетного сопр основного металла

    M св стыка = M max R св /R?0,85M max

    В сечениях, где действ-т больший изгиб момент, делают прямое соединение балок в стык, а полки усиливают накладками.

    Считают изгибающие моменты

    M =WR св + N н h н,

    В накладках определяют расчетные усилия,

    N н =(M-WR св)/h н, h н – расстояние между осями накладок, N н – усилие в накладке, W – момент сопротивления сечения балки

    А затем площадь поперечного сечения накладки

    A=N н /R св
    36 Монтажный стык главной балки на высокопрочных болтах

    В таких стыках каждый пояс балки желательно перекрывать тремя накладками с двух сторон, а стенку — двумя вертикальными накладками, площадь сечения которых должна быть не меньше площади сечения перекрываемого ими элемента.

    Стык пояса:

    Суммарная площадь накладок: A н?А f

    Максимальная продольная сила, воспринимаемая поясом: N = A f *R y

    Несущая способность одного среза болта Q bn = 0,7R bun *? b *A bn * ?/ ? n , где R bun – расчетное сопротивление болта срезу; ? b – коэффициент условия работы соединения; A bn – площадь сечения одного болта «нетто»; ? – коэффициент трения.

    Количество болтов с одной стороны стыка: n = N/ (? с *m тр *Q bn), где? с – коэффициент, учитывающий назначение конструкции; m тр – число плоскостей трения в стыке пояса.

    Болты с каждой стороны стыка расставляются симметрично относительно стенки главной балки. Длина накладок принимается в зависимости от шага болтов и должна быть кратна 10 миллиметрам.

    Расчет и конструирование стыка стенки:

    Стык стенки перекрывается двумя накладками с применением тех же высокопрочных болтов, что и стык поясов. Стык должен воспринять изгибающий момент, который приходится на стенку балки: M w = M max *J w /J x , где M max – момент в середине пролета главной балки; J w – момент инерции стенки; J x – момент инерции сечения балки в середине пролета.

    Болты в стыке расставляются вертикальными и горизонтальными рядами. Максимально загруженные болты находятся в дальних от нейтральной оси (Н.О.) горизонтальных рядах. Расчетное усилие в наиболее удалённом от Н.О. горизонтальном ряду: N max = M w *h max /(m*h i 2).

    Число болтов с каждой стороны стыка определяется методом подбора. Первоначально принимается с каждой стороны стыка по одному вертикальному ряду.

    h i 2 = h 1 2 + h 2 2 + h 3 2 + … + h max 2 ;

    M – число вертикальных рядов с каждой стороны стыка.

    Прочность стыка обеспечена, если выполняется условие: N max ? m тр *Q bh

    Сопряжения разделяют по конструктивному признаку на опирание сверху и примыкание сбоку (шарнирное или жесткое). Примыкание сбоку может осуществляться либо в виде фланцевого соединения, либо при помощи столиков. Шарнирное сопряжение передает только опорную реакцию, а жесткое передает, кроме опорной реакции, еще и опорный момент.

    Примеры опирания балок на колонны показаны на фигуре. Обычно в качестве непосредственной опоры, передающей опорное давление на колонну (или консоль), в балках пролетом до 25 — 30 м применяется плоская подушка (плита). На фигуре,а опорные ребра жесткости (опорные планки) поставлены по торцам балок и выпущены книзу на 10 — 15 мм. Фрезерованные (строганые) торцы этих планок фиксируют центральную передачу опорного давления. Нижний пояс балок не касается колонны, но притягивается к ней болтами.

    На фигуре наоборот, ребра жесткости расставлены, фиксируя передачу опорных давлений через опорные плиты на ветви колонны (из ). Толщина опорных плит обычно назначается конструктивно (если только плита не работает на изгиб) и принимается несколько большей, чем толщина пояса балки.


    На фигуре, а показано шарнирное примыкание (фланцевое) сбоку на болтах. Болты в этом креплении рассчитываются на срез от действия опорной реакции А, увеличенной на 20% (смотрите ). Применение черных болтов здесь возможно при опорной реакции примерно до 30 — 35 т. Сварной шов рассчитывается, как было указано выше, на совместное действие касательных и нормальных напряжений (смотрите ).

    Такое примыкание, как показали опыты, несмотря на расставленные по высоте балки болты, является шарнирным вследствие податливости всего соединения (отгиба полок уголков, податливости гаек, вытяжки болтов и т. д.). Для осуществления жесткого сопряжения необходимо прочно соединить пояса балки с опорной конструкцией.

    На фигуре б показан пример такого сопряжения, в котором нижний и верхний пояса присоединены к колонне горизонтальными планками. Это соединение выполнено для нижнего и верхнего поясов балки по-разному для того, чтобы избежать потолочной сварки при монтаже.

    Сопряжения по фигуре могут применяться лишь при статической нагрузке, так как они имеют щели, вокруг которых концентрируются напряжения, опасные при динамической нагрузке.


    На фигуре, а показано шарнирное примыкание балки к колонне сбоку при помощи опорного столика. Это очень простое сопряжение, удобное для монтажа. Опорным столиком обычно служит неравнобокий уголок, полученный путем обрезки части полки. Он воспринимает все опорное давление балки А, которое передается на колонну через швы.

    Однако расчетную длину шва l ш на одной стороне столика обычно определяют, исходя из усилия, равного 2/3А, ввиду возможной перегрузки одной стороны из-за неточности изготовления. Уголки, приваренные к стенке балки, — конструктивные; каждый из них прикрепляется к колонне двумя болтами.

    Опорные столики часто делают из толстого листа (δ = 25/30 мм). На фигуре,б показано жесткое сопряжение балки с колонной при помощи опорного столика из толстого листа. Это сопряжение способно воспринять не только опорное давление, передающееся на столик, но также и момент, передающийся с поясов балки на опорную планку (фланец), прикрепленную болтами к колонне. Линия оси упругого поворота узла (нейтральная линия), как показали исследования, проходит примерно на уровне нижнего пояса балки.

    Максимальное усилие в двух верхних болтах, расположенных на одной горизонтали и работающих на растяжение, определяется по формуле

    Нижнюю кромку опорной планки, выпущенной на 10 мм, строгают так же, как и верхнюю кромку опорного столика. Для полной обеспеченности передачи опорного давления на столик диаметр отверстий в планке назначают на 2 — 3 мм больше диаметра болтов, тем самым не допуская работы болтов на срез. Учитывая работу опорной планки не только на сжатие, но и на изгиб, ее следует делать достаточно толстой (около 16 — 20 мм).


    а — сварных;
    б — клепанных.

    На фигуре показаны примеры жесткого сопряжения второстепенных балок с главными. Опорный момент передается здесь по верхнему поясу через планку, называемую «рыбкой», а по нижнему поясу — через столик. Рыбка имеет уширение по сечению а — б, рассчитанное на восприятие полного усилия N = M/h.

    «Проектирование стальных конструкций»,
    К.К.Муханов

    На фигуре показаны стыки сварной составной балки. На фигуре, а показан заводской стык, у которого элементы поясов я стенки стыкуются вразбежку, а на фигуре, б — монтажный стык. Примененный здесь прямой стык стенки может быть устроен при ручной сварке и обычных способах контроля сварки в том сечении балки, где момент имеет значение Тогда напряжение в…

    На фигуре, а показан заводской стык стенки клепаной балки, перекрытый накладками на всю высоту стенки с двух сторон; на фигуре, б и в показаны заводские стыки поясных уголков и поясного листа. Основное правило устройства стыка заключается в перекрытии его стыковым элементом, площадь сечения которого не меньше площади стыкуемого элемента. На фигуре, г показан пример монтажного…

    Сопряжение балок со стальными колоннами осуществляется путем их опирания сверху или примыканием сбоку к вдвойне. Такое соединение может быть или шарнирным, передающим только опорную реакцию балки, или жестким, передающим на колонну кроме опорной реакции еще и момент защемления балки в колонне. Шарнирное соединение широко применяется в большинстве балочных конструкций, жесткое — в каркасах многоэтажных зданий. Примеры опирания балок на колонны сверху показаны на рис. 15.

    Рис. 15. Опирание балок на колонны

    а, б — сверху

    в — сбоку

    Конец балки в месте опирания ее на опору укрепляют опорными ребрами, считая при этом, что вся опорная реакция передается с балки на опору через эти ребра жесткости Ребра жесткости для передачи опорной реакции надежно прикрепляют к стенке сварными швами, а торец ребер жесткости либо плотно пригоняют к нижнему поясу балки (рис. 15, а), либо строгают для непосредственной передачи опорного давления на стальную колонну (рис. 15,6). Для правильной передачи давления на колонну (при конструктивном решении по рис. 15, а) центр опорной поверхности ребра надо совмещать с осью полки колонны.

    Размер опорных ребер жесткости определяют обычно из расчета на смятие торца ребра

    (7.60)

    Выступающая вниз часть опорного ребра (рис. 15, б) не должна превышать a

    Помимо проверки на смятие торца опорного ребра производится также проверка опорного участка балки на устойчивость из плоскости балки как условного опорного стержня, включающего в площадь расчетного сечения опорные ребра и часть стенки балки шириной по 0,65 в каждую сторону (на рис. 15, б, а эта площадь заштрихована) и длиной, равной высоте стенки балки:

    (7.61)

    Прикрепление опорных ребер к стенке балки сварными швами должно быть рассчитано на полную опорную реакцию балки с учетом максимальной рабочей длины сварного Шва. Шарнирное примыкание балок сбоку по рис. 15, в) по своему конструктивному оформлению, работе и расчету не отличается от описания балок сверху по рис. 15, б.

    11. Конструирование и расчет оголовка колонны .

    При свободном сопряжении балки обычно ставят на колонну сверху, что обеспечивает простоту монтажа.

    В этом случае оголовок колонны состоит из плиты и ребер, поддерживающих плиту и передающих нагрузку на стержень колонны.

    Если нагрузка передается на колонну через фрезерованные торцы опорных ребер балок, расположенных близко к центру колонны, то плита оголовка поддерживается снизу ребрами, идущими под опорными ребрами балок.

    Ребра оголовка приваривают к опорной плите и к ветвям колонны при сквозном стержне или к стене колонны при сплошном стержне. Швы, прикрепляющие ребро оголовка к плите, должны выдерживать полное давление на оголовок. Проверяют их по формуле:

    Высоту ребра оголовка определяют требуемой длиной швов, передающих нагрузку на стержень колонны (длина швов нe должна быть больше ):

    Толщину ребра оголовка определяют из условия сопротивления на смятие под полным опорным давлением:

    Назначив толщину ребра, следует проверить:

    (8.38)

    При малых толщинах стенок швеллеров сквозной колонны и стенки сплошной колонны их надо также проверить на срез в месте npикрепления к ним ребер. Можно в пределах высоты оголовка сделать стенку более толстой.

    Чтобы придать жесткость ребрам, поддерживающим опорную плиту, и укрепить от потери устойчивости стенки стержня колонны в местах передачи больших сосредоточенных нагрузок, вертикальные ребра воспринимающие нагрузку, обрамляют снизу горизонтальными ребрами.

    Опорная плита оголовка передает давление от вышележащей конструкции на ребра оголовка и служит для скрепления балок с колоннами монтажными болтами, фиксирующими проектное положение балок.

    Толщина опорной плиты принимается конструктивно в пределах 20-25 мм.

    При фрезерованном торце колонны давление от балок передается через опорную плиту непосредственно на ребра оголовка. В этом случае толщина швов, соединяющих плиту с ребрами, так же как и с ветвями колонны, назначается конструктивно.

    Большие опорные давления балок лучше передавать на колонну через ребра, расположенные над полками колонн.

    Если балка, крепится к колонне сбоку, вертикальная реакция передается через опорное ребро балки на столик, приваренный к полкам колонны. Торец опорного ребра балки и верхняя кромка столика пристраиваются. Толщину столика принимают на 20-40 мм больше толщины опорного ребра балки.

    Столик целесообразно приваривать к колонне по трем сторонам.

    Сварные швы, приваривающие столик к колонне, рассчитывают по формуле:

    Коэффициент 1,3 учитывает возможную непараллельность торцов опорного ребра балки и столика из-за неточности изготовления, что приводит к неравномерному распределению реакции между вертикальными швами.

    Чтобы балка не зависла на болтах и плотно стала на опорный столик, опорные ребра балки прикрепляют к стержню колонны болтами, диаметр которых должен быть на 3-4 мм меньше диаметра отверстий.

    Узел опирания главной балки на оголовок колонны .


    СЕРИЯ 2.440 – 2 (ФОРМАТ DWG). УЗЛЫ СТАЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ЗДАНИЙ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ. ВЫПУСК 1

    бесплатно

    11 января 2016, 12:17

    Типовые конструкции, изделия и узлы зданий и сооружений https://vseweb.com/cotonti/extensions/golink-plugin-cotonti

    Серия 2,440-2 
    Узлы стальных конструкций производственных зданий 
    промышленных предприятий 

    ВЫПУСК 1 

    Шарнирные узлы и рамные узлы 
    примыкания ригелей к колоннам 

    Чертежи КМ в dwg формате 

    Данная оцифрованная серия идеально совпадает с первоисточником. 56 оцифрованных листов 

    Программа открытия AutoCad 2004 и выпуском выше 

    1.ОБЩАЯ ЧАСТЬ 
    1.1. Настоящий выпуск содержит рабочие чертежи типовых узлов балочных клеток, отапливаемых производственных зданий: шарнирные узлы соединения балок с колоннами и рамные узлы соединений ригелей с колоннами. 
    1.2.Приведенные в выпуске узлы позволяют унифицировать соединения элементов и сами элементы балочных клеток, что уменьшает трудозатраты при разработке документации на стальные конструкции на стадии КМ и КМД, а также при изготовлении и монтаже конструкций и сокращает общий расход стали. 
    1.3.Узлы предназначаются для стальных конструкций отапливаемых зданий, возводимых в районах с расчетной температурой минус 65 градусов и выше и неотапливаемых зданий, возводимых в районах с расчетной температурой минус 40 градусов и выше. 
    1.4.Узлы могут применяться в зданиях, эксплуатируемых в районах не сейсмичных и сейсмичных до 9 баллов включительно. 
    1.5.Применение узлов в конструкциях, испытывающих динамические воздействия оговорено в разделе 3 пояснительной записки и на документе 01КМ. 
    1.6.Соединение элементов во всех узлах осуществляется на болтах класса точности В, классов прочности 5.8 и 8.8, а также на высокопрочных болтах. 
    1.7.В ссылках на документы условно опущены обозначения серии и выпуска. 

    2.ШАРНИРНЫЕ УЗЛЫ 
    2.1.Область применения 
    2.1.1.Шарнирные узлы не рассчитаны на передачу знакопеременных усилий. 
    2.1.2.Узлы разработаны для соединения элементов из стали ВСтЗ и стали НЛ (низколегированной). 
    2.1.3.Шарнирные узлы позволяют осуществить соединение балок из швеллеров по ГОСТ 8240-72, прокатных двутавров типов Б по ГОСТ 26020-83, прокатного двутавра (120) по ГОСТ 8239-72 и сварных двутавров друг с другом, а также с колоннами из широкополочных прокатных либо сварных двутавров. 
    2.1.4.Рекомендуемые области применения шарнирных узлов крепления балок приведены в таблице на документе 01 КМ. 
    2.2.Конструктивные решения 
    2.2.1.Настоящий выпуск содержит следующие типы шарнирных узлов крепления балок: 
    -Этажное опирание балок 
    -Крепление балок на опорных уголках 
    -Опирание балок на ребра из швеллеров 
    -опирание балок на ребра из тавров 
    -Крепление балок на столиках 
    -Крепление балок на опорных планках 
    -Опирание балок на оголовок стойки 
    -Крепление балок на болтах класса точности В, класса прочности 5.8 и 8.8 
    -Опирание балок на каменные стены и ж.б. подушки 
    2.2.2.В зоне узлов поясные швы колонн выполнять двусторонними. 
    2.2.3.Кататы угловых швов всех узлов не должны быть менее указанных в табл. 38 СНиП 2-23-81 
    2.3.Основные расчетные положения. 
    2.3.1.Узлы рассчитаны с учетом коэффициента надежности по назначению gn=1. При gn<1 предельные реакции узлов принимаются равными Qпр/gn. 
    2.3.2.Расчетные сопротивления материалов и соединений при определении Qпр принять по таблице. 
    см. ТАБЛИЦУ в представленном для скачивания файле! 
    2.3.3.Выпуск содержит только узлы балок. Сами балки должны быть рассчитаны согласно СНиП 2-23-81 
    2.3.4.Прокатные балки приняты по сокращенному сортаменту металлопроката в строительных стальных конструкциях, утвержденному постановлением Госстроя СССР от 21.11.86г. При применении прокатных и сварных балок, не указанных в документах, узлы для них расчитуваются индивидуально по расчетным формулам, приведенным на чертежах узлов. 
    2.3.5.Методика расчета узлов 1,2,4 изложена в журнале «Строительно проектирование промышленных предприятий» Выпуск № 2, 1973 год, стр. 42-47. 
    2.3.6.При действии подвижных, вибрационных или другого вида нагрузок с количеством циклов нагружений 105 и более, узлы следует проверять расчетом на выносливость по пункту 9.2 СНиП 2-23-81. 
    2.4.Материал деталей узлов. 
    2.4.1.Марка стали деталей, сходящихся в узле применяется по таблице 50х СНиП 2-23-81, как для конструкций группы 2 при отсутствии динамических, вибрационных и подвижных нагрузок и как для конструкций группы 1 при их наличии. 
    2.4.2.Болты М20 по ГОСТ 7798-70, класса прочности 5,8,8,8 по ГОСТ 1759.4-87 с клеймом завода и маркировки класса прочности. 
    Гайки М20 класса прочности 5и 8 по ГОСТ 1759.5-87. 
    Для предотвращения раскручивания под гайку устанавливать одну пружинную шайбу по ГОСТ 6402-70. 
    2.4.3.Заводские сварные соединения следует выполнять автоматической или полуавтоматической сваркой. Материалы для сварки следует применять по таблице 55 главы СНиП 2-23-81. 
    2.5.Указания по изготовлению и монтажу. 
    2.5.1.Изготовление и монтаж конструкций производить в соответствии с требованиями СНиП 3-18-75 «Металлические конструкции». 
    Правила производства и приемки работы и СНиП 3.03.01-87 «Несущие и ограждающие конструкции». Рекомендаций и нормативов по технологии постановки болтов в монтажных соединениях металлоконструкций (ЦНИИПСК, 1988.). 
    2.5.2.Диаметр отверстий для болтов М20 принимать 23мм. 
    2.5.3.Образование отверстий в соединениях с болтами следует предусматривать сверлением в кондукторах или на поточных линиях, при этом допускаемые отклонения расстояний между центрами отверстий в группе +-1 мм, диаметров отверстий +1,0 мм. 
    2.5.4.Болты должны быть предохранены от раскручивания. 
    2.5.5.Узлы после окончания всех монтажных работ должны быть защищены от коррозии в соответствии с указаниями глав СНиП 2.03 2-85 и СНиП 3.04.03-85. 
    3. РАМНЫЕ УЗЛЫ 
    3.1.Общая часть. 
    3.1.1.Представленные в выпуске рамные узлы разработаны для соединения ригелей из прокатных двутавров типов Б и 3 с колоннами из прокатных двутавров типов К и 3 по ГОСТ 26020-83, принимаемых по сокращенному сортаменту профилей, утвержденному постановлением Госстроя СССР от 21 ноября 1986г. № 28. 
    3.1.2.При разработке узлов рассмотрен весь сокращенный сортамент профилей как по номерам, так и по маркам сталей, из которых изготавливаются профили, выявлены области возможных сочетаний профилей в рамных соединениях, определены прочностные характеристики как профилей, так и деталей их соединений в узлах трех классов: с гибкими фланцами , с жесткими фланцами и на накладных, даны рекомендации по применению в конкретных случаях того или иного класса, группы в пределах класса и номера в пределах группы рамного узла. 
    3.1.3.Монтажные соединения элементов в рамных узлах предусмотрены на предварительно-напряженных высокопрочных болтах диаметром 24 мм и 27 мм. 
    3.1.4.Выпуск позволяет по усилиям в примыкающих к узлу элементах, определенным или статическим расчете каркаса, практически без дополнительного расчета «собрать» принятый автором конкретного проекта узел. 
    3.1.5.При применении узлов в конструкциях, работающих на динамические нагрузки, детали узлов необходимо проверять расчетом на выносливость. 
    3.1.6.Узлы не предназначены для применения в конструкциях, эксплуатирующихся в сильноагрессивной среде. 
    3.1.7.Расчет и конструирование узлов выполнены в соответствии с СНиП 2-23-81, 
    При проектировании фланцевых узлов класса А принимались во внимание «Рекомендации по расчету, проектированию, изготовлению и монтажу фланцевых соединений стальных строительных конструкций». ВНИПИ Промстальконструкция, ЦНИИ проектстальконструкция, М. 1988 г. 
    3.2.Конструктивные решения 
    3.2.1.В рамных узлах происходит передача с ригелей на колонны действующих в опорном сечении ригелей поперечной силы, изгибающего момента и нормальной силы. Изгибающий момент передается в виде пары горизонтальных сил в уровнях поясов ригелей. 
    3.2.2.Во всех рамных узлах, приведенных в выпуске, поперечная сила передается на опорные столики колонн через торцевые ребра ригелей. 
    3.2.3.По способу передачи на колонны растягивающих сил в уровне верхних поясов ригелей разработанные в выпуске узлы подразделяются на три класса: 
    класса А-узлы с гибкими фланцами; 
    класса В-узлы с жесткими фланцами; 
    класса С-узлы с накладными и фрикционными соединениями. 
    3.2.4.Узлы класса А имеют в зоне верхнего пояса ригелей 4 болта (группа узлов А-1) и 8 болтов (группа узлов А-2). 
    Узлы класса В имеют в зоне верхнего пояса ригелей 12 болтов (группа узлов В-1) и 16 болтов (группа узлов В-«). 
    Узлы класса С имеют в каждом из двух пар накладок, устанавливаемых по обе стороны колонн, один ряд болтов (группа узлов С-1) и два ряда болтов (группа узлов С-2). 
    3.2.5.В узлах класса А и В по внутренним граням полок колонн в уровне верхних поясов ригелей установлены обратные фланцы, в узлах класса С из колонн в уровне верхних поясов ригелей выпущены горизонтальные ребра. 
    3.2.6.Сжимающие усилия в зоне нижних поясов ригелей передаются на стенки колонн через соприкасающиеся поверхности фланцев (торцевых ребер), прокладок ( там, где эти прокладки установлены) и полок колонн. Эти усилия воспринимаются стенками колонн, либо стенками колонн, укрепленными ребрами жесткости. При этом ребра жесткости подбираются на разность величин действующих на колонны сил и несущей способности стенок колонн. 
    3.2.7.Каждая группа узлов состоит из узлов с ригелями, не имеющими вутов на опоре и имеющими вуты на опоре, узлов, в которых ригели примыкают к колоннам крайних рядов и узлов, в которых ригели примыкают к колоннам средних рядов, узлов, в которых в уровне нижних поясов ригелей не передаются на колонны растягивающие усилия, 
    в которых в уровне нижних поясов ригелей передаются на колонны растягивающие усилия . В последнем случае рассмотрены три варианта восприятия этого усилия колоннами в зависимости от величины усилия: полками колонн без укрепления их ребрами жесткости , полками колонн, укрепленными ребрами жесткости , и обратными фланцами, установленными в колоннах. 
    3.2.8.При величине обратных моментов в ригелях одного порядка с величиной прямых моментов в зоне нижних поясов ригелей следует применять такое же конструктивное решение по передаче растягивающего усилия, как и в зоне верхних поясов. Прямым моментом в данном случае считается момент вызывающий растяжение верхнего пояса ригеля. 
    3.2.9.При величинах поперечных сила стенках колонны зоне узла, превышающих несущую способность стенок по срезу с учетом действующих в колоннах нормальных сил, предусмотрена установка наклонных ребер жесткости. Также, как и горизонтальные ребра жесткости, они рассчитываются на разность величин действующих усилий и несущей способности стенок. 
    3.3.Основные расчетные положения 
    3.3.1.Расчет соединений с гибкими фланцами толщиной 27 мм(узлы класса А) выполнялся в соответствии с «Рекомендациями по расчету, проектированию, изготовлению и монтажу фланцевых соединений стальных строительных конструкций». При этом увеличивались «рычажные силы», возникающие в зоне контакта фланцев с полками колонн (непосредственно или через прокладки). 
    3.3.2.Жесткие фланцы толщиной 45 мм в узлах класса В рассчитывались по консольной схеме. При этом предусматривалось, что контактные сжимающие напряжения от предварительного натяжения высокопрочных болтов действуют только в зоне, ограниченной шириной полки колонны. 
    3.3.3.Узлы на накладных класса С и детали всех узлов рассчитывались в соответствии со СНиП 2-23-81 
    3.3.4.Расчет узлов приведен с учетом коэффициента условия работы gc=1 и коэффициента надежности по назначению gn=1. 
    3.4.Материал деталей узлов 
    3.4.1.Для фланцев принята листовая сталь по ГОСТ 19903-74 марки 14Г2АФ-15 по ТУ 14-105-465-82 с гарантированными механическими свойствами в направлении толщины проката. 
    для гибких фланцев (узлы класса А) допускается применение стали марки 09Г2С-15 по ГОСТ 19282-73 с той же гарантией качества. 
    3.4.2.Качество стали для фланцев должно удовлетворять требованиям, приведенным в разделе 3.5. 
    3.4.3.В узлх класса С марка стали накладок, пластин уширения поясов ригелей, ребер, выпущенных из колонн, 09Г2С по ГОСТ 19282-73 для группы конструкций 2. 
    3.4.4.Высокопрочные болты М24 и М27 из стали 40Х «Селект» климатического исполнения ХЛ (для узлов класса А и В) и У (для класса С) с временным сопротивлением не менее 1100МПа (110кгс/мм2), а также гайки высокопрочные и шайбы к ним принимать по ГОСТ 22353-77 + ГОСТ 22356-77. 
    3.4.5.Для механизированной сварки фланцевых соединений применять материалы по докум.56 КМ. 
    В остальных случаях материалы для сварки применять по табл. 55 СНиП 2-23-81. 
    3.5.Указания по изготовлению и монтажу 
    3.5.1.Изготовление элементов, сходящихся в рамных узлах, и их монтаж производить в соответствии с требованиями следующих документов: 
    3.5.1.1.СНиП 3-18-75 «Металлические конструкции. Правила производства и приемки работ». 
    3.5.1.2.СНиП 3.03.01-87 «Несущие и ограждающие конструкции». 
    3.5.1.3.Рекомендации по расчету, проектированию, изготовлению и монтажу фланцевых соединений стальных строительных конструкций», М., 1988 г. (для узлов классов А и В). 
    3.5.1.4.ОСТ 36-72-62 «Конструкции стальные строительные. Монтажные соединения на высокопрочных болтах. Типовой технологический процесс» (для узлов класса С). 
    3.5.2.Основные требования и указания по изготовлению элементов и монтажу фланцевых узлов приведены в докум. 56КМ. 
    3.5.3.Привару деталей в элементах рамных узлов осуществлять механизированным способом. 
    3.5.4.При сборке на монтаже узлов класса С в первую очередь необходимо произвести натяжение болтов, устанавливаемых в зоне нижних поясов ригелей. 
    3.5.5.После окончания монтажных работ элементы узлов должны быть защищены от коррозии в соответствии с требованиями СНиП 2.03.2-85 и СНиП 3.04.03-85. 
    3.6.Рекомендации по применению 
    3.6.1.Подбор групп узлов следует производить по таблицам докум. 24КМ. 
    3.6.2.Предпочтительными для применения являются фланцевые узлы. 
    3.6.3.В тех случаях, когда применение фланцевых узлов невозможно по конструктивным факторам, либо затруднено из-за отсутствия специальной стали для фланцев или неотлаженностью технологии, 
    обеспечивающей требуемую точность изготовления элементов, сходящихся в узле, допускается применение узлов на накладках (группы С-1, С-2). 
    3.6.4.Во всех узлах прикрепление ригелей к колоннам элементы узлов подбирать по максимальным горизонтальным усилиям, которые могут передаваться с полок ригелей на колонны. 
    3.6.5.Выбор номера узла определяется с учетом следующих факторов: 
    -возможность постановки вутов на опорных ригелей; 
    -примыкание ригелей к крайним или средним колоннам; 
    -величина растягивающих усилий, передающихся на колонны с нижних поясов ригелей. 
    Во всех случаях следует стремиться к применению узлов с вутами, так как это приводит к экономии стали,поскольку сечение ригеля подбирается не по максимальному опорному моменту, а по значительно сниженному. 
    3.6.6.В случае примыкания к средней колонне ригелей разной высоты возможна постановка в стенке колонны одного наклонного ребра, соединяющего зоны нижних поясов ригелей, вместо двух горизонтальных ребер. 
    3.6.7.Шарнирное примыкание к колоннам продольных балок, а также шарнирное примыкание ригелей с одной стороны средней колонны, в то время, как с другой стороны организуется рамный узел, производится в соответствии с техническими решениями, приведенными в первой части данного альбома. 
    3.6.8.Пример подбора узлов приведены в документе 55 КМ.


    Канат гост 2688 80, от компании R-STROP

    | 1 января 1970, 06:00 | (0)

    Не удается найти страницу | Autodesk Knowledge Network

    (* {{l10n_strings.REQUIRED_FIELD}})

    {{l10n_strings.CREATE_NEW_COLLECTION}}*

    {{l10n_strings.ADD_COLLECTION_DESCRIPTION}}

    {{l10n_strings.COLLECTION_DESCRIPTION}} {{addToCollection.description.length}}/500 {{l10n_strings.TAGS}} {{$item}} {{l10n_strings.PRODUCTS}} {{l10n_strings.DRAG_TEXT}}  

    {{l10n_strings.DRAG_TEXT_HELP}}

    {{l10n_strings.LANGUAGE}} {{$select.selected.display}}

    {{article.content_lang.display}}

    {{l10n_strings.AUTHOR}}  

    {{l10n_strings.AUTHOR_TOOLTIP_TEXT}}

    {{$select.selected.display}} {{l10n_strings.CREATE_AND_ADD_TO_COLLECTION_MODAL_BUTTON}} {{l10n_strings.CREATE_A_COLLECTION_ERROR}}

    Сварная двутавровая балка: производство, расчет, сварка


    Применяется металлическая сварная двутавровая балка для возведения конструкций и перекрытий уже давно. Но до этого времени в России ее применение было жестко ограничено сферой промышленного строительства, т.е. когда возводятся действительно грандиозные конструкции, которым все должно быть нипочем.

    И только в последние годы стали появляться такие виды двутавровых балок, которые действительно можно применять при строительстве новые дома обычного жилого дома. Вы задумываетесь именно о таком перекрытии? Тогда мы поможем вам изучить все особенности его изготовления!

    О новой технологии частного домостроения

    Сегодня производство сварных двутавровых балок запущено по всей стране, и востребовано даже в частном домостроении. А всему этому виной новые дизайнерские и архитектурные решения! Их современные объемные планировочные проекты требуют особого качества несущего каркаса и надежного перекрытия, которое будет наиболее эффективным при больших пролетах – от 7 метров.

    Вы наверняка, замечали насколько загородные коттеджные дома и подобные им постройки по своему только внешнему виду отличается от исконно русской избушки. А вот теперь представьте, насколько отличается их архитектура и принципы строительства! Вот почему стальные двутавровые балки сегодня стали активно применяться для перекрытия пролетов от 4 до 18 м, а для их производства используется как углеродистая, так и низколегированная сталь, которая гарантирует нужные качества и прочность.

    Для изготовления таких балок даже существует свой ГОСТ и необходимые сертификаты. Касательные напряжения у них принимаются сплошными стенками, а сжимающие и растягивающие напряжения равномерно распределяются по длине. Чтобы вам было более понятно, роль у такой вертикальной стенки по сути та же, что у зигзагообразной решетки в металлической ферме. Хотя на первый взгляд такие балки не выглядят слишком прочными или монолитными:

    Общие сведения

    Сварная балка — разновидность балочных конструкций, которые изготавливают методом сварки отдельных металлических заготовок. Основным материалом для производства запчастей этого типа является сталь, которая может содержать небольшое количество марганца, хрома, ванадия, титана или свинца. Обычно их делают в виде двутавровых конструкций, напоминающих букву «Н». Сама конструкция выглядит так:

    • Посередине детали располагается длинная плоская деталь-перемычка, обладающая постоянной шириной. Для получения сужающихся двутавров могут применяться металлические перемычки переменной ширины, когда ширина одного края меньше ширины другого края. Такие запчасти используются для монтажа навесных конструкций или креплений.
    • По бокам к перемычке перпендикулярно привариваются две детали, которые выполняют роль своеобразных «стенок». Стенки обладают постоянной шириной, хотя иногда могут использоваться сужающиеся стенки, если нужно создать перекрытие.
    • Для маркировки может наноситься «штамп», который будет отражать основные сведения о запчасти. Ключевая информация — марка металла, тип запчасти, категория детали, дата производства, информация о заводе-изготовителе.

    Что собой представляет сварной двутавр?

    По своему типу сечения двутавровые металлические балки сегодня принято делить на прокатные или составные, которые называются еще сварными. Сварная двутавровая балка – это особый вид фасонного металлического проката в форме наклонного или горизонтального бруса. Изготавливают ее сегодня из углеродистой и низколегированной стали, обязательно высокого качества.

    Давайте перечислим основные преимущества двутавровых сварных балок:

    • Перекрывают большие пролеты со значительным нагрузками.
    • Идеально перераспределяют горизонтальные и вертикальные нагрузки.
    • Прекрасно работают на изгиб благодаря жесткости профиля балки.
    • Не горят и не теряют свою несущую способность при нагревании даже достаточно высокими температурами.
    • Устойчивы к биологическим воздействиям.
    • Отлично подходят для строительства конструкции быстровозводимых зданий.
    • Позволяют значительнее снизить массу всей конструкции, по сравнению с горячей корнями.
    • Изготавливаются также с полностью ассиметричным сечением.

    Вот почему такие сварные балки используются сегодня и в строительстве жилых домов, и для промышленных комплексов, и даже для мостов и тоннелей. Казалось бы, что такая балка будет слишком тяжелой для частного домостроительства, но на самом деле применение стальных двутавров позволяет в итоге сократить общий вес несущих конструкций. Но помните, что в отношении к перекрытию из сварных стальных двутавров существуют свои строгие требования:

    Возможности

    Помимо преимуществ использование стальных балок, выполненных сварным способом, позволит каждому покупателю:

    • Увеличить широту пролета здания, так как они имеют большую длину;
    • Заказывать различные параметры и размеры, существует огромное количество ГОСТов на двутавры, так что каждый заказчик сможет найти подходящие параметры;
    • Архитектура сооружения, как уже было сказано выше, может быть совершенно разнообразной.

    Таким образом, сварная балка имеет огромное количество преимуществ, из-за чего чему нашла широкое применение во всех областях строительства. Использование сварных балок помогло человеку улучшить качество конструкций зданий и различных сооружений, повысить их безопасность, а следовательно, и безопасность для людей.

    Преимущества сварного метода производства балок

    Сегодня металлические двутавровые балки для строительной сферы изготавливают двумя основными способами: горячекатным и сваркой. Сварная двутавровая балка обладает большими преимуществами по сравнению с прокатной. У нее и прочностные характеристики лучше, а масса при этом ниже на целых 30%. И все благодаря тому, что расчет сварной двутавровой балки предполагает грамотное сочетание разных марок стали. Вот почему сварная балка в промышленном изготовлении получается дешевле, чем горячекатаная.

    Также по себе сварка как метод хороша тем, что при помощи нее балки из металла можно делать самых разных размеров, даже высотой до 4 метров и более, а ведь это все невозможно провернуть с горячекатными балками. Кроме того, только таким методом реально изготовить балку с разной шириной по всей длине.

    Зачем создавать балки с переменным сечением, спросите вы? Дело в том, что такие балка куда более экономна, чем полки с постоянным профилем. Ведь даже человек, который далек от строительства понимает, что в разных местах балки после ее монтажа должно будет воздействовать разное напряжение: где-то она почти не нагружена, а где-то работает на износ. Вот в таких «важных» местах ее делают потолще, а где можно – рационально экономят на материале.

    Кроме того, если мы говорим конкретно о сварной балке, то для ее изготовления задействуют самые разные сорта стали. Этот прием позволяет уменьшить металлоемкость. Почти вся балка состоит из обычной стали, а самая ее напряженная часть – из стали повышенной прочности, а наименее напряженная – из низкоуглеродистой стали. Благодаря всему этому стоимость балки при этом снижается на 5%, что достаточно ощутимо.

    Возможные дефекты

    Во время сварки двутавровой балки из-за несоблюдения технологии возникает кристаллизация стали от высокой температуры. Из-за расхождения по фазам в металле возникают внутренние напряжения. Снижается прочность и жесткость, увеличивается риск корродирования.

    При сварке стальных листов возможны и другие дефекты:

    • нарушение формы шва отклонение от формы наружных поверхностей или геометрии стыка;
    • прожоги, когда расплав вытекает из ванны, образуются дырки в шве;
    • подрезы – канавки вдоль границы соединения;
    • трещины, образующие в местах разрыва шва;
    • шлаковые или вольфрамовые включения в диффузионном слое, при высокой скорости сварки образуются тугоплавкие оксиды.

    Металлоизделия с дефектами ненадежные, они не выдержат большой нагрузки на изгиб, кручение. Их отбраковывают и проваривают снова, если это возможно.

    Расчет и изготовление сварного двутавра

    Качественная саварка двутавровых балок для перекрытия потребует от вас большого внимания и ответственности. Вам нужно будет рассчитать все предстоящие нагрузку на конструкцию в общем и на места соединения сами балок.

    На одно только проектирование и планирование двутавровых металлических сварных балок уходит очень много времени. А поэтому мы рекомендуем вам ориентироваться на габариты и предназначения готовой продукции от производителей.

    Современный рынок предлагает достаточно большое многообразие размеров готовых двутавровых балок со своими обозначениями и видами. Габариты балки определяют по номеру, который указывает расстояние между внешними гранями, параллельными друг другу.

    Например, маркировкой К обозначает колонны и балки, которые должны выдерживать огромные нагрузки. Учитывайте, что существует также определенный вид балок, который применяется не для перекрытий, а для создания только тяжелого оборудования и машин. У таких балок свои нормативы изготовления и свойства.

    Для меньших нагрузок подходят широкополочные конструкции. И прочность таких балок будет напрямую зависеть от длины, формулы поперечного профиля, задействования сырьевой базы и способов изготовления, т.е. технологии металлопроката. Вот стандартная сварная балка для частного домостроения:

    Вот параметры стальных сварных двутавров для изготовления таких балок:

    Как самостоятельно сварить балку?

    Если у вас есть уже какое-либо опыт работы с подобным материалом, и вы хотите изготовить сварные балки для строительства своего дома самостоятельно, в качестве основы вам понадобится легированный стальной лист. Горячекатный метод изготовления в домашних условиях довольно сложен, поэтому вам действительно больше подойдет сварной. Это ответственная задача, поэтому если у вас есть возможность, рациональнее сразу пригласить опытного сварщика.

    После того как будут готовы отдельные элементы, произведите сборку конструкции выбранным методом сварки. Сначала вам нужно будет установить вертикальную стенку и закрепить ребра жесткости и придавить все хомутами. Готовую балку обязательно нужно защитить специальным покрытием, чтобы в условиях агрессивной среды у нее не пошла коррозия.

    Как избежать деформации?

    Если допускать ошибки в процессе изготовления, то можно столкнуться с такими неприятными деформациями балки, которые в будущем значительно усложнят процесс монтажа:

    Поясним подробнее. Ваша главное ваша задача при изготовлении сварных балок состоит в том, чтобы потом состыковать потом детали так, чтобы шов не работал на растяжение.

    Еще учитываете такой немаловажный факт, что сама сварка дает некоторое напряжение в балке, и это не всегда заметно глазу. А поэтому желательно сразу же не приваривать к ней следующую деталь. Просто слегка выгоните шов назад, и балка будет ровной.

    Сравнения: чтобы избежать каких-либо деформаций балки, особенно для обустройства междуэтажного перекрытия, в заводских условиях ее подвергают специальной обработке:

    Если вы беретесь за изготовление такой балки самостоятельно, вам помогут во всем разобраться такие этапы:

    Сварочные работы, при изготовлении двутавровых металлоконструкций

    Сварка двутавровой балки на крупных металлообрабатывающих предприятиях, происходит на современной автоматизированной линии. Балка попадает в специальный кондуктор, внутри которого происходит проварка поясных швов будущей металлоконструкции под слоем флюса, в полностью автоматическом режиме.

    Такая сварка двутавровых балок обеспечивает максимальное качество соединения швов, благодаря использованию защитного слоя флюса. Во время проведения сварочных работ, слой флюса защищает сварной шов, что позволяет минимизировать разбрызгивание раскаленных капель металла, без ущерба скорости сварки и качеству соединения. Также, благодаря слою флюса, остывание сварного соединения происходит гораздо более плавно и равномерно. При данном способе проведения сварочных работ, усиление двутавровой балки не требуется, благодаря максимальной прочности и надежности изготовленной конструкции.

    • Низкая скорость производства сварочных работ.
    • Достаточно посредственное качество сварных швов, в сравнении с автоматической сваркой под флюсом.
    • Недостаточная геометрическая точность готового изделия, вследствие ручной сборки, перегрева и, как следствие, больших деформаций, в отличие от автоматизированного сварочного процесса.
    • Серьезные потери (вплоть до 30 процентов) металла, по причине сильного разбрызгивания раскаленных металлических капель в процессе производства сварочных работ.

    Итог

    Как видно из всего вышесказанного, сварные двутавровые металлоконструкции имеют ряд достоинств, в сравнении с другими видами балок. Сварные двутавры заняли свою нишу на современном строительном рынке и используются в соответствии со своими сильными и слабыми сторонами. Производство таких металлоконструкций развернуто в большинстве регионов нашей страны, что делает двутавровую балку доступным и относительно недорогим строительным материалом. Поэтому, благодаря высокой конкуренции в данной нише, любой продавец, на вопрос «продам балку двутавровую», предоставит хорошие скидки и выгодные предложения.

    Узлы крепления сварных двутавровых балок

    Итак, теперь давайте разберемся с опорными узлами металлических двутавровых балок. Опирание их на стальную колонну (опору) может быть жестким или шарнирным, то есть подвижным.

    Само соединение готовых сварных балок между собой в процессе монтажа можно осуществлять двумя способами:

    • Первый из которых заключается в том, что двутавры приваривают сначала к специальной пластине, а сварку осуществляют уже по контуру профиля при помощи угловых швов. Преимущество именно этого метода в том, что не приходится разделять кромки балок.
    • Второй способ заключается в том, чтобы использовать накладки, которые монтируются симметрично к продольной оси, обрезаются и обвариваются косыми швами. Благодаря этому получается избежать проблем с наложением сварного шва по всей стороне накладки. Этот метод сварки пододит для конструкций с незначительной нагрузкой в будущем, т.е. как раз для строительства частного жилого дома.
    • Также сварные балки можно соединить болтовым соединением – это разъемный метод, который нужен для того, чтобы в конструкции отсутствовало остаточное напряжение, а сама конструкция перекрытия была стойкой к ударным и вибрационным нагрузкам. А также тогда, когда нет возможности пригласить профессионалов-сварщиков.

    Вот интересное видео сравнения обоих видов соединения балок:

    Как вы уже поняли, в большинстве случаев металлическую сварную балку соединяют при помощи сварки, реже болтами и еще реже – на заклепки. Все это напрямую влияет на стоимость монтажа таких балок.

    Что касается заклепок, работа с ними наиболее трудоемкая, хотя порой, к сожалению, не обойтись без таких элементов. Например, если балка будет постоянно подвергаться вибрации (будет использоваться такое оборудование), тогда нельзя ее слишком жестко связывать с конструкцией.

    Если же вы собираетесь соединить всю металлоконструкцию болтами, тогда:

    1. Вам понадобятся крепежные изделия с нормальной и повышенной точностью. Только в местах тех соединений, где будет нагрузка на срез, нельзя использовать болты нормальной или грубой точности.
    2. Вам нужно будет заранее проделать просветы на балке (или заказать подобное еще на производстве) так, чтобы внешний диаметр самого отверстия был больше внешнего диаметра болта всего на 2-3 мм. Такая конструкция будет стойкой к деформации, да и сборка в общем попроще.
    3. Соединение с болтами повышенной точностью хорошо подходит для труднодоступных мест, где невозможны заклепочные соединения. Но здесь диаметр отверстий нужно сделать больше уже на 0,3 мм, чтобы крепеж мог легко выдерживать предстоящую нагрузку.

    Итак, рассмотрим теперь такой важный этап, как варка главной балки со второстепенной. Делайте все шаг за шагом:

    • Шаг 1. В верхней части основной балки сделать треугольный вырез точного размера.
    • Шаг 2. Приварить накладку к нижней части основной балки.
    • Шаг 3. В нижней части вспомогательной балки сделать вырезы, которые будут равны половине ширины нижней части основной балки.
    • Шаг 4. Теперь верхнюю часть второстепенной балки нужно сформировать в треугольную форму, такую же, как была вырезана в верхней части главной балки.
    • Шаг 5. Далее осуществляем монтаж: сначала главной балки, затем второстепенный, и все это – методом использования накладки.
    • Шаг 6. И, наконец, последний этап – это монтаж примыкания верхних частей и стенок, где к нижним частям балок тоже приваривается накладка.

    Закрепить металлические двутавры между собой вы также можете методом болтового соединения. Это способ необходим тогда, когда время от времени вам придется осуществлять монтаж или демонтаж конкретного узла. Преимущество такого соединения в том, что в конструкции не будет остаточного напряжения. Что уже само по себе хорошо, ведь тогда перекрытие окажется более устойчиво к ударным нагрузкам, и, кроме того, для создания узла вам не понадобится приглашать профессионального сварщика.

    Жесткий узел: для статических нагрузок

    Т.е. балка может опираться сверху, прямо на центр профиля колонны или же балку крепят сбоку. Тогда в колоне возникает но только сжимающая нагрузка, но действие всех сил, поэтому ту приходится делать более крепкой и надежной, а это уже перерасход металла.

    Иногда также через пролет приходится класть две балки, тогда их соединяют между собой при помощи болтов и между двумя ребрами устанавливают пластины. При этом важно помнить, что металлы подвержены тепловому расширению из-за перемены температур, а потому нужно оставить небольшое расстояние для их малозаметного движения.

    Чтобы передать поперечную силу давления, ребро балки ставится так, чтобы при монтаже она была прямо над полкой колонны. При этом балку соединяют с колонной при помощи специальной накладной пластины, и желательно сразу же с обеих сторон. Но так, чтобы не создавать слишком жесткого узла.

    Вот хороший пример, как сочетают сварные балки на двух пролетах, чтобы не создавать точечного напряжения на промежуточную стену перекрытия:

    Чтобы создать жесткое соединение балки, вам необходимо будет болтовое соединение или сварочное:

    Шарнирный узел: для динамических нагрузок

    Теперь о шарнирном опирании сварной балки. Создается оно при помощи опорного ребра на опорном столике, куда будет передаваться вся нагрузка. Сам столик вам нужно будет сделать из листовой стали.

    Приварите столик по трем сторонам балки и сделайте его ширину при этом больше на 2-3 см, чем ребро балки. Так опорное ребро должны полностью лечь на опорный столик.

    Области применения

    Области применения сварных двутавровых балок в строительстве включают в себя:

    • несущие конструкции, колонны, раскосины;
    • перекрытия как небольших помещений, так и больших пролетов;
    • опоры технологического оборудования;
    • консоли угловых кранов;
    • выносные конструкции: мостики, балконы.

    Изделие используется во всех отраслях строительства: промышленное и частное, многоквартирные дома и общественные здания.

    Дополнительные функции двутавра в частном домостроении

    Сама перекрытие вовсе не обязательно должно состоять только из металлических двутавровых балок. Нередко их используют только в самых напряженных местах, а между металлическими частями устанавливают деревянные двутавры.

    Почему так? Дело в том, что для сварки нужна высокая квалификация рабочих. Далее, в обычной литературе и интернет-сайтах нет того многообразия узлов и готовых схем конструкции для установки такого перекрытия, здесь действительно требуется грамотный инженер, и даже мы даем только рекомендации. Кроме того, металл обходится недешево. Да и качество сварки очень важно. Она должна работать долго, даже в условиях коррозии или перемены нагрузок.

    Поэтому вот такой вариант не только имеет право на жизнь, но и достаточно практичен:

    И, наконец, металлическая двутавровая балка нередко служит дополнительным функциональным элементов, который в любом хозяйстве имеет ценность:

    Виды

    Наиболее часто в строительстве используются сварные двутавры следующих видов:

    1. Для перекрытий и подвесных путей. Профиль сечения имеет короткие стенки по отношению к главному ребру.
    2. Для укрепления шахт. Стенки больше, чем главное ребро;
    3. Обычной ширины, стенки равны ребру, используются для вертикальных опорных конструкций: колонн, пилонов и т.п.


    Типы двутавровых балок в зависимости от основных размеров.
    В зависимости от точности изготовления балки подразделяются на продукцию обычной точности и высокоточную.

    Замена швеллерами


    На практике при возведении строительных конструкций для получения двутаврового сечения иногда используется сварка швеллеров между собой. Если швеллеры применяются взамен предусмотренных проектом двутавровых балок, такая замена должна согласовываться.

    Согласование использования альтернативного материала отражается изменениями, вносимыми в соответствующие разделы рабочего проекта. Возможность замены определяется по результатам поверочных расчётов на прочность, выполняемых проектировщиками.

    Способ применяемой сварки швеллеров между собой также определяется расчётом. Это может быть сварка непрерывным или прерывистым швом, либо с применением соединительных накладок.

    При сварке швеллеров непрерывным швом, в результате температурных деформаций металла, может произойти скручивание профиля. Избежать этого явления можно, применяя специальные струбцины, а также, накладывая сварочные швы небольшими участками, чередуя при этом стороны соединяемых профилей.

    При необходимости удлинить такую конструкцию, осуществляют сварку швеллеров встык. Места стыковых сварочных швов швеллеров, образующих двутавр не должны совпадать друг с другом. Для усиления конструкции сварной шов можно укрепить с помощью накладки.

    stalniye _konstruktsii_v_arkhitekture_2014 — Стр 11

    ОБОЛОЧКА ЗДАНИЯ

    КАК ИНСТРУМЕНТ ДОСТИЖЕНИЯ АРХИТЕКТУРНОЙ ВЫРАЗИТЕЛЬНОСТИ

    5.1. Ограждающие конструкции

    5.1.1. Ограждающие конструкции одноэтажных зданий

    В одноэтажных зданиях с металлическим каркасом ограждающие конструкции стен и кровли преимущественно выполняются из металлических профилированных листов и бывают двух основных видов:

    •Наборныепанели,которыепоэлементнособираютсянепосредственнонастроительномучасткеиздвух профилированных настилов, между которыми по месту устанавливаются разделительные стальные элементы и укладывается гидро-, тепло- и пароизоляция.

    •Панели заводского изготовления (часто называемые «сэндвич-панелями»), которые поставляются на участок в готовом виде и перед монтажом подлежат только укрупнению в картины.

    Наборные панели, как правило, используют для формирования кровли, в то время как применение сандвичпанелейзаводскогоизготовлениялучшевсегоподходитдляограждающихконструкцийстен.Одинизвари — антоврешениянаборнойкровельнойпанелипоказаннарис.143.Верхнийпрофилированныйнастилберется обычно с большей гофрой и толщиной, чем нижний, так как непосредственно воспринимает снеговую и ве — тровую нагрузки. Опорами для верхнего настила в панели служат соединительные элементы, как правило, из тонкостенных, оцинкованных Z-профилей. Соединительные элементы также создают пространство для укладки пароизоляционной пленки и минераловатных плит.

    1

    3

    4

    2

    5

    1.Верхний профилированный настил

    2.Z-профиль

    3.Гидроизоляция, воздушный зазор, теплоизоляция и пароизоляция

    4.Нижний профилированный настил

    5.Крепление к прогону длинным саморезом через пластиковый патрубок

    Рисунок 143. Наборная ограждающая панель кровли с креплением к прогонам длинными саморезами через пластиковые патрубки

    Поверх утеплителя устанавливается гидроизоляционная пленка, а также оставляется воздушная прослойка для проветривания. Крепление профилированных листов с соединительными элементами осуществляется на самонарезных винтах с уплотнителем под головкой, которые должны быть установлены в нижней полке каждого гофра. В местах соединения листов по ширине должен быть обеспечен перехлест минимум на одну полную гофру и герметизация для того, чтобы не допустить проникновение влаги. Саморезы при этом устанавливают по длине нижней полки с максимальным шагом 500 мм. Кроме того, при стыковании листов по длине, которое осуществляется, как правило, в месте опирания на основные несущие конструкции, должен быть обеспечен перехлест 600 мм с вкладышем из того же листа, которые крепятся между собой на самона — резных винтах. Опирание на основные несущие конструкции также может быть обеспечено на самонарезных винтах,которыеустанавливаютсявнижнихиливерхнихполкахнастила.Впоследнемвариантеприменяются длинные винты с пластиковыми патрубками (рис. 143).

    Также организация наборных изоляционных панелей может быть осуществлена с помощью направляющих из тонкостенных стальных С-профилей, которые устанавливаются на соединительные Z-элементы (рис. 144).

    Шарнирное соединение деревянной балки с колонной. Колонны. Подкрановые и обвязочные балки

    Опорные узлы балки.

    Сопряжения балки со стальными колоннами.

    Опирание балки на стальную колонну может быть шарнирным или жестким.

    При возможности лучше всего опирать балку сверху и передавать нагрузку по центру профиля колонны. При боковом креплении балки, помимо сжимающей нагрузки в колонне дополнительно возникает момент от действия этой силы из-за того, что появляется эксцентриситет и соответственно это приводит к увеличению нагрузок и перерасходу металла в колонне.

    Опирание балки на колонну сверху.

    где F — опорная реакция балки;

    Ар — площадь смятия опорного ребра;

    Rр — расчетное сопротивление стали смятию торцевой поверхности.

    Чтобы вся нагрузка передавалась через ребро оно должно не много выступать, но не более 1,5 толщины ребра, обычно это 15-20 мм. Ребро необходимо снизу сострогать, чтобы нагрузка передавалась всей площадью ребра.

    Т.к. узел шарнирный для фиксации балки достаточно 2-х болтов с одной стороны. Диаметр болтов принимается 16-20 мм. С затяжкой лучше не переусердствовать — это не фрикционное соединение 🙂

    Толщина опорной площадки обычно принимается 20-25 мм, толщина ребер 8-12 мм.

    Если имеется угол кровли, ребро нужно сострогать под необходимым углом и добавить шайбы, имеющие скос для болта.

    Опирание 2-х балок на колонну сверху.


    Аналогично предыдущему варианту опираем балки через ребро на оголовок колонны.

    Балки соединяем между собой с помощью болтов. Сверху болты устанавливать не стоит если конечно вы не хотите создать жесткий узел. Между 2-мя ребрами устанавливаем пластинки для того, чтобы не стянуть балки вместе (это может нагрузить колонну моментом на противоположном конце балки).

    Также есть вариант опереть 2-е балки на оголовок колонны следующим способом


    В этом варианте балка нижней полкой ложиться на оголовок колонны.

    Для передачи поперечной силы балка усиливается ребром, ребро устанавливаем так, чтобы при монтаже оно оказалось прямо над полкой колонны. Балки соединяем болтами при помощи накладной пластины (для симметричной передачи нагрузки лучше использовать 2-е пластины с 2-х сторон). Как и в предыдущем варианте нет необходимости соединять балки болтами сверху, чтобы не создать жесткий узел.

    Ребра на колонне, в этом случае, не нужны.

    Между 2-мя балками оставляем не большой зазор около 10-20 мм.


    Шарнирное опирание балки на колонну сбоку

    При боковом креплении необходимо в расчетах колонны учитывать эксцентриситет.


    При шарнирном опирании нагрузка передается через опорное ребро на опорный столик. Столик обычно делают из листовой стали или неравнополочного уголка. Высоту опорного столика определяют из условия прочности сварных швов. Целесообразно приварить столик по 3-ем сторонам. Ширину столика делают на 20-40 мм больше ребра балки, чтобы опорное ребро полностью легло на опорный столик.

    Диаметр отверстий делают на 3-4 мм больше диаметра болтов чтобы балка не повисла на болтах, а полностью легла на столик.

    Опорное ребро балки рассчитывается на смятие по той же формуле, что и для балки опертой сверху.

    При шарнирном опирании ребра в колонне не требуются. Между опорным ребром и колонной монтируется прокладка толщиной примерно 5 мм.


    Жесткое сопряжение балки с колонной при помощи болтового соединения


    Создать жесткое соединение можно с помощью болтового соединения или сварки. Болтовое соединение более технологично — все детали изготавливаются и окрашиваются на заводе, на строительной площадке необходимо лишь установить и затянуть болты.

    В данном узле поперечная сила воспринимается также как и в шарнирном узле с помощью опорного столика. Момент передается с помощью болтов на стенки колонны. Между опорным ребром балки и колонной необходимо установить стальные прокладки для плотного прилегания балки и колонны (зазора после затяжки быть не должно).

    Количество и диаметры болтов для верхнего пояса необходимо рассчитать исходя из возникающего момента в заделке балки. Болты применяются только высокопрочные. Необходимо контролировать затяжку болтов.

    Стенки колонны укрепляются ребрами жесткости.


  • Шпоры по муниципальному праву (Шпаргалка)
  • Шпоры по БЖД (Документ)
  • Шпоры по конструкциям из дерева и пластмасс (Шпаргалка)
  • Шпоры по химии для подготовки к ГОСам (Документ)
  • Шпоры — Металлические конструкции (50 вопросов) (Шпаргалка)
  • n1.doc

    23 Балки и балочные конструкции, классификация

    Наиболее распространенный элемент стальных конструкций, работающий на изгиб.

    Область применения балок очень широка: от небольших элементов рабочих площадок, междуэтажных перекрытий производственных или гражданских зданий до большепролетных балок покрытий, мостов, тяжело нагруженных подкрановых балок и так называемых «хребтовых» балок для подвески котлов в современных тепловых электростанциях.

    Классификация:

    1.По статической схеме: 1.однопролётные (разрезные) — более лёгкий монтаж и изготовление. 2.многопролётные (неразрезные) – меньший расход металла на 20%.3.консольные (разрезные, неразрезные).

    2.По типу сечения:1.прокатные.2.составные (сварные, клёпаные, болтовые).

    Чаще в строительстве – двутавровые сечения (удобство в компановке, технологичны и экономичны по расходу материала). Экономическая эффективность сечений связана с их тонкостенностью.

    Мерой эффективности, т. е. выгодности сечения бал­ки как конструкции, работающей на изгиб, является отношение момен­та сопротивления к площади сечения, равное ядровому расстоянию p = W / A .

    Сравнение ядровых расстояний круглого, прямоугольного и двутаврового сечений, приведенное на рис, показывает, что двутавровое сечение выгоднее прямоугольного в 2 и круглого в 3 раза, так как в этом сечении распределение материала наилучшим образом соответствует распределению нормальных напряжений от изгиба балки.

    В строительстве нашли применение тонкостенные балки, балки из гнутых профилей, прессованные, составные из алюминиевых сплавов, а также бистальные балки, т. е. балки, сваренные из двух марок стали, и балки предварительно напряженные.

    24 Балочные клетки, узлы сопряжения

    Балочные клетки подразделяют на три основных типа: упрощенный (а), нормальный (б) и усложненный (в).


    В упрощенной балочной клетке нагрузка на перекрытие передается через настил на балки настила, располагаемые обычно параллельно меньшей стороне перекрытия на расстояниях а (шаг балок) и через них на стены или другие несущие конструкции, ограничивающие площадку. Из-за небольшой несущей способности настила поддерживающие его балки приходится ставить часто, что рационально лишь при небольших пролетах.

    В нормальной балочной клетке нагрузка с настила передается на балки настила, которые в свою очередь передают ее на главные балки, опирающиеся на колонны, стены или другие несущие конструкции, ограничивающие площадку. Балки настила обычно принимают прокатными.

    В усложненной балочной клетке вводятся вспомогательные балки, располагаемые между балками настила и главными балками, передающими нагрузку на колонны. В этом типе балочной клетки нагрузка передается на опоры наиболее длинно. Балки настила и вспомогательные балки обычно принимаются прокатными.

    Выбор типа балочной клетки связан с вопросом о сопряжении балок между собой по высоте. Сопряжение балок может быть этажное, в одном уровне и пониженное.

    При этажном сопряжении (а) балки, непосредственно поддерживающие настил, укладываются на главные или вспомогательные. Это наиболее простой и удобный в монтажном отношении способ сопряжения балок, но он требует наибольшей строительной высоты.

    При сопряжении в одном уровне (б) верхние полки балок настила и главных балок располагаются в одном уровне, а на них опирается настил. Этот способ позволяет увеличить высоту главной балки при заданной строительной высоте перекрытия, но существенно усложняет конструкцию опирания балок.

    Пониженное сопряжение (в) применяется в балочных клетках усложненного типа. В нем вспомогательные балки примыкают к главной ниже уровня верхнего пояса, на них поэтажно укладывают балки с настилом. Этот тип сопряжения, так же как и сопряжение в одном уровне, позволяет иметь наибольшую высоту главной балки при заданной строительной высоте перекрытия.

    Все рассмотренные сопряжения балок работают как шарнирные. При необходимости жесткого сопряжения балок вводят «рыбки» (при одинаковой высоте балок) или «рыбку» и столик (при различной высоте балок). В таком сопряжении возникает не только поперечная сила, передающаяся на болты, прикрепляющие стенку вспомогательной балки к ребру главной балки или непосредственно на столик, но и опорный момент, передающийся через специальные наклад ки-рыбки или через «рыбку» и столик.
    25 Подбор сечения прокатных балок

    Максимальный изгибающий момент в балке:

    М мах = ql 2 /8 , где l – длина балки, q – расчетная нагрузка на балку

    Требуемый момент сопротивления:

    W тр = M max / ? c R y , где? c -коэфф. условия работы, R y -расчётное сопротивление стали

    Выбираем двутавр по W>W red => номер двутавра, швеллера или др.

    1. Проверка прочности принятого сечения не производится, т.к. W x >W тр.

    2. Производим проверку жесткости (прогиба): f/l = (5q н *l 3)/(384EJ x)?

    – относительная предельная деформация, Е – модуль упругости стали

    3.проверка на выносливость: ? max ??R y ? y , где?-коэфф., учитывающий количество циклов загружения, R y -расчётное сопротивление усталости, ? y -коэфф., учитывающий вид нагруженного состояния.

    4.Проверка на прочность с учётом хрупкого разрушения? max ??R u /? u , ? max -наибольшее растягивающее напряжение, ?-коэфф., зависящий от t эксплуатации и вида концентрата напряжений.
    26 Подбор сечения сварных балок


    Высота балки определяется из двух условий: а) h?h min , б) h?h opt

    Минимальная высота, обеспечивающая условие выполнения обеспечения относительного прогиба:


    , где R y – расчетное сопротивление, l – длина балки, Е – модель упругости, = 400 – величина, обратная допустимому прогибу

    Оптимальная высота главной балки

    , где k = 1,1 – коэффициент, учитывающий конструкцию главной балки (сварная)

    Требуемый момент сопротивления W тр = M max /с*R y

    T w = 7+3*h min , где h min – в метрах, t w — в миллиметрах.

    Окончательно высота принимается из условия:

    H?h w + 2t f , где h w – высота стенки балки, принимаемая по сортаменту на листовую сталь, t f = 20…30 мм.

    Компоновка сечения

    Толщина стенки определяется из 2 условий:


    1. Обеспечение прочности стенки на срез:

    ; где R s = 0,58 R y – расчетное сопротивление стали срезу.

    2) t w ? 7+3*h, где h – принятая фактическая высота балки в метрах; t w – в миллиметрах.

    Принимаем t w по ГОСТам на полосовую сталь.

    Определение ширины поясного листа

    Требуемая площадь одного поясного листа:

    A f тр = (W тр /h) — (t w *h/6)

    Требуемая ширина пояса:

    B f тр = A f тр /t f

    Для обеспечения устойчивости пояса должны выполняться условия:

    1)

    2)

    ,

    , где — свес пояса

    Геометрические характеристики принятого сечения



    Проверка подобранного сечения на прочность:



    27 Изменение сечения сварных балок

    Если оставить сечение балки постоянным по длине, то везде где изгибающие моменты меньше расчетного, сечения будут недогружены, а балка в целом неэкономична. Для экономии металла целесообразно менять сечения балки в соответствии с эпюрой изгибающих моментов.

    Наиболее целесообразно изменять ширину поясов.

    Место изменения сечения для шарнирно опертой балки под равномерно рас­пределенной нагрузкой находится на расстоянии x = l/6 от опоры. Для балки, нагруженной сосредоточенной силой посредине, это расстояние равно x = l/4.

    Требуемый момент сопротивления измененного сечения:

    W№ x тр = M№/R wy , где R wy = R y – расчетное сопротивление наплавляемого металла в сварном шве, при условии полного контроля за качеством шва; M№ — изгибающий момент в месте изменения сечения.

    Расчетные усилия в месте изменения сечения:


    Требуемый момент инерции сечения в месте изменения:

    J№ x тр = W№ тр *h/2

    Требуемый момент инерции поясов в месте изменения сечения:

    J№ f тр = J№ x тр — J w , где J w – момент инерции стенки

    Требуемая площадь сечения одного поясного листа в месте изменения сечения:


    , где h f – расстояние между центрами тяжести поясных листов

    Требуемая ширина поясного листа в месте изменения сечения:

    B№ f тр = A№ f тр /t f

    Для обеспечения прочности измененного сечения должно выполняться условие: W№ x >W№ x тр

    Фактические характеристики измененного сечения:

    J№ x = J w +2*A№ f тр (h- t f) 2

    W№ x = J№ x /(h/2)
    28 Обеспечение общей устойчивости сварных балок

    Общую устойчивость составных балок проверяют по формуле М/? б Wc?R? где? б для двутавровых составных балок, имеющих две оси симметрии, так же как в прокатных балках, вычисляют по

    , которое в свою очередь определяют в функции коэффициента?. Необходимый для определения? параметр?, зависящий от сопротивления балки кручению, для составных балок вычисляют по формуле?=8(l 0 t п /h 0 b п) 2 (1+ at ст 3 /b п t п 3), где l 0 — расчетная длина сжатого пояса балки, закрепленного от поперечных смещений; a = 0,5h 0 ; h 0 — расстояние (высота) между осями поясных листов; b п и t п — соответственно ширина и толщина сжатого пояса; t ст — толщина стенки балки.

    Для балок, имеющих сечение, отличное от двутавра, имеющего две оси симметрии, проверка устойчивости имеет свои особенности и должна проводиться в соответствии с указаниями СНиП. Общую устойчивость балок можно не проверять при передаче нагрузки через сплошной жесткий настил, непрерывно опирающийся на сжатый пояс балки и надежно с ним связанный, а также при удовлетворении условий формулы об отношении расчетной длины к ширине сжатого пояса.
    29 Обеспечение местной устойчивости сварных балок

    Местное выпучивание отдельных элементов конструкций под действием сжимающих нормальных или касательных напряжений называется потерей местной устойчивости.

    В балках потерять устойчивость могут сжатый пояс от действия нормальных напряжений и стенка от действия касательных или нормальных напряжений, а также и от их совместного действия. Потеря устойчивости одним из элементов балки полностью или частично выводит его из работы, рабочее сечение балки уменьшается, часто становится несимметричным, центр изгиба смещается, и это может привести к преждевременной потере несущей способности всей балки.

    Общее выражение для критического напряжения

    Элементы балки могут потерять устойчивость, только если действующие в балке напряжения или их совместное воздействие больше критических напряжений потери устойчивости. Поэтому нежелательно, чтобы? кр были меньше расчетных значений материала по прочности и потеря устойчивости происходила раньше потери несущей способности балки по прочности, так как при этом недоиспользовалась бы прочность материала, что неэкономично.

    Устойчивость сжатого пояса. Специальные конструктивные мероприятия по обеспечению увеличения ширины свеса нецелесообразны.

    Устойчивость стенки. Стенка представляет собой длинную тонкую пластину, испытывающую действие касательных и нормальных напряжений, которые могут вызвать потерю ее устойчивости. Но устойчивости стенки обычно добиваются не увеличением ее толщины, а укреплением ее специальными ребрами жесткости, расположенными нормально к поверхности выпучивания листа и увеличивающими жесткость стенки.

    Ребра жесткости делят стенку на отсеки (панели), которые могут потерять устойчивость независимо один от другого.

    Ребро в средней третьей части пролета главной балки устанавливается под каждой вышеуложенной балкой, а также под ближайшей к опоре балкой. В крайних третях гл балки ребра жесткости ставятся под прокатными балками с шагом a?h ? . Размеры ребра жесткости принимаются по сортаменту на полосовую сталь, при этом ширина ребра жесткости b s не должна превышать b f /2.
    30 Проверка устойчивости стенки сварной балки

    Для обеспечения устойчивости стенки вдоль пролёта балки к стенке привариваются поперечные двусторонние рёбра жёсткости.

    Устойчивость стенок на скручивание можно не проверять, при отношении:

    Проверка местной устойчивости стенки

    Расчет на устойчивость стенок балок симметричного сечения при наличии местного напряжения

    следует выполнять по формуле


    ,

    Где

    — определяют согласно требованиям СНиП

    Определяем фактические напряжения для проверки устойчивости стенки балки

    и

    Фактическое значение нормативных напряжений на уровне верха стенки определяем по формуле:


    Для проверки местной устойчивости принимаем среднее значение касательных напряжений при условии, что они воспринимаются только стенкой:


    Местное напряжение

    в стенке под сосредоточенной нагрузкой


    ,

    Где F – расчетное значение нагрузки, — условная длина распределения нагрузки, определяемая в зависимости от условий опирания,

    Критическое напряжение определяем по формуле:


    , где — условная гибкость стенки


    Значения


    , где — коэффициент, зависящий от? и отношения a/h ef


    ,



    31 Расчет узла опирания балки на колонну сверху


    Сопряжение балок со стальными колоннами может быть или шарнирным, передающим только опорную реакцию балки, или жестким, передающим на колонну кроме опорной реакции еще и момент защемления балки в колонне. Шарнирное соединение широко применяется в большинстве балочных конструкций, жесткое — в каркасах многоэтажных зданий.

    Конец балки в месте опирания ее на опору укрепляют опорными ребрами, считая при этом, что вся опорная реакция передается с балки на опору через эти ребра жесткости Ребра жесткости для передачи опорной реакции надежно прикрепляют к стенке сварными швами, а торец ребер жесткости либо плотно пригоняют к нижнему поясу балки, либо строгают для непосредственной передачи опорного давления на стальную колонну. Для правильной передачи давления на колонну центр опорной поверхности ребра надо совмещать с осью полки колонны.

    Размер опорных ребер жесткости определяют обычно из расчета на смятие торца ребра

    Выступающая вниз часть опорного ребра обычно принимается 15-20 мм.

    Помимо проверки на смятие торца опорного ребра производится также проверка опорного участка балки на устойчивость из плоскости балки как условного опорного стержня, включающего в площадь расчетного сечения опорные ребра и часть стенки балки шириной по 0,65 в каждую сторону и длиной, равной высоте стенки балки: где? — коэффициент продольного изгиба стойки с гибкостью (? = h CT / iz ), определен­ной относительно оси z , совпадающей с профильной осью балки.

    Прикрепление опорных ребер к стенке балки сварными швами должно быть рассчитано на полную опорную реакцию балки с учетом максимальной рабочей длины сварного шва.
    31Расчет опорных ребер жесткости


    Ширина опорного ребра: b d = b 1 f = 20 см.

    Требуемая площадь сечения опорного ребра:


    , где Q max – опорная реакция в главной балке; R p – расчётное сопротивление смятию торцовой поверхности.


    ,

    — нормативное сопротивление по пределу прочности, — коэффициент надежности по материалу.

    Требуемая толщина опорного ребра:

    T d = A d /b d , где b d =b f

    Окончательно t d принимается по сортаменту на листовую сталь. Кроме смятия опорное ребро работает на сжатие и требуется проверка устойчивости условной стойки. В сечение условной стойки входят опорное ребро и часть стенки.


    Длина этой части стенки определяется по формуле:

    Площадь сечения условной стойки находится по формуле:

    Проверка устойчивости сводится к выполнению условия  = Q max /(*A s) ? R y ; где  — коэффициент продольного изгиба. Принимается в зависимости от гибкости  z:

     z = h w /i z , где i z — радиус инерции сечения условной стойки,


    J z — момент инерции сечения условной стойки


    32 Расчет узла опирания балки на колонну сбоку и на кирпичные стены

    Шарнирное примыкания балки к колонне:

    При шарнирном прикреплении балки к колонне опорная реакция передается через опорный столик, который в зависимости от нагрузки выполняется из листа толщиной 25-40 мм или из неравнополочного уголка со срезанной меньшей полкой, или из сварного столика таврового сечения. Швы, крепящие опорный столик, рассчитываются на срез или на срез и изгиб с учетом коэффициента условий работы, равным 0,65. Болты в соединении ставятся конструктивно.

    Жесткое крепление балок к колоннам предусматривают в случае проектирования рамного каркаса или когда балка перекрытия выполняет одновременно и функцию балки-распорки в вертикальных связях каркаса. При жестком креплении верхняя и нижняя полки балки при помощи горизонтальных планок или косынок вертикальных связей прикрепляют к колоннам жестко, что препятствует повороту балки в опорном узле.

    Стыковые планки и косынки воспринимают горизонтальные составляющие силы S=M/h, возникающие от действия изгибающего момента в опорном узле. Опорная реакция при жестком креплении балки передается на колонну способом, аналогичным передаче опорной реакции при шарнирном креплении балки к колонне. Применение жесткого узла более трудоемко по сравнению с шарнирным, но позволяет снизить расход металла.
    33 Расчет узла сопряжения главной балки с прокатными балками

    Сопряжения главных и второстепенных балок между собой бывают: этажные, в одном уровне верхних поясов и с пониженным расположением верхних поясов второстепенных балок
    б) на смятие


    , где R bp – расчетное сопротивление на смятие,

    – толщина ребра жесткости.

    Сравниваем результаты расчетов, выбираем меньшее. Требуемое количество болтов в соединении:


    34 Расчет угловых сварных швов в балках

    Соединение поясов со стенкой в сварных балках осуществляют непрерывными угловыми швами. Поясные сварные швы воспринимают сдвигающее усилие между поясом и стенкой. Оно вызывается поперечной силой Q действующей на опорах или в местах приложения сосредоточенных нагрузок.

    Сдвигающее усилие, приходящееся на единицу длины пояса, получим умножением касательных напряжений на толщину стенки:

    , где S –статический момент пояса относительно нейтральной оси, I – момент инерции сечения балки.

    — коэффициент условий работы;


    — при двусторонних швах;

    — расчетная поперечная сила.

    Катет шва должен быть не менее минимального рекомендуемого значения в зависимости от толщины пояса

    . Толщина шва принимается постоянной по длине.
    35 Монтажный стык главной балки на сварке

    В отличие от заводского, монтажный стык выполняется в одном сечении. Требования к шву и его расчет аналогичны заводским. Швы рекомендуется выполнить двусторонней сваркой.

    В монтажном стыке могут возникать значительные сварочные напряжения. Для их снижения необходимо соблюдать последовательность сварки: Вначале сваривается стенка. При остывании шва стенка свободно деформируется и сварочные напряжения не возникают. Затем свариваются поясные листы. Здесь деформации стеснены, и возникают сварочные напряжения. Однако на участке, где не выполнены поясные швы, стенка и пояса деформируются независимо друг от друга. Длина участков принимается не более 500 мм. Они завариваются в последнюю очередь. Стык растянутого пояса, как правило, выполняют косым швом.

    Если на монтажной площадке имеется возможность применения физических методов контроля качества швов и концы швов выводятся за их пределы, то все швы стыка и основной металл считаются равно прочными. При соблюдении этих условий монтажный стык можно размещать в любом месте балки без расчета.

    Наиболее просто и удобно простое соединение балок встык и при ручной сварке расчетное сопротивление сварного шва встык на растяжение меньше расчетного сопр основного металла

    M св стыка = M max R св /R?0,85M max

    В сечениях, где действ-т больший изгиб момент, делают прямое соединение балок в стык, а полки усиливают накладками.

    Считают изгибающие моменты

    M =WR св + N н h н,

    В накладках определяют расчетные усилия,

    N н =(M-WR св)/h н, h н – расстояние между осями накладок, N н – усилие в накладке, W – момент сопротивления сечения балки

    А затем площадь поперечного сечения накладки

    A=N н /R св
    36 Монтажный стык главной балки на высокопрочных болтах

    В таких стыках каждый пояс балки желательно перекрывать тремя накладками с двух сторон, а стенку — двумя вертикальными накладками, площадь сечения которых должна быть не меньше площади сечения перекрываемого ими элемента.

    Стык пояса:

    Суммарная площадь накладок: A н?А f

    Максимальная продольная сила, воспринимаемая поясом: N = A f *R y

    Несущая способность одного среза болта Q bn = 0,7R bun *? b *A bn * ?/ ? n , где R bun – расчетное сопротивление болта срезу; ? b – коэффициент условия работы соединения; A bn – площадь сечения одного болта «нетто»; ? – коэффициент трения.

    Количество болтов с одной стороны стыка: n = N/ (? с *m тр *Q bn), где? с – коэффициент, учитывающий назначение конструкции; m тр – число плоскостей трения в стыке пояса.

    Болты с каждой стороны стыка расставляются симметрично относительно стенки главной балки. Длина накладок принимается в зависимости от шага болтов и должна быть кратна 10 миллиметрам.

    Расчет и конструирование стыка стенки:

    Стык стенки перекрывается двумя накладками с применением тех же высокопрочных болтов, что и стык поясов. Стык должен воспринять изгибающий момент, который приходится на стенку балки: M w = M max *J w /J x , где M max – момент в середине пролета главной балки; J w – момент инерции стенки; J x – момент инерции сечения балки в середине пролета.

    Болты в стыке расставляются вертикальными и горизонтальными рядами. Максимально загруженные болты находятся в дальних от нейтральной оси (Н.О.) горизонтальных рядах. Расчетное усилие в наиболее удалённом от Н.О. горизонтальном ряду: N max = M w *h max /(m*h i 2).

    Число болтов с каждой стороны стыка определяется методом подбора. Первоначально принимается с каждой стороны стыка по одному вертикальному ряду.

    h i 2 = h 1 2 + h 2 2 + h 3 2 + … + h max 2 ;

    M – число вертикальных рядов с каждой стороны стыка.

    Прочность стыка обеспечена, если выполняется условие: N max ? m тр *Q bh

    2.440-1.1 00 КМ Пояснительная записка
    2.440-1.1 01 КМ Шарнирные узлы. Рекомендации по применению шарнирных узлов
    2.440-1.1 02 КМ Шарнирные узлы. Этажное опирание балок. Узлы 1 и 2
    2.440-1.1 03 КМ Шарнирные узлы. Крепление балок на опорных уголках. Узел 3
    2.440-1.1 04 КМ Шарнирные узлы. Крепление балок на опорных уголках. Узел 4
    2.440-1.1 05 КМ Шарнирные узлы. Геометрические характеристики и несущие способности узла 4
    2.440-1.1 06 КМ Шарнирные узлы. Опирание балок на ребра из швеллеров. Узел 5
    2.440-1.1 07 КМ Шарнирные узлы. Опирание балок на ребро из тавров. Узел 6
    2.440-1.1 08 КМ Шарнирные узлы. Крепление балок на опорных планках. Узлы 7, 7а, 8, 8а
    2.440-1.1 09 КМ Шарнирные узлы. Таблица геометрических характеристик и несущих способностей узлов 7, 7а
    2.440-1.1 10 КМ Шарнирные узлы. Таблица геометрических характеристик и несущих способностей узлов 8, 8а
    2.440-1.1 11 КМ Шарнирные узлы. Крепление балок на опорных планках из уголков. Узел 9
    2.440-1.1 12 КМ Шарнирные узлы. Опирание балок на оголовок стойки, центральное опирание. Узлы 10, 11
    2.440-1.1 13 КМ Шарнирные узлы. Таблица геометрических характеристик и несущих способностей узлов 10, 11
    2.440-1.1 14 КМ Шарнирные узлы. Крепление балок на 2-х болтах нормальной точности (горизонтальное). Узлы 12, 13
    2.440-1.1 15 КМ Шарнирные узлы. Крепление балок к колоннам на 2-х болтах нормальной точности. Узел 14
    2.440-1.1 16 КМ Шарнирные узлы. Крепление балок к колоннам на 3-х болтах нормальной точности. Узел 15
    2.440-1.1 17 КМ Шарнирные узлы. Крепление балок к колоннам на 4-х болтах нормальной точности. Узел 16
    2.440-1.1 18 КМ Шарнирные узлы. Крепление балок к колоннам на 5-и болтах нормальной точности. Узел 17
    2.440-1.1 19 КМ Шарнирные узлы. Крепление балок к колоннам на 6-и болтах нормальной точности. Узел 18
    2.440-1.1 20 КМ Шарнирные узлы. Крепление балок к колоннам на 7-и болтах нормальной точности. Узел 19
    2.440-1.1 21 КМ Шарнирные узлы. Крепление балок к балкам на 2-х болтах нормальной точности. Узел 20
    2.440-1.1 22 КМ Шарнирные узлы. Крепление балок к балкам на 3-х болтах нормальной точности. Узел 21
    2.440-1.1 23 КМ Шарнирные узлы. Крепление балок к балкам на 4-х болтах нормальной точности. Узел 22
    2.440-1.1 24 КМ Шарнирные узлы. Крепление балок к балкам на 5-и болтах нормальной точности. Узел 23
    2.440-1.1 25 КМ Шарнирные узлы. Крепление балок к балкам на 6-и болтах нормальной точности. Узел 24
    2.440-1.1 26 КМ Шарнирные узлы. Крепление балок к балкам на 7-и болтах нормальной точности. Узел 25
    2.440-1.1 27 КМ Шарнирные узлы. Крепление балок к балкам на 2-х болтах нормальной точности. Узел 26
    2.440-1.1 28 КМ Шарнирные узлы. Крепление балок к балкам на 3-х болтах нормальной точности. Узел 27
    2.440-1.1 29 КМ Шарнирные узлы. Крепление балок к балкам на 4-х болтах нормальной точности. Узел 28
    2.440-1.1 30 КМ Шарнирные узлы. Крепление балок к колоннам на 2-х болтах нормальной точности. Узел 29
    2.440-1.1 31 КМ Шарнирные узлы. Крепление балок к колоннам на 3-х болтах нормальной точности. Узел 30
    2.440-1.1 32 КМ Шарнирные узлы. Крепление балок к колоннам на 4-х болтах нормальной точности. Узел 31
    2.440-1.1 33 КМ Шарнирные узлы. Крепление балок к колоннам на 5-и болтах нормальной точности. Узел 32
    2.440-1.1 34 КМ Шарнирные узлы. Крепление балок к колоннам на 6-и болтах нормальной точности. Узел 33
    2.440-1.1 35 КМ Шарнирные узлы. Крепление балок к колоннам на 7-и болтах нормальной точности. Узел 34
    2.440-1.1 36 КМ Шарнирные узлы. Опирание балок на кирпичные стены. Узлы 35-38
    2.440-1.1 37 КМ Рамные узлы. Общий вид и таблица характеристик узла 39
    2.440-1.1 38 КМ Рамные узлы. Общий вид и таблица характеристик узла 40
    2.440-1.1 39 КМ Рамные узлы. Узлы 39, 40
    2.440-1.1 40 КМ Рамные узлы. Общий вид и таблица характеристик узла 41
    2.440-1.1 41 КМ Рамные узлы. Общий вид и таблица характеристик узла 42
    2.440-1.1 42 КМ Рамные узлы. Узлы 41, 42
    2.440-1.1 43 КМ Рамные узлы. Детали узлов 39-42
    2.440-1.1 44 КМ Рамные узлы. Таблица характеристик деталей узлов 39-42
    2.440-1.1 45 КМ Рамные узлы. Опорные столики для ригелей в узлах 39-42, 44, 45
    2.440-1.1 46 КМ Рамные узлы. Общий вид узла 43. Таблица характеристик узлов 43, 44
    2.440-1.1 47 КМ Рамные узлы. Общий вид и таблица характеристик узла 44
    2.440-1.1 48 КМ Рамные узлы. Узлы 43, 44. Вертикальные накладки по стенкам ригелей в узле 43. Таблица характеристик накладок
    2.440-1.1 49 КМ Рамные узлы. Горизонтальны накладки по поясам ригелей в узлах 43, 44. Таблица характеристик накладок
    2.440-1.1 50 КМ Рамные узлы. Общий вид и таблица характеристик узла 45
    2.440-1.1 51 КМ Рамные узлы. Узел 45. Горизонтальны накладки по поясам ригелей. Таблица характеристик накладок
    2.440-1.1 52 КМ Рамные узлы. Таблица для подбора горизонтальных ребер жесткости в колоннах
    2.440-1.1 53 КМ Рамные узлы. Горизонтальные ребра жесткости в колоннах. Таблица характеристик ребер
    2.440-1.1 54 КМ Рамные узлы. Накладные ребра жесткости
    2.440-1.1 55 КМ Рамные узлы. Таблица несущей способности колонн по прочности
    2.440-1.1 56 КМ Рамные узлы. Таблица несущей способности ригелей по прочности

    Сопряжения разделяют по конструктивному признаку на опирание сверху и примыкание сбоку (шарнирное или жесткое). Примыкание сбоку может осуществляться либо в виде фланцевого соединения, либо при помощи столиков. Шарнирное сопряжение передает только опорную реакцию, а жесткое передает, кроме опорной реакции, еще и опорный момент.

    Примеры опирания балок на колонны показаны на фигуре. Обычно в качестве непосредственной опоры, передающей опорное давление на колонну (или консоль), в балках пролетом до 25 — 30 м применяется плоская подушка (плита). На фигуре,а опорные ребра жесткости (опорные планки) поставлены по торцам балок и выпущены книзу на 10 — 15 мм. Фрезерованные (строганые) торцы этих планок фиксируют центральную передачу опорного давления. Нижний пояс балок не касается колонны, но притягивается к ней болтами.

    На фигуре наоборот, ребра жесткости расставлены, фиксируя передачу опорных давлений через опорные плиты на ветви колонны (из ). Толщина опорных плит обычно назначается конструктивно (если только плита не работает на изгиб) и принимается несколько большей, чем толщина пояса балки.


    На фигуре, а показано шарнирное примыкание (фланцевое) сбоку на болтах. Болты в этом креплении рассчитываются на срез от действия опорной реакции А, увеличенной на 20% (смотрите ). Применение черных болтов здесь возможно при опорной реакции примерно до 30 — 35 т. Сварной шов рассчитывается, как было указано выше, на совместное действие касательных и нормальных напряжений (смотрите ).

    Такое примыкание, как показали опыты, несмотря на расставленные по высоте балки болты, является шарнирным вследствие податливости всего соединения (отгиба полок уголков, податливости гаек, вытяжки болтов и т. д.). Для осуществления жесткого сопряжения необходимо прочно соединить пояса балки с опорной конструкцией.

    На фигуре б показан пример такого сопряжения, в котором нижний и верхний пояса присоединены к колонне горизонтальными планками. Это соединение выполнено для нижнего и верхнего поясов балки по-разному для того, чтобы избежать потолочной сварки при монтаже.

    Сопряжения по фигуре могут применяться лишь при статической нагрузке, так как они имеют щели, вокруг которых концентрируются напряжения, опасные при динамической нагрузке.


    На фигуре, а показано шарнирное примыкание балки к колонне сбоку при помощи опорного столика. Это очень простое сопряжение, удобное для монтажа. Опорным столиком обычно служит неравнобокий уголок, полученный путем обрезки части полки. Он воспринимает все опорное давление балки А, которое передается на колонну через швы.

    Однако расчетную длину шва l ш на одной стороне столика обычно определяют, исходя из усилия, равного 2/3А, ввиду возможной перегрузки одной стороны из-за неточности изготовления. Уголки, приваренные к стенке балки, — конструктивные; каждый из них прикрепляется к колонне двумя болтами.

    Опорные столики часто делают из толстого листа (δ = 25/30 мм). На фигуре,б показано жесткое сопряжение балки с колонной при помощи опорного столика из толстого листа. Это сопряжение способно воспринять не только опорное давление, передающееся на столик, но также и момент, передающийся с поясов балки на опорную планку (фланец), прикрепленную болтами к колонне. Линия оси упругого поворота узла (нейтральная линия), как показали исследования, проходит примерно на уровне нижнего пояса балки.

    Максимальное усилие в двух верхних болтах, расположенных на одной горизонтали и работающих на растяжение, определяется по формуле

    Нижнюю кромку опорной планки, выпущенной на 10 мм, строгают так же, как и верхнюю кромку опорного столика. Для полной обеспеченности передачи опорного давления на столик диаметр отверстий в планке назначают на 2 — 3 мм больше диаметра болтов, тем самым не допуская работы болтов на срез. Учитывая работу опорной планки не только на сжатие, но и на изгиб, ее следует делать достаточно толстой (около 16 — 20 мм).


    а — сварных;
    б — клепанных.

    На фигуре показаны примеры жесткого сопряжения второстепенных балок с главными. Опорный момент передается здесь по верхнему поясу через планку, называемую «рыбкой», а по нижнему поясу — через столик. Рыбка имеет уширение по сечению а — б, рассчитанное на восприятие полного усилия N = M/h.

    «Проектирование стальных конструкций»,
    К.К.Муханов

    На фигуре показаны стыки сварной составной балки. На фигуре, а показан заводской стык, у которого элементы поясов я стенки стыкуются вразбежку, а на фигуре, б — монтажный стык. Примененный здесь прямой стык стенки может быть устроен при ручной сварке и обычных способах контроля сварки в том сечении балки, где момент имеет значение Тогда напряжение в…

    На фигуре, а показан заводской стык стенки клепаной балки, перекрытый накладками на всю высоту стенки с двух сторон; на фигуре, б и в показаны заводские стыки поясных уголков и поясного листа. Основное правило устройства стыка заключается в перекрытии его стыковым элементом, площадь сечения которого не меньше площади стыкуемого элемента. На фигуре, г показан пример монтажного…

    Сопряжение балок со стальными колоннами осуществляется путем их опирания сверху или примыканием сбоку к вдвойне. Такое соединение может быть или шарнирным, передающим только опорную реакцию балки, или жестким, передающим на колонну кроме опорной реакции еще и момент защемления балки в колонне. Шарнирное соединение широко применяется в большинстве балочных конструкций, жесткое — в каркасах многоэтажных зданий. Примеры опирания балок на колонны сверху показаны на рис. 15.

    Рис. 15. Опирание балок на колонны

    а, б — сверху

    в — сбоку

    Конец балки в месте опирания ее на опору укрепляют опорными ребрами, считая при этом, что вся опорная реакция передается с балки на опору через эти ребра жесткости Ребра жесткости для передачи опорной реакции надежно прикрепляют к стенке сварными швами, а торец ребер жесткости либо плотно пригоняют к нижнему поясу балки (рис. 15, а), либо строгают для непосредственной передачи опорного давления на стальную колонну (рис. 15,6). Для правильной передачи давления на колонну (при конструктивном решении по рис. 15, а) центр опорной поверхности ребра надо совмещать с осью полки колонны.

    Размер опорных ребер жесткости определяют обычно из расчета на смятие торца ребра

    (7.60)

    Выступающая вниз часть опорного ребра (рис. 15, б) не должна превышать a

    Помимо проверки на смятие торца опорного ребра производится также проверка опорного участка балки на устойчивость из плоскости балки как условного опорного стержня, включающего в площадь расчетного сечения опорные ребра и часть стенки балки шириной по 0,65 в каждую сторону (на рис. 15, б, а эта площадь заштрихована) и длиной, равной высоте стенки балки:

    (7.61)

    Прикрепление опорных ребер к стенке балки сварными швами должно быть рассчитано на полную опорную реакцию балки с учетом максимальной рабочей длины сварного Шва. Шарнирное примыкание балок сбоку по рис. 15, в) по своему конструктивному оформлению, работе и расчету не отличается от описания балок сверху по рис. 15, б.

    11. Конструирование и расчет оголовка колонны .

    При свободном сопряжении балки обычно ставят на колонну сверху, что обеспечивает простоту монтажа.

    В этом случае оголовок колонны состоит из плиты и ребер, поддерживающих плиту и передающих нагрузку на стержень колонны.

    Если нагрузка передается на колонну через фрезерованные торцы опорных ребер балок, расположенных близко к центру колонны, то плита оголовка поддерживается снизу ребрами, идущими под опорными ребрами балок.

    Ребра оголовка приваривают к опорной плите и к ветвям колонны при сквозном стержне или к стене колонны при сплошном стержне. Швы, прикрепляющие ребро оголовка к плите, должны выдерживать полное давление на оголовок. Проверяют их по формуле:

    Высоту ребра оголовка определяют требуемой длиной швов, передающих нагрузку на стержень колонны (длина швов нe должна быть больше ):

    Толщину ребра оголовка определяют из условия сопротивления на смятие под полным опорным давлением:

    Назначив толщину ребра, следует проверить:

    (8.38)

    При малых толщинах стенок швеллеров сквозной колонны и стенки сплошной колонны их надо также проверить на срез в месте npикрепления к ним ребер. Можно в пределах высоты оголовка сделать стенку более толстой.

    Чтобы придать жесткость ребрам, поддерживающим опорную плиту, и укрепить от потери устойчивости стенки стержня колонны в местах передачи больших сосредоточенных нагрузок, вертикальные ребра воспринимающие нагрузку, обрамляют снизу горизонтальными ребрами.

    Опорная плита оголовка передает давление от вышележащей конструкции на ребра оголовка и служит для скрепления балок с колоннами монтажными болтами, фиксирующими проектное положение балок.

    Толщина опорной плиты принимается конструктивно в пределах 20-25 мм.

    При фрезерованном торце колонны давление от балок передается через опорную плиту непосредственно на ребра оголовка. В этом случае толщина швов, соединяющих плиту с ребрами, так же как и с ветвями колонны, назначается конструктивно.

    Большие опорные давления балок лучше передавать на колонну через ребра, расположенные над полками колонн.

    Если балка, крепится к колонне сбоку, вертикальная реакция передается через опорное ребро балки на столик, приваренный к полкам колонны. Торец опорного ребра балки и верхняя кромка столика пристраиваются. Толщину столика принимают на 20-40 мм больше толщины опорного ребра балки.

    Столик целесообразно приваривать к колонне по трем сторонам.

    Сварные швы, приваривающие столик к колонне, рассчитывают по формуле:

    Коэффициент 1,3 учитывает возможную непараллельность торцов опорного ребра балки и столика из-за неточности изготовления, что приводит к неравномерному распределению реакции между вертикальными швами.

    Чтобы балка не зависла на болтах и плотно стала на опорный столик, опорные ребра балки прикрепляют к стержню колонны болтами, диаметр которых должен быть на 3-4 мм меньше диаметра отверстий.

    Узел опирания главной балки на оголовок колонны .


    Как моделировать шарнирное соединение или соединение

    Что такое шарнирное соединение?

    Во-первых, что такое шарнирный шарнир? Шарнирное соединение позволяет двум элементам вращаться вокруг своего соединения. На шарнире обе части могут свободно вращаться без каких-либо ограничений. Возьмите следующую диаграмму:

    Пример подвижного шарнира / соединения

    Вы можете видеть, как второй стержень может свободно вращаться под приложенной нагрузкой. Элемент не передает изгибающий момент другому элементу.Это подтверждается тем фактом, что изгибающий момент в соединительном узле равен 0, что означает отсутствие ограничения против изгибающего момента.

    Описание шарнирного соединения

    Лучший способ полностью понять, как работают соединения, — это понять, как узлы подключаются к концам элементов . Если он имеет фиксированную степень свободы, то элемент приваривается к узлу — туда, куда идет узел, и элемент идет! Возьмем следующих двух членов:

    Мы видим, что они объединены общим узлом.Теперь давайте разделим участников, чтобы поближе познакомиться:

    Слева у нас есть элемент 1, прикрепленный к узлу с кодом ограничения FFF-FFF. Справа у нас есть элемент 2, который в этом примере имеет целый вырез, позволяющий узлу скользить по оси X и вращаться вокруг оси Z. Это обозначено RFF-FFR. Я выбрал этот пример, потому что он легко понять и визуализировать движение по оси X. Это пример шарнирного соединения, которое может перемещаться по оси X.Если вы хотите ограничить движение по локальной оси x, просто смоделируйте следующее соединение:

    Как моделировать шарнирный шарнир

    Как только мы разобрались с нашими конечными исправлениями, пришло время смоделировать это в программном обеспечении. Возьмем простую связь между двумя участниками:

    Чтобы изменить это соединение (узел 2 на схеме) на шарнирное соединение, нам просто нужно изменить одну из фиксаций элемента на FFF-FFR (как показано ниже). Мы видим, что конец элемента 1 обозначен «FFFFFR» в левом меню ввода.При этом мы должны увидеть небольшое «тире», добавленное к диаграмме, означающее, что элемент больше не является фиксированным соединением:

    После анализа конструкции мы можем проверить, есть ли сила изгибающего момента в соединении. Поскольку изгибающее усилие не передается между элементами, изгибающий момент должен быть равен 0 в узле, где находится шарнир:

    Сила изгибающего момента должна быть равна 0 на шарнирном соединении

    Подпишитесь бесплатно

    Сэм Карильяно
    Генеральный директор и соучредитель SkyCiv
    BEng (Гражданский), BCom
    LinkedIn Поддержка

    и типы подключения Поддержка

    и типы подключения

    Типы опор и соединений


    Структурные системы переносят свою нагрузку через ряд элементов на землю.Это достигается путем создания соединения элементов. на их пересечении. Каждое соединение спроектировано так, чтобы оно могло передавать, или опора, особый тип нагрузки или условия нагружения. Для того, чтобы быть способность анализировать структуру, прежде всего необходимо иметь четкое представление о силы, которым можно противостоять и передавать на каждом уровне поддержки на всем протяжении структура. Фактическое поведение службы поддержки или связи может быть весьма сложный. Настолько, что если бы были учтены все различные условия, проектирование каждой опоры было бы ужасно долгим процессом.И все еще, условия на каждой из опор сильно влияют на поведение элементы, составляющие каждую структурную систему.

    Конструкционные стальные системы имеют сварные или болтовые соединения. Сборный железобетон железобетонные системы можно механически соединять разными способами, в то время как монолитные системы обычно имеют монолитные соединения. Древесина системы соединяются гвоздями, болтами, клеем или специальными соединителями. Независимо от материала, соединение должно иметь особую жесткость.Жесткие, жесткие или неподвижные соединения лежат на одном крайнем пределе этот спектр и шарнирные или штыревые соединения ограничивают друг друга. Жесткий соединение поддерживает относительный угол между соединенными элементами, в то время как шарнирное соединение допускает относительное вращение. Также есть связи в стальных и железобетонных конструкционных системах, в которых частичная жесткость желаемая особенность дизайна.


    ТИПЫ ПОДДЕРЖКИ
    Три общих типа соединений, которые соединяют построенную структуру с ее фундамент есть; ролик , штифт и фиксированный .Четвертый тип, который не часто встречается в строительных конструкциях, известен как простой служба поддержки. Его часто идеализируют как поверхность без трения). Все из этого опоры могут располагаться в любом месте элемента конструкции. Они найдены на концах, в середине или в любых других промежуточных точках. Тип соединения опоры определяет тип нагрузки, которой может выдержать опора. Тип опоры также имеет большое влияние на несущую способность каждый элемент, а значит, и система.

    На схеме показаны различные способы, которыми каждый тип поддержки представлен. Единый унифицированный графический метод для представления каждого из этих типов поддержки не существует. Скорее всего, одно из этих представлений будет похож на местную общепринятую практику. Однако независимо от того, какое представление, силы, которым этот тип может сопротивляться, действительно стандартизированы.


    РЕАКЦИИ
    Обычно необходимо идеализировать поведение опоры, чтобы для облегчения анализа.Применяется подход, аналогичный безмассовому, шкив без трения в домашнем задании по физике. Хотя эти шкивы не существуют, они полезны для изучения определенных вопросов. Таким образом, трение и массу часто игнорируют при рассмотрении поведения связи или поддержки. Важно понимать, что все графические Представления опор являются идеализацией реального физического соединения. Следует приложить усилия, чтобы найти и сравнить реальность с реальной и / или численная модель.Часто очень легко забыть, что предполагаемая идеализация может быть совершенно иной. чем реальность!

    На диаграмме справа указаны силы и / или моменты, которые «доступны» или активны для каждого типа поддержки. Это ожидаемо что эти репрезентативные силы и моменты, если правильно рассчитать, будут добиться равновесия в каждом структурном элементе.


    РОЛИКОВЫЕ ОПОРЫ
    Роликовые опоры могут свободно вращаться и перемещаться по поверхности при на которую опирается ролик.Поверхность может быть горизонтальной, вертикальной или наклонной. под любым углом. Результирующая сила реакции всегда представляет собой единую силу, которая перпендикулярно поверхности и от нее. Роликовые опоры обычно расположен на одном конце длинных мостов. Это позволяет мостовой конструкции расширяться и сжиматься при изменении температуры. Силы расширения могли сломать опоры у берегов, если конструкция моста была «заблокирована» на месте. Роликовые опоры также могут иметь форму резиновых подшипников, коромысел, или набор шестерен, которые предназначены для ограниченного бокового движение.

    Роликовая опора не может оказывать сопротивление боковым силам. Представлять себе конструкция (возможно, человек) на роликовых коньках. Он останется на месте до тех пор, пока конструкция должна только поддерживать себя и, возможно, идеально вертикальная нагрузка. Как только на конструкцию воздействует какая-либо боковая нагрузка он откатится в ответ на силу. Боковая нагрузка могла быть толчком, порыв ветра или землетрясение. Поскольку большинство конструкций подвергаются боковые нагрузки, из чего следует, что у здания должны быть другие типы опор в дополнение к роликовым опорам.


    ПОДКЛЮЧЕННЫЕ ОПОРЫ
    Прикрепленная опора может выдерживать как вертикальные, так и горизонтальные силы, но не момент. Они позволят элементу конструкции вращаться, но не перемещаться. в любом направлении. Предполагается, что многие соединения являются штыревыми. даже если они могут сопротивляться небольшому моменту в реальности. это также верно, что штифтовое соединение может допускать вращение только в одном направлении; обеспечение сопротивления вращению в любом другом направлении. Колено может быть идеализирован как соединение, которое допускает вращение только в одном направлении и обеспечивает сопротивление боковому смещению.Конструкция штыревого соединения хороший пример идеализации действительности. Одно контактное соединение обычно недостаточно для устойчивости конструкции. Другая поддержка должна должны быть предусмотрены в какой-то момент, чтобы предотвратить вращение конструкции. Представление шарнирной опоры включает в себя как горизонтальные, так и вертикальные силы.
    ШТИФТОВЫЕ СОЕДИНЕНИЯ
    В отличие от роликовых опор проектировщик часто может использовать штифтовые соединения. в структурной системе. Это типичные соединения, которые можно найти почти в все фермы.Их можно артикулировать или скрыть от глаз; они могут быть очень выразительный или тонкий.

    На Олимпийском стадионе изображен один из элементов. в Мюнхене ниже. Это соединитель из литой стали, который действует как узел для устранения ряд растягивающих усилий. При ближайшем рассмотрении можно заметить, что соединение состоит из нескольких частей. Каждый кабель подключен к узел концевой «скобкой», которая соединена с большим штифтом. Это буквально «закрепленное соединение». Из-за природы геометрии кронштейна и штифта, определенное количество вращательного движения будет разрешено вокруг оси каждого штифта.

    Далее следует одно из соединений пирамиды Лойувра И.М. Пея. ниже. Обратите внимание, как он также использовал закрепленные соединения.

    Закрепленные соединения встречаются ежедневно. Каждый раз, когда открывается распашная дверь. открытое штифтовое соединение позволило вращаться вокруг определенной оси; и помешал перевод на два. Петля двери предотвращает вертикальное и горизонтальное положение перевод. Собственно говоря, если не генерируется достаточный момент для создания вращения дверь вообще не будет двигаться.

    Вы когда-нибудь рассчитывали, сколько времени требуется, чтобы открыть конкретный дверь? Почему одну дверь открыть легче, чем другую?


    ФИКСИРОВАННЫЕ ОПОРЫ
    Фиксированные опоры могут противостоять вертикальным и горизонтальным силам, а также моменту. Поскольку они ограничивают вращение и перемещение, их также называют жесткие опоры. Это означает, что конструкции требуется только одна фиксированная опора. чтобы быть стабильным. Все три уравнения равновесия могут быть выполнены.Флагшток, установленный в бетонное основание, является хорошим примером такой опоры. Представление неподвижных опор всегда включает две силы (горизонтальные и вертикальный) и момент.

    ФИКСИРОВАННЫЕ СОЕДИНЕНИЯ
    Фиксированные подключения очень распространены. Составляются стальные конструкции многих размеров. элементов, которые свариваются. Монолитная бетонная конструкция автоматически становится монолитным и превращается в серию жестких соединений при правильном размещении арматурной стали.Спрос на фиксированные соединения больше внимания во время строительства и часто являются источником строительства неудачи.

    Позвольте этому маленькому стулу проиллюстрировать, как два типа «фиксированных» соединения могут быть созданы. Один сварен, а другой состоит из два винта. Оба соединения считаются фиксированными из-за того, что что оба они могут противостоять вертикальным и поперечным нагрузкам, а также развиваться сопротивление моменту. Таким образом, было обнаружено, что не все фиксированные соединения должны быть сварными или монолитными по своей природе.Пусть петли в точках A и B следует рассмотреть более подробно.



    ПРОСТЫЕ ОПОРЫ

    Некоторые идеализируют простые опоры как опоры поверхности без трения. Это правильно, поскольку результирующая реакция всегда представляет собой единичный сила, которая перпендикулярна поверхности и от нее. Однако в этом также похожи на роликовые опоры. Они не похожи друг на друга тем, что опора не может выдерживать боковые нагрузки любой величины.Созданная реальность часто зависит от силы тяжести и трения, чтобы развить минимальное трение устойчивость к умеренной боковой нагрузке. Например, если уложена доска через промежуток, чтобы обеспечить мост, предполагается, что доска останется на свое место. Он будет делать это до тех пор, пока его не пинает или не сдвигает нога. В тот момент доска будет двигаться, потому что простое соединение не может вызвать никакого сопротивления к боковой локации. Простая опора может рассматриваться как разновидность опоры. для длинных мостов или пролетов кровли.Простые опоры часто встречаются в зонах частой сейсмической активности.


    ПОСЛЕДСТВИЯ
    Следующие фильмы иллюстрируют значение типа поддержки условие на поведение прогиба и на местоположение максимального изгиба напряжения балки, поддерживаемой на ее концах.

    Простые балки с шарнирами слева и роликовыми опорами справа.

    Простые балки, шарнирно закрепленные слева и закрепленные на Правильно.

    Простые балки, закрепленные на обоих концах.


    Вопросы для размышления

    хммм …..

    Домашние задания

    Дополнительное чтение

    TBA


    Авторские права © 1995 Крис Х. Любкеман и Дональд Peting
    Авторские права © 1996, 1997, 1998 Крис Х. Любкеман

    (PDF) Поведение нижней и верхней фланцевых пластин в скользящем шарнире

    8

    от воздействия, близкого к разлому, и является полезным на практике, учитывая, что

    является наиболее сильной формой землетрясения.Однако его применение в

    фланцевых пластинах SHJ может быть ограничено с учетом геометрических различий

    в испытательных образцах. С учетом этих ограничений и неопределенностей

    числа, рассчитанные с помощью описанной выше модели

    , дают ориентировочные пределы для малоциклового усталостного разрушения пластин фланца

    .

    4.2 Сравнение с конструктивными требованиями

    4.2.1 Нижняя фланцевая пластина

    Существует два случая для нижней фланцевой пластины, которая представляет собой соединение

    под действием положительных и отрицательных моментов.При положительном моменте

    эффективная длина feff, bfp максимальна, так как колонна

    вращается в сторону от балки. Это увеличивает расстояние L

    от точки O, что приводит к более низкому уровню кривизны пластины

    . При отрицательном моменте feff, bfp находится на минимуме

    , и поэтому L также находится на минимуме. Отрицательный момент

    создает более высокий уровень кривизны

    по сравнению с положительным моментом, что делает его критическим случаем.Тогда критическая длина

    feff, bfp в этой точке равна зазору fSHJ за вычетом

    длины сварного шва (tw) и расстояния скольжения и рассчитывается

    с помощью уравнения 15. Обратите внимание, что дополнительное расстояние фланца

    толщиной

    листа, которое увеличивает плечо рычага над балкой

    Глубина (дБ) считается незначительной и не включается в уравнение

    . Уравнение 15 может быть объединено с уравнениями 1 и

    7, давая выражение минимального отношения r (rbfp), показанного в уравнении 16

    .Это показывает, что rbfp для пластины нижнего фланца

    всегда будет выше 2,5 и будет увеличиваться с увеличением глубины балки

    . При предполагаемых консервативных размерах балки 360 UB

    и tbfp = 20 мм минимальная rbfp составляет 2,635. Продольная деформация ε1

    является критической и, как ожидается, выйдет из строя при Nf =

    1368 циклов до 30 мрад. Следует отметить, что в действительности максимальное вращение

    на 30 мрад будет происходить только один раз или

    чаще всего дважды при сильной сотрясении земли.Однако этот подход

    был использован для наиболее критического случая.

    bwSHJbfpeff dtff

    

    ,

    (15)

     

    5.2

    25.0

    5.225.1

    0004

    000

    000 bfp

    b

    bfp

    bfp

    bwbfpbw

    bfp

    td

    r

    t

    dttdt

    r

    2.2 Верхняя пластина фланца

    Эффективная длина (feff, верх) верхней пластины фланца равна

    как при положительном, так и при отрицательном повороте. Так как скольжение не происходит

    , это зазор минус длина сварного шва и рассчитывается

    по уравнению 17. Комбинируя это с уравнениями 1 и 7 как

    для нижней полки, это дает выражение r

    . в уравнении 18. Это дает rtfp как функцию толщины

    нижней фланцевой пластины (tbfp), которая имеет размер

    независимо от верхней фланцевой пластины.

    Для упрощения анализа было принято, что толщина верхней полки

    вдвое больше толщины нижней полки,

    дает ttfp = 2tbfp. На практике это не так, поскольку пластина верхнего фланца

    рассчитана на комбинированные сдвиговые нагрузки

    как нижней стенки, так и нижнего фланца AFC, как

    , описанное в разделе 2.1, что будет меньше чем в два раза больше

    .

    нижний фланец AFC (который обеспечивает первичное сопротивление соединения

    ).Тем не менее, предположение является консервативным в отношении прогнозируемой усталостной долговечности

    . Это упрощает уравнение 18 до

    . Уравнение 19. Что касается нижней полки, минимальное значение rtfp

    рассчитано равным 1,672, исходя из консервативных оценок балки

    360 UB и ttfp = 32 мм. Продольная деформация ε1 равна

    критической и соответствует прогнозируемому Nf = 712 циклам до

    оборотов на 30 мрад до разрушения, что делает верхнюю фланцевую пластину

    критическим компонентом двух фланцевых пластин.

    (17)

     

    tfp

    bfpb

    bfp

    tfp

    wbfpbw

    bfp

    т

    0005

    000500050005000500050005000500050005000500050005000500050005000500050004

    0004

    00050004

    5.225.1

    

    (18)

    25.1

    25.1

    tfp

    r

    (19)

    Как описано в разделе 4.1, рассчитанные значения являются ориентировочными только

    из-за неопределенности по сравнению с текущей доступной моделью повреждений

    . Тем не менее, это смягчается консервативным подходом

    к расчету потребности в деформации и расчетным числом циклов до отказа

    , что намного больше

    , чем могло бы испытать эксплуатируемая конструкция. Применение коэффициента запаса прочности

    , равного 5, который является консервативным значением для определения усталости

    (раздел 10.1,6 дюйма 3404 новозеландских доллара), это дает

    расчетную усталостную долговечность в 142 цикла при 30 мрад вращения. Это

    примерно в 6,5 раз больше, чем ожидается в DLE, если предположить, что потребность

    составляет 22 цикла на 30 мрад вращения, что само по себе

    является консервативным. Несмотря на то, что уровень знаний недостаточен для уверенного прогнозирования предела сейсмической выносливости

    , достаточно

    с достаточно консервативными предположениями относительно числа

    и величины циклов нагружения, как было сделано, для

    быть уверенным, что Хорошо спроектированные и детализированные фланцевые пластины

    не выйдут из строя при малоцикловой усталости.Поэтому проектные положения для фланцевых пластин

    являются адекватными, и изменения

    не требуются.

    5. УДЛИНЕНИЕ ПЛАСТИНЫ ВЕРХНЕГО ФЛАНЦА

    Другой потенциальной проблемой, требующей рассмотрения, является вероятность того, что

    пластина верхнего фланца может иметь чистое удлинение. В результате предыдущих крупномасштабных испытаний узлов как с плитами, так и с

    без плит [1, 7] было обнаружено

    , что не было измеряемого или видимого удлинения

    в плитах верхней полки.Это связано с поведением

    как при положительном, так и при отрицательном вращении и результатом

    с распределением продольной деформации и положением нейтральной оси

    . Распределение продольной деформации показано на

    Рис. 3. Как описано в Разделе 2.2, при положительном вращении создается осевое сжатие

    из-за требуемого момента SHJ

    , в то время как изгиб пластины из-за вращения соединения вызывает деформацию сжатия

    . на верхнем крайнем волокне и деформация натяжения

    внизу.Это смещает нейтральную ось вниз на

    от центра и оставляет часть упругой пластины,

    , показанную как le. При отрицательном вращении действия противоположны

    , при этом требуемый момент SHJ вызывает чистое осевое растяжение

    , а изгиб пластины вызывает растяжение вверху

    волокна и сжатие внизу. Это также смещает

    нейтральную ось вниз, как показано на рисунке 9.

    Это поведение идеально в качестве нейтральной оси, и результирующий файл

    остается в одном и том же месте при как положительных, так и отрицательных

    оборотах, оставляя область сердечника эластичной и предотвращая сетевое удлинение

    в пластине. Длина le и процентное соотношение площади упругости

    по толщине пластины (Pel) выводятся

    ниже в уравнениях 20 и 21. Для достижения Pel> 10%,

    является минимумом, который считается необходимым для Для предотвращения удлинения

    требуется соотношение r = feff, tfp / ttfp> 1.Это

    предполагает, что если 10% сердечника остаются эластичными, то чистое удлинение

    не будет. На практике r = feff, tfp / ttfp> 1,25 будет иметь место

    в конструкции SHJ, и поэтому никаких дополнительных требований конструкции

    не требуется для предотвращения удлинения пластины верхнего фланца

    .

    Границы | Соединения пучка с колонной с помощью съемных пластин рассеивания энергии

    Введение

    Стальные конструкции часто используются в сейсмических зонах из-за их пластичных свойств, высокой способности рассеивать энергию и относительно быстрой и простой конструкции.Разрушение конструкций после землетрясений в Нортридже в 1994 году и в Кобе в 1995 году показало, что классические соединения балок с колоннами имеют хрупкое поведение. Большинство соединений вышли из строя из-за концентраций напряжений в сварных швах, дефектов материала или дефектов сварного шва. Классическая конструкция металлоконструкций оказалась неэффективной. Таким образом, требование пластичного разрушения было введено путем обеспечения развития пластиковых шарниров на концах балок и в основании колонн, а также на первом этаже конструкции (Engelhardt and Husain, 1993).

    До землетрясений в Нортридже и Кобе соединения считались либо полностью жесткими, либо штифтовыми. В 1990-х годах было доказано, что большинство соединений, спроектированных как полностью жесткие, на самом деле имеют полужесткое поведение. То же самое наблюдалось и для закрепленных соединений.

    Согласно Еврокоду 3, часть 1–8 (CEN EN, 2005), стойкое к моменту соединение должно иметь три основных характеристики: жесткость ( S j, ini ), сопротивление изгибающему моменту ( M j , Rd ) и способность к пластической деформации, пластичность или вращательная способность (Φ u ).

    По значениям жесткости соединения можно разделить на штифтовые, полностью жесткие или полужесткие. Болтовые соединения должны передавать внутренние силы, не создавая значительных изгибающих моментов, которые могли бы повлиять на соединяемые элементы конструкции. Полностью жесткое соединение имеет высокую жесткость при вращении, а полужесткие соединения не удовлетворяют критериям полностью жестких или шарнирных соединений.

    По сопротивлению изгибающему моменту соединения можно классифицировать как штифтовые, полнопрочные или частичные.Полнопрочное соединение создает больший изгибающий момент, чем изгибающий момент соединенных элементов, способный к пластику. Таким образом, податливость появится в самом слабом элементе конструкции, соединенном в стыке.

    С учетом классификаций, представленных выше, общая классификация, учитывающая оба аспекта, может быть сделана следующим образом:

    • полнопрочные и жесткие соединения,

    • полнопрочные и полужесткие соединения,

    • частичные и жесткие соединения,

    • соединения частичной прочности и полужесткие,

    • штифтовые и полужесткие соединения,

    • штыревые соединения.

    Знание поведения соединения важно, потому что можно оценить порядок образования пластических шарниров в конструкции и механизм разрушения.

    Как правило, соединения балка с колонной с полной прочностью предназначены для обеспечения образования пластмассовых шарниров в соединении или в балке, что позволяет избежать пластических деформаций колонн. Это требование выполняется путем изменения характеристик компонентов соединения. Хотя существует множество технических решений для соединений, устойчивых к моменту, наиболее часто используемым типом является соединение концевой пластины с помощью болтов или приварка балки непосредственно к колонне.Оба соединяемых элемента конструкции имеют двутавровое или двутавровое сечение. Все компоненты этого соединения могут влиять на поведение: тип концевой пластины (точная, удлиненная или удлиненная с ребрами жесткости), толщина концевой пластины (Venghiac et al., 2017), диаметр болта, ребра жесткости при сжатии или растяжении на перегородке панели колонна и ребро жесткости на сдвиг на перегородке колонны.

    Прошлые исследования классических соединений балки с колонной

    Многие экспериментальные и численные исследования классических сварных или болтовых соединений показали их уязвимость, которая проявляется в хрупком разрушении с ограниченной пластичностью или без нее.Соединения Т-образных заглушек, изученные Свансоном и Леоном, вышли из строя из-за переломов сетчатого сечения штанги или в режиме растяжения болта, которые были наиболее внезапными и хрупкими режимами разрушения, наблюдаемыми для этих соединений (Swanson and Leon, 2000). Другой пример — сборное соединение стальной балки с колонной, исследованное Hu et al. (2014), которые также показали ограниченное рассеяние энергии и хрупкое разрушение. В других исследованиях были усовершенствованы процедуры, используемые в анализе методом конечных элементов, за счет использования модели болта SHELL вместо реалистичной трехмерной модели болта (Moshaly et al., 2011), или путем включения различных алгоритмов для контактов, нелинейных поперечных связей в анализ (Diaz et al., 2011; Brunesi et al., 2014).

    Таким образом, для перемещения пластикового шарнира от соединения к балке использовались разные типологии. Этого можно достичь, добавив втулок или горизонтальных стыков поверх полок балки и приварив их на месте. Другое решение по концентрации пластических деформаций в балке может быть достигнуто за счет уменьшения сечения балки.Это можно сделать, вырезав часть полок балки: уменьшенное сечение балки (RBS) или вырезав отверстия в стенке балки: уменьшенное сечение стенки (RWS).

    Исследование, проведенное Цавдаридисом на соединениях с балками RBS или RWS, подтвердило хорошее поведение с точки зрения распределения напряжений при циклическом нагружении (Tsavdaridis and Papadopoulos, 2016; Naughton et al., 2017). Важным критерием является то, что соединение должно иметь достаточную прочность и жесткость, чтобы передавать поддающиеся напряжения в ослабленном участке балки, вдали от соединения, чтобы обеспечить механизм «слабая балка — сильная колонна», что означает обеспечение формирование пластикового шарнира в балке.Другой важной целью геометрии RBS была защита стального соединения (концевой пластины, болтов, сварных швов, фланца колонны) от пластификации (Sofias et al., 2014).

    Все эти исследования показали, что RBS и RWS являются хорошим решением для обеспечения пластичности стальных конструкций, хотя бывают ситуации, когда в соединении предпочтительнее образование пластиковых шарниров. Соединения состоят из пластин, специально разработанных для того, чтобы прогибаться под нагрузкой и рассеивать сейсмическую энергию. Некоторые примеры включают: соединение демпфера PI (Koetaka et al., 2005), щелевое соединение демпфера (Chan, Albermani, 2008; Oh et al., 2009; Saffari et al., 2013), соединения тройника с двойным разрезом (DST) (Herrera et al., 2013; Bravo and Herrera, 2014 ; Latour and Rizzano, 2015; Tong et al., 2016), диссипативные стыковые соединения (Calado et al., 2013; Valente et al., 2017a, b) или соединения с болтами из сплава с памятью формы (Wang et al., 2015 ; Ям и др., 2015).

    Предлагаемые соединения пучка с колонной с пластинами, рассеивающими энергию

    Обеспечение образования пластмассового шарнира в соединении дает ряд преимуществ.Наиболее важными из них являются возможность восстановления функции поврежденного здания в короткие сроки с небольшими затратами и трудностями ремонта, возможность проектирования соединения, отвечающего любым требованиям прочности и жесткости. Кроме того, образование пластиковых шарниров в балке или в соединении концевых пластин приводит к сложному и дорогостоящему ремонту поврежденных компонентов: концов балок и концевых пластин.

    По этой причине мы считаем, что этим типам подключений следует уделять больше внимания.Ряд соединений балки с колонной со съемными рассеивающими пластинами изучается на кафедре структурной механики строительного факультета Ясс. Часть этих соединений была вдохновлена ​​демпферами TADAS и ADAS (Tsai et al., 1993) за счет использования таких форм рассеивающих пластин. Было рассмотрено несколько вариантов, включая прямоугольные прямые или изогнутые пластины (рис. 1), которые продемонстрировали хорошую способность рассеивать энергию. Балка этого соединения опирается на консоль колонны с помощью круглого стержня, приваренного к нижней полке балки.Верхний фланец соединен с одним концом рассеивающей пластины, которая на другом конце прикреплена к фланцу колонны. Круглый стержень позволяет вращать балку на консоли колонны. При сейсмических воздействиях вращение луча воздействует на диссипативную пластину, которая начинает деформироваться, что приводит к рассеянию сейсмической энергии.

    Рисунок 1 . Соединения балки с колонной с различными версиями рассеивающих пластин: (A) одна прямая пластина, (B) одна изогнутая пластина, (C) несколько прямых пластин, (D) несколько изогнутых пластин и (E) одна прямая пластина — экспериментальная модель.

    Модель конечных элементов

    Чтобы проанализировать одно из этих соединений при циклической нагрузке, была разработана модель конечных элементов с использованием программного обеспечения для моделирования конечных элементов ANSYS. Модель состоит из одной прямоугольной рассеивающей пластины, прикрепленной вверху к концу балки, а внизу — к фланцу колонны. Для упрощения модели учитываются только рассеивающая пластина, болты и небольшой участок фланца колонны. Деформациями колонны и балки пренебрегают.Размеры пластины 290 мм × 170 мм × 15 мм. Марка стали — S235, а болты — класса прочности 10,9. Секция фланца колонны определяется как неподвижная опора, и нагрузка прилагается к верхним болтам. Протокол нагрузки соответствует AISC (ANSI / AISC 341, 2016) с добавлением двух дополнительных циклов при θ = 0,05 рад. Значения локального смещения на верхних болтах рассеивающей пластины геометрически определялись по θ. Поведение соединения при циклической нагрузке представлено на рисунке 2.Смещение (Δ), приложенное к верхней части рассеивающей пластины, отложено по горизонтальной оси, а силовая реакция (F) — по вертикальной оси. Силовая реакция достигается с помощью зонда, к которому было приложено смещение. Гистерезисный отклик показывает удовлетворительное пластичное поведение. Однако эти результаты должны быть подтверждены экспериментальными испытаниями.

    Рисунок 2 . Конечно-элементная модель соединения балки с колонной с одной прямой рассеивающей пластиной: (A) геометрия конечного элемента в ANSYS и (B) кривые сила-перемещение.

    Это соединение может быть спроектировано с большим количеством пластин, что приведет к более высокой жесткости соединения, сопротивлению изгибающему моменту и рассеиванию энергии. После сильного землетрясения поврежденные рассеивающие пластины можно легко заменить, сняв болты. Кроме того, во время этой операции не требуется временная опора для балки. Рассеивающие пластины могут быть расположены в других положениях и могут иметь разные формы и размеры для повышения эффективности соединения.Следовательно, могут быть разработаны различные категории соединений с точки зрения прочности и жесткости.

    Другие типы соединений, изучаемые на нашем факультете, снабжены специальными устройствами для принятия на себя поперечных сил, возникающих в соединении. Компоненты и поведение при циклической нагрузке будут представлены в будущих статьях, поскольку это соединение является объектом патента, который находится на стадии подачи заявки.

    Дальнейшие исследования должны быть сосредоточены на определении поведения этих соединений при циклических воздействиях и реакции (с точки зрения смещения этажа, общей прочности) различных стальных каркасных конструкций, снабженных этим типом соединений.Мы считаем, что эти соединения являются шагом вперед в проектировании соединений балка-колонна со съемными пластинами, рассеивающими энергию, для стальных конструкций.

    Авторские взносы

    Все авторы одинаково сотрудничали в работе над статьей.

    Заявление о конфликте интересов

    Авторы заявляют, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могут быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

    Список литературы

    ANSI / AISC 341.(2016). Сейсмостойкость зданий из металлоконструкций . Чикаго, Иллинойс: Американский институт стальных конструкций.

    Google Scholar

    Браво, М., и Эррера, Р. (2014). Работоспособность при циклической нагрузке сборных тройников для соединений с двойным Т-образным моментом. J. Constr. Steel Res. 103, 117–130. DOI: 10.1016 / j.jcsr.2014.08.005

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Брунези Э., Насимбене Р. и Рассати Г. А. (2014). Реакция частично закрепленных болтовых соединений балка-колонна на циклические нагрузки. J. Constr. Steel Res. 97, 24–38. DOI: 10.1016 / j.jcsr.2014.01.014

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Calado, L., Proença, J., Espinha, M., and Castiglioni, C. (2013). Гистерезисное поведение диссипативных предохранителей с болтовым креплением для сейсмостойких стальных каркасов. J. Constr. Steel Res. 85, 151–162. DOI: 10.1016 / j.jcsr.2013.02.016

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    CEN EN. (2005). 1993-1-8 Еврокод 3: Проектирование стальных конструкций — Часть 1-8: Проектирование соединений .Брюссель: Европейский комитет по стандартизации.

    Google Scholar

    Чан, Р. В. К., и Альбермани, Ф. (2008). Экспериментальное исследование стального щелевого демпфера для пассивного рассеивания энергии. Eng. Struct. 30, 1058–1066. DOI: 10.1016 / j.engstruct.2007.07.005

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Диас К., Виктория М., Марти П. и Кверин О. М. (2011). КЭ-модель удлиненных соединений концевых пластин балки с колонной. J. Constr. Steel Res. 67, 1578–1590.DOI: 10.1016 / j.jcsr.2011.04.002

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Энгельгардт, М. Д., Хусейн, А. С. (1993). Циклическое нагружение сварных фланцево-болтовых соединений стенок. J. Struct. Англ. 119, 3537–3550. DOI: 10.1061 / (ASCE) 0733-9445 (1993) 119: 12 (3537)

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Эррера Р., Браво М., Гомес Г. и Эдо Г. (2013). Характеристики сборных тройников для соединений с двойным Т-образным моментом. J. Constr.Steel Res. 88, 289–295. DOI: 10.1016 / j.jcsr.2013.05.022

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Ху, Ф., Ши, Г., Бай, Ю., и Ши, Ю. (2014). Сейсмические характеристики сборных стальных соединений балки с колоннами. J. Constr. Steel Res. 102, 204–216. DOI: 10.1016 / j.jcsr.2014.07.012

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Коэтака Ю., Чусилп П., Чжан З., Андо М., Суита К., Иноуэ К. и др. (2005). Механические свойства моментного соединения балки с колонной с гистерезисными амортизаторами для слабой оси колонны. Eng. Struct. 27, 109–117. DOI: 10.1016 / j.engstruct.2004.09.002

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Латур М., Риццано Г. (2015). Расчет Х-образных двойных тройников с учетом моментно-сдвигового взаимодействия. J. Constr. Steel Res. 104, 115–126. DOI: 10.1016 / j.jcsr.2014.10.015

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Мошали Э., Эль-Хевити М., Абу-Эльфат Х. и Осман М. (2011). Анализ методом конечных элементов соединений балки с колонной в стальных каркасах при циклическом нагружении. Александрия Eng. J. 50, 91–104. DOI: 10.1016 / j.aej.2011.01.012

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Нотон, Д. Т., Цавдаридис, К. Д., Маравеас, К., и Николау, А. (2017). Разборный анализ стальных сейсмостойких рам с уменьшенным сечением стенки и уменьшенными соединениями сечения балки. Фронт. Встроенная среда. 3:59. DOI: 10.3389 / fbuil.2017.00059

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    О, С. Х., Ким, Ю. Дж., И Рю, Х.С. (2009). Сейсмические характеристики стальной конструкции с щелевыми амортизаторами. Eng. Struct. 31, 1997–2008. DOI: 10.1016 / j.engstruct.2009.03.003

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Саффари Х., Хедаят А. А. и Пурсадеги Неджад М. (2013). Соединения Post-Northridge с щелевыми амортизаторами для повышения прочности и пластичности. J. Constr. Steel Res. 80, 138–152. DOI: 10.1016 / j.jcsr.2012.09.023

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    София, К.Э., Кальфас, К. Н., Пачумис, Д. Т. (2014). Экспериментальный и МКЭ-анализ соединений торцевых пластин с приведенным сечением балки при циклическом нагружении. Eng. Struct. 59, 320–329. DOI: 10.1016 / j.engstruct.2013.11.010

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Суонсон, Дж. А., и Леон, Р. Т. (2000). Стальные болтовые соединения: испытания компонентов тройника. J. Struct. Англ. 126, 50–56. DOI: 10.1061 / (ASCE) 0733-9445 (2000) 126: 1 (50)

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Тонг, Л., Чен, Ю., Чен, Ю., и Фанг, К. (2016). Циклическое поведение соединений балки с колонной с литыми стальными соединителями. J. Constr. Steel Res. 116, 114–130. DOI: 10.1016 / j.jcsr.2015.09.005

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Цай, К. К., Чен, Х. В., Хонг, К. П. и Су, Ю. Ф. (1993). Конструкция стальных пластинчатых поглотителей энергии треугольной формы для сейсмостойкого строительства. J. Спектры землетрясений 9, 505–528. DOI: 10.1193 / 1.1585727

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Цавдаридис, К.Д., и Пападопулос, Т. (2016). КЭ параметрическое исследование болтовых соединений RWS балка-колонна с ячеистыми балками. J. Constr. Steel Res. 116, 92–113. DOI: 10.1016 / j.jcsr.2015.08.046

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Валенте, М., Кастильони, К., и Каниилмаз, А. (2017a). Численные исследования ремонтопригодных диссипативных предохранителей на болтах для сейсмостойких стальных композитных каркасов. Eng. Struct. 131, 275–292. DOI: 10.1016 / j.engstruct.2016.11.004

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Валенте, М., Кастильони, К., и Каниилмаз, А. (2017b). Сварные предохранители для рассеивающего соединения балки с колонной композитных стальных рам: численный анализ. J. Constr. Steel Res. 128, 498–511. DOI: 10.1016 / j.jcsr.2016.09.003

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Венгиак, В. М., Сташов, М., Будеску, М. (2017). «Анализируйте Privind îmbinările grindă-stâlp cu şuruburi», Труды 15-й Национальной конференции по стальным конструкциям с международным участием — 15 CONMET (румынский), 227–234.

    Google Scholar

    Ван В., Чанк Т. М. и Шао Х. (2015). Сейсмические характеристики соединений балка-колонна с SMA-арматурой, усиленной стальными уголками. J. Constr. Steel Res. 109, 61–71. DOI: 10.1016 / j.jcsr.2015.02.011

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Ям, М.С.Х., Фанг, К., Ламд, А.С.С., и Чжан, Ю. (2015). Численное исследование и практическое проектирование соединений балка-колонна из сплавов с памятью формы. J. Constr. Steel Res. 104, 177–192. DOI: 10.1016 / j.jcsr.2014.10.017

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Циклические испытания болтово-сварных соединений, армированных гильзами, соединяющих круглые колонны CFST со стальными балками

    В этом исследовании изучалась конструкция соединений, армированных гильзами, для соединения круглых колонн из стальных труб, заполненных бетоном, со стальными балками. Шесть полуразмерных образцов, включая четыре болтовых сварных соединения, усиленных гильзами, и два болтовых соединения с усиленными концевыми пластинами, были спроектированы и испытаны при циклической нагрузке для оценки сейсмического поведения этих соединений.В качестве основных параметров при испытаниях были взяты конструкция стыка и соотношение жесткости балка-колонна. Были исследованы сейсмические характеристики, включая режимы разрушения, гистерезисные кривые, пластичность, деградацию прочности и жесткости, а также рассеяние энергии. Результаты экспериментов показали, что в соединениях, армированных гильзами, явного ослабления болта, разрушения или широко распространенного растрескивания сварных швов не наблюдалось. Кроме того, прочность и жесткость соединения были значительно увеличены за счет гильз в зоне сердечника соединения.В целом, большинство образцов демонстрировали полные петли гистерезиса и отличную пластичность, эквивалентные коэффициенты вязкого демпфирования составляли 0,263 ~ 0,532, а коэффициенты пластичности составляли 1,77 ~ 3,42. Коэффициенты межэтажного дрейфа соответствовали требованиям технических регламентов. Соединения этих типов демонстрируют благоприятное рассеивание энергии и могут эффективно использоваться для строительства зданий в сейсмоопасных районах. Это исследование должно внести вклад в будущее инженерное применение стальных труб, заполненных бетоном, в композитных конструкциях.

    1. Введение

    Композитные конструкции, такие как стальные трубы, заполненные бетоном (CFST), широко используются в гражданском строительстве благодаря своим превосходным характеристикам и в последние годы широко изучаются. Sevim et al. [1] изучали структурную реакцию полноразмерных прямоугольных колонн как на вертикальные, так и на боковые нагрузки с использованием численных методов. Результаты показали, что нелинейные модели показали более точные результаты, чем линейные модели, и что композитные колонны обеспечивают большую безопасность и пластичность по сравнению с железобетонными колоннами.Эссопджи и Дунду [2] провели испытания 32 заполненных бетоном колонн с двойной стенкой круглой трубы (CFDSCT). Результаты показали, что CFDSCT длиной 1 м вышли из строя из-за деформации стальных труб, а другие CFDSCT потерпели неудачу из-за общей потери устойчивости из-за их большой гибкости. Кроме того, были разработаны новые формулы для прогнозирования результатов сильных сторон CFDSCT, и прогнозируемый результат хорошо согласуется. Робинсон и Мелби [3] исследовали характеристики короткопролетных бетонных прямоугольных труб из армированного стекловолокном полимера (GFRP) с различными уровнями связи между бетонным сердечником и трубой GFRP с помощью экспериментальных испытаний и метода анализа конечных элементов.Сравнение характеристик каждой конфигурации показало двукратное увеличение жесткости и прочности в результате соединения бетонного сердечника и трубы из стеклопластика. Кроме того, был сделан вывод, что соединение фланцев было наиболее критичным, поскольку соединение перемычек обеспечивало лишь небольшое повышение производительности.

    Являясь ключевой частью конструкции CFST, соединения напрямую влияют на прочность, жесткость и сейсмические характеристики всей конструкционной системы [4]. Таким образом, исследования соединений колонн и балок CFST важны для инженерной теории и практических приложений.Prinz et al. [5] исследовали усиление болтовых соединений балка-колонна, не имеющих ребер жесткости стенки колонны, с использованием более одного болта с каждой стороны стенки колонны посредством испытания шести полномасштабных болтовых соединений балка-колонна. Результаты показали, что более близкое расстояние между внутренними болтами по отношению к стенке колонны увеличивало способность соединительного момента, но уменьшало способность вращения. Zeng et al. [6] провели эксперименты с пятью внутренними соединениями половинного размера для исследования внутренних механизмов и сейсмических характеристик высокопрочных соединений композитных конструкций с бетонной оболочкой.Результаты показали, что высокопрочный бетон увеличил прочность соединения и относительно мало повлиял на жесткость и пластичность. Liao et al. [7] изучали влияние железобетонных плит на сейсмическое поведение композитных швов с бетонными колоннами CFST при циклической нагрузке. Результаты показали, что наличие железобетонной плиты может значительно повысить прочность балки и, таким образом, переключить режим разрушения соединения с разрушения балки на разрушение соединения и колонны. Чжан и Чжан [8] предложили новый тип соединения колонны CFDST со стальной балкой и исследовали сейсмические характеристики нового типа соединения путем экспериментальных испытаний.Результаты показали, что соединение имеет высокую несущую способность, отличную пластичность и благоприятное рассеивание энергии.

    Круглая стальная труба для ограничения внутреннего бетона прочнее, чем квадратная стальная труба, что увеличивает вертикальную несущую способность круглых колонн CFST. Однако он также имеет более сложное соединение со стальной балкой, чем квадратная колонна CFST; это ограничило использование круглых столбцов CFST; таким образом, у них относительно меньше суставных форм. Испытания на сейсмические свойства стержневого болта и усиленных соединений концевых пластин квадратных колонн CFST и стальных балок [9–12] показали, что эти соединения имеют отличные общие сейсмические характеристики, но стержневые болты легко ослабляются при сейсмических нагрузках и склонны к хрупкости. отказ при внезапной перегрузке.Другие исследования [13–18] показали, что из-за сложного напряженного состояния болта и стальной трубы, когда аналогичное соединение используется для круглых колонн CFST и стальных балок при сейсмических испытаниях, поломка болта, выдергивание, коробление, и разрыв стенки колонны легко происходит при повторяющихся сейсмических нагрузках; это влияет на удержание стальной трубы на бетоне в зоне соединения сердечника. Следовательно, существует потенциальная угроза безопасности для этого типа соединения колонны с балкой CFST.

    В этом исследовании изучались два типа соединений балка-колонна, усиленные гильзами, чтобы решить существующие проблемы для болтовых соединений и соединений концевых пластин с усилением, соединяющих круглые колонны CFST со стальными балками.Первый вид — глухой болт и сварное соединение, усиленное круглой гильзой: дуговые торцевые пластины устанавливаются вокруг центральной части стыка и привариваются друг к другу вертикальными угловыми швами, а затем к стенке колонны горизонтальными угловыми швами. Второй тип представляет собой стержневой болт и сварное соединение, усиленное квадратной втулкой: квадратные концевые пластины устанавливаются вокруг центральной части колонны CFST и привариваются друг к другу, образуя квадратную втулку; верхняя и нижняя накладки привариваются к квадратной втулке, а затем привариваются к стенке колонны; В пространство между колонной и квадратной гильзой заливается высокопрочный бетон.Оптимизация конструкции соединений, армированных гильзами, показала, что круглые или квадратные гильзы, образованные сваркой внешних торцевых пластин, не только увеличивают жесткость области сердечника соединения, но также заставляют сварные швы и болты в области сердечника соединения выдерживать изгибающий момент и сдвиг. усилие вместе, что повысило прочность сустава.

    В данном исследовании были разработаны и испытаны четыре образца болтового соединения, усиленного гильзами, и два болта и образцы соединения концевой пластины с усилением под действием циклических нагрузок на верхнем конце колонны.Конкретной целью исследования было изучить влияние муфт на сейсмические характеристики, включая режимы разрушения, кривые гистерезиса, несущую способность, пластичность, рассеяние энергии, а также ухудшение прочности и жесткости. На основе этих результатов предлагаются некоторые полезные выводы и предложения по сейсмическому расчету стыков стальных балок и колонн CFST на основе результатов, которые имеют значение для применения колонн CFST в композитных конструкциях.

    2. Экспериментальная программа
    2.1. Конструкция образцов

    Шесть полуразмерных образцов (четыре болтовых сварных соединения, усиленных гильзами и два болта и соединения концевой пластины с усиленной жесткостью) были спроектированы и испытаны при циклической нагрузке для оценки сейсмического поведения. Размеры соединений показаны на рисунке 1.


    В таблице 1 представлены параметры образцов, которые включали один глухой болт и соединение концевой пластины с дуговым упрочнением (J-1), два глухих болта и сварные соединения, усиленные круглая втулка (J-2, J-3), один стержневой болт и соединение концевой пластины с квадратной жесткостью, усиленное квадратной втулкой (J-4), и два стержневых болта и сварные соединения, усиленные квадратной втулкой (J-5 , J-6).Секция каждой колонны представляла собой стальную бесшовную круглую трубу, заполненную высокопрочным бетоном. Трубка имела размер 250 мм (диаметр) × 8 м (толщина) для круглого сечения. Стальные балки стыков J-1, J-2, J-4, J-5 имели Н-образное сечение размером 250 мм (высота) × 125 мм (ширина полки) × 6 мм (толщина стенки) × 9. мм (толщина фланца). Стальные балки образцов J-3 и J-6 были коробчатого сечения, где Н-образный профиль был усилен продольными ребристыми пластинами, направленными наружу; размеры Н-образной секции составляли 244 мм (высота) × 175 мм (ширина фланца) × 7 мм (толщина стенки) × 11 мм (толщина фланца).Все стальные детали изготовлены из горячекатаного сортового проката марки Q345B. Торцевые пластины дуги или квадратные концевые пластины образца были соединены с колонной CFST с помощью болтов класса прочности 10,9 и размера M20. Перед испытанием к соединительным болтам образцов был приложен момент предварительного натяжения (410 Н · м). Конкретные геометрические размеры и конструкция образцов J-1 – J-6 показаны на рисунках 2 (а) –2 (з).

    Размер шва

    9097 9097 9097 9097 9097 16

    Образец Отношение жесткости балки к колонне Степень осевого сжатия Толщина торцевой пластины (мм) Размер сварного шва между концевыми пластинами (мм) концевой пластиной и трубкой (мм)

    J-1 0.48 0,3 16
    J-2 0,48 0,3 16 8 4
    8 4
    J-4 0,48 0,3 16
    J-5 0,48 0,3 4
    J-6 0.94 0,3 16 8 4

    2.2. Свойства материала

    Согласно GB / T 228.1-2010 [19], механические свойства всех стальных материалов были измерены и представлены в таблице 2. Средняя прочность бетона на сжатие составила МПа.

    2

    2 907 907 18 9080

    Тип стали Толщина т (мм) Предел текучести f y (МПа) 905 Прочность на растяжение (МПа) Модуль упругости E с (10 5 МПа) Относительное удлинение δ (%)

    907 897 897 907 508 2.06 18
    Фланец балки шириной 125 9 387 568 2,14 26
    Стенка балки шириной 125 6 22
    Фланец балки шириной 175 11 376 551 2,19 27
    Стенка балки 175 шириной 7 407 7 407 22
    Торцевая пластина дуги 16 367 586 2,19 29
    Квадратная концевая пластина 16 358 5142 358 514
    Ребро жесткости 12 308 476 2,11 27
    Продольная ребристая пластина балки, направленная наружу 8 421 565 565 565 56513 26
    Болт 20 777 846 2,03 3

    2.3. Аппарат для циклических испытаний

    Для экспериментов по моделированию механических свойств соединений балка-колонна при землетрясении и учета фактического эффекта прочности ( P ) — смещения (Δ), режим торцевой нагрузки колонны при вертикальной нагрузке был принят в тест.Корень колонны был закреплен на жесткой опоре с помощью односторонних шарниров, а верх колонны подвергался вертикальной нагрузке через гидравлический домкрат со сферическими шарнирами, который мог горизонтально скользить по стальной балке рамы. Электрогидравлический сервопривод использовался для нагрузки на верх колонны в горизонтальном направлении. Два жестких звена с датчиками нагрузки были установлены на свободных концах балок, и два конца звеньев были сочленены с концом балки и фундаментом соответственно.Стальные балки поддерживались с обеих сторон раскосами, расположенными вне плоскости, чтобы предотвратить нестабильность образцов во время испытаний. Место проведения испытаний показано на рисунке 3.


    2.4. Процедура нагружения

    Во-первых, верх колонны подвергался постоянной вертикальной нагрузке в соответствии с осевой степенью сжатия. Затем, под контролем перемещения, на верхнюю часть колонны постепенно накладывалась боковая циклическая нагрузка. На рисунке 4 показана история загрузки испытательных образцов, т.е.е., шаг ( n ) -смещение (Δ) кривой отношения. Каждое боковое смещение (± 6, ± 12 и ± 18) сначала выполнялось только для одного цикла. Впоследствии, по мере постепенного увеличения боковых смещений (± 24, ± 36, ± 48,…), они выполнялись в течение трех циклов до тех пор, пока разрушение образца не стало серьезным или нагрузка не снизилась до 85% от предела прочности образца [ 20].


    2.5. Расположение приборов

    Как показано на рисунке 5, семнадцать линейных трансформаторов переменного смещения (LVDT) были установлены для измерения деформаций колонн и балок, относительного вращения колонн и балок, а также деформации сдвига в области сердечника соединения.Как показано на рисунке 6, датчики деформации были наклеены на концевые пластины, стенки колонны, фланец и стенку стальных балок, чтобы получить распределение деформации в центральной области соединения.


    3. Результаты и обсуждение
    3.1. Режимы отказа
    3.1.1. Характеристики образца

    Образец J-1 представлял собой глухой болт и дугу усиленное соединение концевой пластины, а балка имела более низкую жесткость. Как показано на Рисунке 7, были повреждены как центральная зона, так и стальные балки стыка.Фланцы стальной балки слегка согнулись с обеих сторон (рис. 7 (а)), а болты ослабли и даже сломались под действием циклических нагрузок (рис. 7 (б)). Между торцевыми пластинами дуги и стенкой колонны были большие зазоры.

    Образец J-2 представлял собой глухой болт и сварное соединение, усиленное круглой втулкой, а балка имела меньшую жесткость. Как показано на Рисунке 8, стальные балки стыка были повреждены. Полки и перемычки балки погнулись, а пластмассовые петли вышли из строя с обеих сторон. Кроме того, сломалась левая полка балки.Торцевые пластины колонны и дуги не повреждены. Излома хвостовика болта или растрескивания сварного шва в соединении не наблюдалось.


    Образец J-3 представлял собой глухой болт и сварное соединение, усиленное круглой втулкой, а балка имела большую жесткость. Как показано на рисунке 9, колонка соединения была повреждена. Колонна показала изгиб (рис. 9 (а)), а стальная труба изогнулась на верхнем и нижнем концах области соединения сердечника (рис. 9 (б)). Сварные швы между торцевой пластиной дуги и стенкой колонны показали последовательное разрушение и расширение (рис. 9 (c)).

    Образец J-4 представлял собой стержневой болт и соединение концевой пластины с квадратной жесткостью, усиленное квадратной гильзой, а балка имела меньшую жесткость. Как показано на Рисунке 10, были повреждены как центральная зона, так и стальные балки соединения. Полки и перемычки балки погнулись, а пластмассовые петли вышли из строя с обеих сторон. Под действием циклических нагрузок стержневые болты ослабли, и между квадратной концевой пластиной и стенкой колонны был большой зазор. Квадратные концевые пластины также показали изгиб. Стойка и квадратная втулка не были явно повреждены, и на стыке не наблюдалось растрескивания сварных швов.


    Образец J-5 представлял собой стержневой болт и сварное соединение, усиленное квадратной гильзой, а балка имела меньшую жесткость. Как показано на Рисунке 11, стальные балки стыка были повреждены. Полки и перемычки балки погнулись, а пластмассовые петли вышли из строя с обеих сторон. Колонна, квадратная втулка и квадратные концевые пластины не были явно повреждены. Кроме того, на стыке не наблюдалось разрушения хвостовика болта или растрескивания сварного шва.


    Образец J-6 представлял собой стержневой болт и сварное соединение, усиленное квадратной гильзой, а балка имела большую жесткость.Как показано на Рисунке 12, колонка соединения была повреждена. Колонна показала изгиб (рис. 12 (а)), а стальная труба изогнулась и сломалась на верхнем и нижнем концах области соединения сердечника (рис. 12 (б) и 12 (с)). Квадратная втулка и квадратные концевые пластины не были явно повреждены. Кроме того, в соединении не наблюдалось разрушения хвостовика болта или растрескивания сварного шва.

    3.1.2. Характеристики отказов

    В таблице 3 перечислены отказавшие компоненты тестовых соединений. Болт и усиленные соединения концевых пластин (J-1 и J-4) вышли из строя из-за балочного режима разрушения, а болты расшатались и сломались (болтовые напряжения дуговых стыков концевых пластин более неблагоприятны) при повторяющихся нагрузках.Тем не менее, болтовые сварные соединения, армированные гильзами, показали разрушение балочного или столбчатого типа при испытании, и почти не было обнаружено повреждений в центральной зоне соединений. В основном это можно отнести к следующему: (1) круглая или квадратная втулка, образованная сваркой внешних концевых пластин, повысила жесткость области соединения сердечника; (2) комбинация сварных швов и болтов в центральной области соединений значительно улучшила соединение между балками и колоннами, благодаря чему сварные швы и болты в области сердцевины соединения несли вместе изгибающий момент и усилие сдвига, тем самым увеличив несущую способность. сустава.

    02 02


    Компонент J-1 J-2 J-3 J-4 J-5 J3
    Колонна Нет Нет Отказ Нет Нет Отказ
    Балка Отказ Отказ 9097 Отказ Концевой Нет Нет Нет Отказ Нет Нет
    Болт Отказ Нет Нет Нет Отказ Нет Нет

    Соединения J-3 и J-6 были спроектированы так, чтобы иметь более высокие отношения жесткости балка-колонна и иметь режимы разрушения колонного типа для проверки несущей способности области сердечника соединения.Следует отметить, что при проектировании конструкции следует контролировать соотношение жесткости балки и колонны, чтобы избежать разрушения стыков на концах колонны. Горизонтальные сварные швы J-3 и J-6 на концевых плитах и ​​колонне или крышке были слегка повреждены, потому что сварные швы были небольшого размера или ниже стандартного качества; этот критерий следует учитывать при проектировании и строительстве.

    3.2. Кривые гистерезиса

    Кривая гистерезиса отражает сейсмические характеристики конструкции в процессе повторяющейся нагрузки, такие как несущая способность, характеристики деформации, снижение жесткости и потребление энергии [21].На рисунке 13 показаны гистерезисные кривые нагрузки-смещения образцов в испытании. Соответственно, можно сделать следующие выводы: (1) Кривые гистерезиса образцов были челночными или дугообразными и указывали на хорошую способность рассеивания энергии на основе их достаточно больших площадей огибающей. (2) Кривые гистерезиса образцов J- 1 и J-4 были зажаты в середине периода загрузки. Однако степень защемления J-1 была небольшой, и его гистерезисная петля варьировалась от формы челнока до формы дуги.Степень защемления J-4 была большой, а его гистерезисная петля изменилась с челночной формы на форму Z . Основная причина заключалась в ослаблении и проскальзывании глухих болтов и стержневых болтов в двух образцах при вертикальных и горизонтальных повторяющихся нагрузках; их степени проскальзывания различались из-за разной конструкции соединений в областях сердечника. (3) Гистерезисные петли образцов J-2, J-3, J-5 и J-6 были полностью челночными на протяжении всего процесса загрузки. . Это связано с тем, что гильзы, образованные сваркой дуги или квадратных концевых пластин, увеличивают жесткость соединения между балкой и колонной.При этом болты этих стыков не проскальзывали и не ослабляли, а сварные швы в зоне сердечника стыка не растрескивались. Таким образом, гистерезисные кривые этих соединений не усаживались. (4) Гистерезисные кривые образцов J-2 и J-5 были подобны. Поскольку два соединения имели одинаковое поперечное сечение для колонн и балок, а их соотношение жесткости балка-колонна было относительно низким, они вышли из строя из-за поломки пластмассовых шарниров на концах балок. На гистерезисное поведение соединений в основном повлияло разрушение стальных балок, а другие факторы оказали относительно небольшое влияние.(5) Гистерезисные петли образцов J-3 и J-6 не были заполнены. Это в основном потому, что у них были более высокие отношения жесткости балки-колонны, чем у других четырех образцов, и максимальная нагрузка, соответствующая одному и тому же смещению нагрузки, была больше, чем у других. Гистерезисные кривые J-3 и J-6 имели относительно плохую пухлость, меньшие прямые участки и почти не имели нисходящих участков, но они показали большую жесткость и несущую способность.

    3.3. Кривые каркаса

    Кривая каркаса — это огибающая кривая, которая получается путем последовательного соединения крайних точек нагрузок в одном направлении (растяжение или сжатие) на гистерезисной кривой.Каркасная кривая представляет собой геометрическое место максимального значения пика горизонтальной силы, достигаемого каждой циклической нагрузкой, которое отражает различные стадии и характеристики (например, прочность, жесткость, пластичность, рассеяние энергии и сопротивление разрушению) компонента, находящегося под напряжением и деформацией. Кривая каркаса каждого образца в испытании показана на рисунке 14. Были получены следующие выводы: (1) Все соединения включают три стадии деформации: эластичность, упруго-пластичность и повреждение.Кривые каркаса суставов J-1, J-2, J-4 и J-5 были аналогичными. Это главным образом связано с тем, что эти четыре соединения имели одинаковое поперечное сечение для своих колонн и балок, а их отношения жесткости балка-колонна были относительно низкими, поэтому их режимы отказа были в основном типа пластиковых шарниров на конце балки. Прочность образцов J-3 и J-6 была почти вдвое больше, чем у образцов J-1 и J-4. Это показывает, что гильзы, образованные сваркой торцевых пластин дуги или квадратных концевых пластин, обеспечивающих сварные швы и болты в области сердечника соединения, несут вместе изгибающий момент и усилие сдвига, что увеличивает прочность соединения.(3) Образец J-6 имел более высокий предел прочности, чем образец J-3. Это указывает на то, что стержневой болт и соединение квадратной концевой пластины, усиленное квадратной втулкой, имели больший упрочняющий эффект, чем глухой болт и дуговое соединение концевой пластины, усиленное круглой втулкой.


    3.4. Прочность и пластичность

    Ключевые точки кривых каркаса P -Δ были получены в соответствии с JGJ / T 101-2015 [20], как показано на рисунке 15, где P y и Δ y , P м и Δ м и P u и Δ u представляют предел текучести и смещения, предельную прочность и смещение прочность и смещение сустава соответственно.Конкретные значения ключевых точек испытательных швов приведены в таблице 4. Хотя образцы J-1, J-2, J-4 и J-5 имели различную конструкцию швов в области активной зоны, все они были спроектированы так, чтобы иметь сильные колонны и слабые балки, и их балочные сечения были одинаковыми по форме и размеру. Все их виды отказов заключались в отказе пластиковых шарниров на конце балки, поэтому предел текучести и смещение, предел прочности и смещение, а также прочность на повреждение и смещение были очень похожими. За исключением повреждения смещения J-3, которое было относительно небольшим, другие силы и соответствующие смещения образцов J-3 и J-6 были намного больше, чем у других образцов.Это отражает разницу в конструкции соединений и режимах их разрушения.


    47

    2

    2

    2

    2

    2

    2

    2

    2 907

    Образец P y (кН) Δ y 905 кН) Δ м (мм) P u (кН) Δ u (мм) θ19 θ u (рад) μ θ h e
    907 907 9097 226.95 22,08 283,76 48,01 241,20 89,44 0,0110 0,0447 4,06 0,334
    7 9097
    9097 9097 237,40 95,98 0,0151 0,0480 3,18
    J-2 (+) 234,76 22,18 286,47 286,47 75,91 0,0111 0,0379 3,42 0,532
    J-2 (-) 257,83 28,52 295,03 295,03 295,03 295,03 0,07 2,71
    J-3 (+) 375,15 27,70 474,72 60,02 462,19 72,05 0,0138 0,0360 261 0,264
    J-3 (-) 371,29 40,70 420,84 60,01 419,92 72,03 0,0203 0,03 0,0203 0,03 ) 196,94 20,95 264,39 60,04 222,48 83,96 0,0105 0,0420 4,00 3 0,319 31 30,13 281,35 60,02 241,38 84,02 0,0151 0,0420 2,78
    78,59 0,0116 0,0393 3,39 0,517
    J-5 (-) 257,88 29,90 304,22 60,01 60,01 60,01 60,0181 79,44 0,0149 0,0397 2,66
    J-6 (+) 390,95 29,59 509,72 14,03 497 14 727 147 727 0,263
    J-6 (-) 386,57 38,69 503,53 83,99 476,16 96,02 0,0193 0,0193 0,0193 0,0193 0,0193 0,019349

    Коэффициент межэтажного сноса () определяется как, где — высота рамы, а — поперечное смещение конца колонны. Коэффициент пластичности определяется как, где и представляют собой коэффициенты дрейфа соединений при текучести и разрушении, соответственно. Подробные результаты для коэффициента дрейфа текучести, коэффициента дрейфа разрушения и коэффициента пластичности образцов представлены в таблице 4. В соответствии с CECS 159: 2004 [22] для средне- и высотных рам CFST коэффициент дрейфа предельное значение 1/250 для упругой ступени и 1/50 для упругопластической ступени.В этом тесте полученные суставы были и. Кроме того, согласно китайскому стандарту [23], коэффициенты пластичности всех соединений, кроме J-3, соответствовали или превышали предельное значение 2,0 для стальной железобетонной композитной конструкции.

    Согласно таблице 4, образцы J-2 и J-5 имели немного меньшую пластичность, чем образцы J-1 и J-4. Хотя четыре соединения вышли из строя из-за поломки пластикового шарнира на конце балки, предел прочности J-1 и J-4 снижался относительно медленно из-за ослабления болта, что увеличивало способность к деформации.Хотя болтово-сварные соединения J-3 и J-6 вышли из строя из-за изгиба колонны, растрескивание сварного шва в центральной области соединения J-3 привело к снижению напряженности при повреждении. Более того, два соединения были сконструированы по-разному, что привело к большой разнице в пластичности.

    3.5. Снижение жесткости

    Средняя жесткость петли K j рассчитывается по следующей формуле для оценки снижения жесткости соединений при горизонтальной циклической нагрузке: где и — пиковая нагрузка и соответствующее смещение i -й цикл, когда управление смещением достигает j и n — количество циклов.

    Как показано на рисунке 16, все образцы показали сходные тенденции снижения жесткости. Перед податливостью деградация жесткости происходила быстрее; после уступки он был мягче, и не было резкого или резкого изменения жесткости. Образцы J-3 и J-6 имели более высокую жесткость на каждой стадии, чем другие четыре образца, потому что их балки имели высокую жесткость.


    3.6. Снижение прочности

    Общий коэффициент ухудшения прочности используется для оценки снижения прочности соединений при горизонтальной циклической нагрузке и оценивается как отношение максимальной несущей способности при каждом ступенчатом смещении нагрузки к максимальной несущей способности во время всего нагружения. процесс суставов.Как показано на Рисунке 17, прочность всех соединений неуклонно возрастала до достижения максимальной прочности, и тенденции были очень похожими. Это свидетельствует о хороших упруго-пластических свойствах образцов. После достижения максимальной прочности прочности J-1, J-2, J-4 и J-5 медленно уменьшались, и они демонстрировали очевидные характеристики пластического разрушения. Из-за их внезапного разрушения прочность J-3 и J-6 не снизилась, и образцы показали явные характеристики хрупкого разрушения.


    3,7. Рассеивание энергии

    Эквивалентный коэффициент демпфирования ( h e ) определяется следующим образом:

    На рисунке 18 S BEF и S DEF — области петель гистерезиса. BEF и DEF, соответственно, и S AOB и S COD — это области треугольника AOB и COD, соответственно.


    Как показано в таблице 4, значения шарниров h e варьировались от 0.263 до 0,532, что аналогично значению для стального железобетонного соединения (около 0,3) [24]. Таким образом, предлагаемые в данном исследовании типы соединений являются разумными для строительства из-за их благоприятного рассеивания энергии.

    Кривые зависимости между накопленной диссипацией энергии ( E сумма ) и количеством циклов ( n ) для испытательных соединений показаны на рисунке 19. Накопленная диссипация энергии ( E сумма ) все образцы увеличивались с увеличением количества циклов ( n ) во время полного процесса загрузки.Однако рассеиваемая накопленная энергия ( E сумма ) вначале медленно увеличивалась. После того, как количество циклов ( n ) превысило 9, накопленная диссипация энергии ( E сумма ) всех образцов резко увеличилась. Очевидно, что рассеяние накопленной энергии ( E сумма ) четырех болтовых сварных соединений, армированных гильзами, более жесткое, чем у двух болтовых соединений с усиленными концевыми пластинами. Это связано с тем, что способность к рассеянию энергии болтовых соединений J-1 и J-4 уменьшалась при ослаблении болта и разрушении под действием циклических нагрузок на соединения в стадии разрушения.Однако болтовые и сварные соединения, усиленные втулками, показали отличные сейсмические характеристики в отношении рассеивания энергии.


    4. Выводы

    Были проведены эксперименты по изучению сейсмического поведения болтовых сварных соединений, армированных гильзами, соединяющими колонны CFST с балками. Выводы сводятся к следующему: (1) Вид разрушения болтовых и сварных соединений, армированных гильзами, в основном определяется соотношением жесткости балки и колонны. Режим отказа — это отказ пластического шарнира на конце балки, когда отношение небольшое, и отказ изгиба на конце колонны, когда он большой; не наблюдалось ослабления или разрушения болта, а также широко распространенного растрескивания сварных швов в области сердцевины соединения.Это указывает на то, что болтовые сварные соединения, усиленные гильзами, представляют собой разумную конструкцию и удовлетворяют требованиям сейсмического проектирования для прочного соединения и слабых компонентов. (2) Гильзы в области сердечника соединения повышают прочность соединения и жесткость соединения между балка и колонна. Они предотвращают растрескивание сварного шва и вздутие стенки колонны в зоне активной зоны при повреждении сварного соединения и предотвращают дефекты релаксации болта и даже хрупкое разрушение при повреждении болта и стыков жестких концевых пластин.(3) По сравнению с болтовыми соединениями и усиленными соединениями концевых пластин, прочность и жесткость болтовых сварных соединений, усиленных гильзами, заметно увеличились за счет гильз в зоне сердечника соединения. Эквивалентные коэффициенты вязкого демпфирования новых типов соединений составляли 0,263 ~ 0,532, а коэффициенты пластичности — 1,77 ~ 3,42. В целом, большинство образцов демонстрировали полные петли гистерезиса и отличную пластичность. Коэффициенты межэтажного дрейфа соответствовали требованиям технических регламентов.Эти типы соединений демонстрируют благоприятное рассеивание энергии и могут эффективно использоваться для строительства зданий в сейсмоопасных районах.

    Таким образом, результаты исследований в этой статье не только способствуют разработке новых соединений, но также и усилению существующих болтовых соединений и соединений торцевых пластин с усиленной жесткостью. Кроме того, из-за ограниченного количества образцов для испытаний влияние различных параметров на сейсмические характеристики этих новых типов соединений требует дальнейшего изучения.Поэтому авторы планируют изучить механические свойства этих соединений путем дальнейшего анализа методом конечных элементов.

    Доступность данных

    Рисунки, представляющие анализ тестовых данных, были нарисованы в Origin 8.0. Исходные данные представлены на рисунках, включая кривые гистерезиса, каркасные кривые и деградацию жесткости. Некоторые данные, используемые в процессе расчета, основаны на стандартах, перечисленных в справочных материалах, которые должны быть простыми и понятными для читателей с опытом работы в области гражданского строительства.

    Конфликт интересов

    Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов, связанного с этим исследованием.

    Благодарности

    Авторы выражают благодарность Editage (http://www.editage.cn) за редактирование на английском языке. Это исследование финансировалось Национальным фондом естественных наук Китая (NSFC) (грант № 51508028).

    Жесткость соединения: 5 вещей, которые нужно знать!

    Большинство инженеров используют популярный подход: соединение шарнирное или жесткое.Обычно это не так. Как и в случае со многими другими инженерными проблемами, в некоторых случаях мы упрощаем реальность, предполагая идеальные условия (например, шарнир). Крайне важно понимать, когда такие предположения неверны, поскольку это может привести к серьезным проблемам!

    1. Жесткое соединение обычно не такое жесткое, как вы думаете

    Как вы знаете, это образец жесткости соединения. Когда я думаю о жесткости соединения, первое, что приходит на ум:

    жесткие соединения на самом деле не такие уж жесткие

    К сожалению, тот факт, что вы предполагали при проектировании, что соединение является жестким, оказывает небольшое влияние на реальное поведение конструкции.На самом деле некоторое вращение возможно практически в любой геометрической конфигурации. Это означает, что соединение будет немного вращаться и, следовательно, не будет «бесконечно жестким». Это, в свою очередь, очевидно, повлияет на внутренние силы (особенно изгибающие моменты), которые возникают при статической конструкции.

    Такое изменение не является 100% отрицательным. Поскольку вы не передаете полные изгибающие моменты, некоторые элементы будут менее напряженными (поскольку они не улавливают момент). К сожалению, момент не пропадает — он будет выше где-то еще.

    Как и все в статическом дизайне, вы должны заплатить: если для какого-то элемента условия лучше, то для другого в качестве цены условия будут хуже. Т.е. если сделать однопролетную балку с жесткими соединениями на концах, прогиб и момент в пролете балки уменьшатся (это явное преимущество). С другой стороны, соединения и элементы, к которым крепится балка, теперь изгибаются, и им приходится с этим справляться (это цена).

    Посмотрите на схему ниже, она ясно показывает, что я имею в виду.Изгибающий момент сильно меняется в зависимости от толщины соединяемых пластин. Толщина пластины t в этом случае просто изменяет жесткость соединения.

    Если вам интересна эта тема, читайте подробнее здесь 🙂

    2. Петля — это не всегда петля

    Это обратная сторона одной медали, но большую часть времени на нее не обращают внимания. Мы думаем, что петля — это «наихудший сценарий», хотя на самом деле это не обязательно должно быть правдой. Помните, что:

    всякий раз, когда у какого-то элемента статический дизайн лучше, у другого — хуже!

    В этом случае наше соединение шарнир-подражатель передаст какой-то момент.Балка довольна — чем жестче соединение, тем меньше момента в пролете. К сожалению, само соединение и элемент, к которому крепится балка, совсем не радуют! Им приходится иметь дело с изгибающим моментом, который не был предусмотрен конструкцией! Это явно проблемный вопрос.

    Обратите внимание на «типичное шарнирное соединение» и действительный изгибающий момент, который возникает в соединении из-за его жесткости:

    Обратите внимание, что тот факт, что момент показан на диаграмме, не означает, что соединение будет переносить его.Это только означает, что соединение должно его переносить . Но поскольку в статической конструкции мы предполагали, что это шарнир, соединение (и другие элементы, к которым крепится эта балка) может быть слишком слабым. В таком случае он просто сломается.

    Если вам интересна эта тема, читайте подробнее здесь 🙂

    3. Жесткость соединения имеет значение

    Я твердо убежден, что мы упускаем из виду жесткость подключения просто потому, что используем прошлый опыт. На протяжении десятилетий инженеры проектировали стальные конструкции без учета этого, и все было хорошо… так будем и мы.

    Такой подход на самом деле довольно изящный, если мы будем делать это, как те инженеры, которые были до нас. Но сейчас мы стараемся все оптимизировать до предела. Такой подход означает, что теперь мы не можем игнорировать проблемы, которые мы без проблем игнорировали несколько лет назад. До такой степени, что действующие Еврокоды фактически требуют анализа жесткости подключения.

    Всякий раз, когда вы оптимизируете структуру до тех «магических» 100%, имейте в виду, что существуют эффекты, которые могут повлиять на распределение сил в модели.В таких случаях очень важно учитывать жесткость соединения!

    Здесь есть еще один интересный трюк:

    Если вы подключаете HEB 300 к скрепке, не имеет значения, жесткое соединение или нет.

    Скрепка

    настолько слабая по сравнению с HEB, что независимо от соединения с точки зрения HEB она будет шарниром. Деформируется либо само соединение, либо скрепка. Это означает, что если вы выполняете соединение с восприимчивой конструкцией, проверьте, есть ли разница в том, выполняете ли вы жесткое или шарнирное соединение.Если разница небольшая и находится в пределах допустимого уровня, то жесткость соединения не будет иметь большого значения.

    Посмотрите, что произойдет, если вы возьмете балку из первой точки и вместо того, чтобы закрепить ее, вы подключите ее к 7-метровой колонне:

    Обратите внимание, что в «корпусе колонны» справа изгибающий момент в пролете на 50% выше, чем на левой схеме. Не имеет значения, что само соединение бесконечно жесткое — колонны деформируются, и поэтому момент в пролете увеличивается.Столбцы в этом примере — не совсем скрепки, но идея понятна 🙂

    Подробнее о значении жесткости соединения в этом посте.

    4. Избегайте проскальзывания!

    Тема жесткости соединения почти всегда касается жесткости из-за изгиба. Все приведенные выше примеры относятся к этой части спектра. Однако вы должны помнить, что каждая внутренняя сила может передаваться или нет. Как я писал в этом посте:

    Если мы говорим о жесткости соединения при вращении, мы ожидаем, что результаты статической конструкции будут где-то между результатами для шарнира и жесткими соединениями

    Если мы говорим о жесткости соединения при поступательном движении, результаты будут такими: где-то между теми, которые связаны с жесткой связью, и теми, которые вообще не связаны!

    Это означает, что влияние проскальзывания огромно! До такой степени, что это может привести к отказу, как я описал здесь.

    Пожалуйста, помните, что проскальзывание в несколько миллиметров может сильно повлиять на статический дизайн. Пока «все» деформируется равномерно, только деформации будут увеличиваться. Обратите внимание, что увеличение обычно намного выше, чем можно было бы ожидать, как видно ниже (дополнительная вертикальная деформация в 10 раз превышает значение проскальзывания):

    Самый опасный случай, когда одни элементы «соскользнут», а другие «заберут» силу. Другими словами, это означает, что части конструкции не будут работать должным образом просто потому, что соединения не будут передавать силы этим элементам.

    Если вы когда-нибудь будете использовать соединения со срезными болтами, обязательно предварительно натяните их или, по крайней мере, проверьте, что произойдет, если появится проскальзывание. Это одно из самых опасных явлений в области жесткости связи.

    Подробнее о проскальзывании болтовых соединений.

    Поделитесь этим постом с
    друзьями!

    5. Как учесть жесткость соединения

    Эта часть проста. Теперь почти все программные решения позволяют определять соединения и поддерживать жесткость.Некоторые могут не учитывать нелинейные параметры, но в большинстве случаев достаточно линейной оценки. При линейном подходе вы получите только проблемы с проскальзыванием, которое по своей природе является нелинейным.

    Проблема только в том, что на это уходит драгоценное время. Ввести свойство легко, но оценка жесткости требует времени. Здесь у вас есть 2 варианта:

    • Введите код по вашему выбору. Например, в стандарте EN 1993-1-8 даются вполне конкретные рекомендации по расчету жесткости соединения.Конечно, это большая работа, но сделайте себе для этого Excel лист макросов VBA, и у вас все будет хорошо 🙂
    • Сделайте модель FEA. Звучит страшно, но если вы знаете, что делаете, на одно соединение уйдет всего несколько минут. Я большой поклонник электронных таблиц, но меня всегда беспокоит, что моя таблица не будет достаточно надежной. В этом случае подход FEA лучше, так как вы можете просто рассчитать жесткость любого соединения, которое у вас может быть. Вы можете прочитать больше об этом подходе здесь.
    • Назовем этот вариант 2b — каждая проблема обычно сложнее, чем кажется. Выше вы можете увидеть простую линейную модель. Как вы знаете, в определенный момент элементы соединения будут уступать, и это увеличит вращение. Таким образом, приведенная выше оценка действительна до тех пор, пока соединение остается эластичным. Когда речь идет о пластичности, это становится немного сложнее, поскольку жесткость зависит от фактического значения момента, как показано ниже. Если вы хотите смоделировать его упрощенным способом (т.е. linear) необходимо заранее знать, какие значения моментов будут в соединении. Это позволяет правильно оценить секущую жесткость.

    Конечно, вы также можете задаться вопросом, верны ли «классические» предположения в вашем случае. Объясняю, как проверить, петля ли у вас подключение.

    Бесплатный курс ВЭД!

    Если у вас есть какие-либо вопросы, не стесняйтесь оставлять их ниже в разделе комментариев.

    Я подготовил для вас бесплатный курс по основам FEA , если вам интересно, вы можете получить его ниже.

    Типы опор для нагрузок

    Роликовые опоры

    Роликовые опоры могут свободно вращаться и перемещаться по поверхности, на которую опирается ролик. Поверхность может быть горизонтальной, вертикальной или наклонной под любым углом. Роликовые опоры обычно расположены на одном конце длинных мостов в виде опорных площадок. Эта опора позволяет конструкции моста расширяться и сжиматься при изменении температуры, и без этого расширения силы могут разрушить опоры на берегах.Эта поддержка не может оказывать сопротивление боковым силам. Роликовая опора также используется в рамных кранах в тяжелой промышленности, как показано на рисунке, опора может перемещаться влево, вправо и вращаться, сопротивляясь вертикальным нагрузкам, поэтому тяжелый груз можно перемещать с одного места на другое по горизонтали.

    Шарнирные опоры

    Шарнирная опора способна противостоять силам, действующим в любом направлении плоскости. Эта опора не оказывает сопротивления вращению.Горизонтальную и вертикальную составляющие реакции можно определить с помощью уравнения равновесия. Шарнирная опора также может быть использована в трех шарнирных арочных перемычках на опорах берегов, в то время как в центре вводится внутренний шарнир. Он также используется в дверях, чтобы производить только вращение двери. Шарнирная опора снижает чувствительность к землетрясениям.

    Фиксированные опоры

    Неподвижная опора может противостоять вертикальным и горизонтальным силам, а также моменту, поскольку они ограничивают как вращение, так и поступательное движение.Они также известны как жесткая опора. Для устойчивости конструкции должна быть одна неподвижная опора. Флагшток на бетонном основании — распространенный пример фиксированной опоры. В конструкциях RCC стальная арматура балки заделана в колонну для создания фиксированной опоры, как показано на изображении выше. Точно так же все клепаные и сварные соединения в стальных конструкциях являются примерами неподвижных опор. Заклепочные соединения сейчас не очень распространены из-за внедрения болтовых соединений.

    Штифтовые опоры

    Шарнирная опора аналогична шарнирной опоре.Он может противостоять как вертикальным, так и горизонтальным силам, но не моментом. Это позволяет элементу конструкции вращаться, но не перемещаться в любом направлении. Предполагается, что многие соединения являются закрепленными, даже если в действительности они могут сопротивляться небольшому количеству моментов. Верно также и то, что штифтовое соединение может допускать вращение только в одном направлении; обеспечение сопротивления вращению в любом другом направлении. В человеческом теле колено является лучшим примером шарнирной опоры, поскольку оно допускает вращение только в одном направлении и сопротивляется боковым движениям.Идеальные шарнирные и неподвижные опоры на практике встречаются редко, но балки, опирающиеся на стены или просто соединенные с другими стальными балками, считаются штифтовыми. На распределение моментов и поперечных сил влияет состояние опоры.

    Петля внутренний

    Внутренние петли часто используются для соединения изгибаемых элементов в точках, отличных от опор. Например, на рисунке выше две половины арки соединены с помощью внутреннего шарнира.

    В некоторых случаях его вводят намеренно, чтобы избыточная нагрузка разрушала эту слабую зону, а не повреждала другие элементы конструкции, как показано на изображении выше.

    Дайте нам знать в комментариях, что вы думаете о концепциях в этой статье!

    .

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *