Расчет анкерных болтов и траверс

К пластинам ниже отметки -0, 05 м приварены траверсы из профилированной листовой стали для пропуска анкерных болтов, замоноличенных в фундаменте. Ось двуханкерных болтов по одну сторону стойки находится на одной линии с осью боковой пластины стойки, поэтому усилие, воспринимаемое этими болтами, равно усилию растяжения пластины.

Требуемая площадь нетто сечения одного анкерного болта, выполненного из стали марки Вст3кп2, равна:

A_bn = N_a /(2 R_bam) = 86580/(2× 150× 0, 85) = 340 мм²,

где m = 0, 85 - коэффициент уменьшения расчетного сопротивления двойных болтов.

Принимаем анкерные болты d = 24 мм, A_bn = 352 мм².Из плоскости рамы анкерные болты размещаются на расстоянии 200 мм, а плечо анкерного болта до грани боковой пластины составляет c = 200/2 - 50/2 = 75 мм.

На каждую траверсу, приваренную к боковой пластине, действуют изгибающий момент и поперечная сила:

M = c ₃ N_a /2 = 0, 075× 86, 58/2 = 3, 247 кН× м;

Q_a = N_a /2 = 86, 58/2 = 43, 29 кН.

Траверсы изготавливаются из листовой стали 100 ´ 10 мм марки Вст3пс6-1.

Геометрические характеристики сечения траверсы равны:

F = 2× 10× 100 = 2000 мм²; W = 2× 10× 100²/6 = 333, 3× 10²мм³; I = 2× 10× 100³/12 = 1666, 7× 10³мм⁴; S = 2× 10× 100²/8 = 25000 мм³; t = 10 мм

σ = M / W = 3247000/33330 = 97, 42 МПа< R_y γ _с/γ _n = 240× 0, 9/0, 95 = 227 МПа;

τ = QS /(Jt) = 43290× 25000/(1066, 7× 10³× 10) = 64, 9 МПа< R_a = 0, 58 R_y γ _с/γ _n = 0, 58× 227 = 132 МПа.

Прочность сечения траверсы достаточна.

Траверсы привариваем к боковой пластине двумя угловыми швами с катетом k_f = 8 мм, длиной l _ω = 100 мм. Находим момент сопротивления швов

W_f =2β _fk_fl _ω ²/6= 2× 0, 7× 8× 100²/6 = 18667 мм³;

площадь поперечного сечения швов

F_f = 2β _fk_fl _ω = 2× 0, 7× 8× 100 = 1120 мм²;

нормальные и касательные напряжения в швах

σ _f = M / W_f = 3247000/18667 = 173, 9 МПа;

τ _f = Q / F_f = 43290/1120 = 38, 7 МПа;

равнодействующую нормальных и касательных напряжений

= 178, 2 МПа < R _{ω f} γ _{ω f} γ _с/γ _n = 185× 1× 1/0, 95 = 195 МПа.

Определяем толщину шайбы анкерного болта, опирающейся на траверсу.

Пролет шайбы l = 50 + 10× 2/2 = 60 мм, ширина шайбы b = 60 мм.

Изгибающий момент от сосредоточенной силы, передаваемый на шайбу анкерным болтом,

M = N_al /(2× 4) = 86580× 60/(2× 4) = 649, 4× 10³ Н× мм.

Требуемая толщина шайбы из стали марки Вст3пс6-1

h _ш = = 17, 4 мм.

Принимаем шайбу толщиной 18 мм.

Пример 2. Запроектировать деревянную гнутоклееную раму пролетом 18 м, шагом 3 м для здания спортивного зала (рис. 59). Ограждающие конструкции покрытия - утепленные плиты размером 1, 5 ´ 3 м. Кровля - рулонная. Район строительства - Петрозаводск. Нагрузки на 1 м горизонтальной проекции рамы, кН/м:

постоянная (от собственного веса рамы и покрытия) нормативная g ^н= 3, 2 и расчетная g = 3, 55;

временная снеговая нормативная q ^н= 4, 5;

расчетная равномерно распределенная q = q ^н c ₁= 4, 5× 0, 5 = 2, 25 и распределенная по треугольнику на половине пролета

q ₁ = q ^н c ₂= 4, 5× 2, 2 = 9, 9,

коэффициенты c ₁и c ₂ соответствуют отношению f / l = 1/4 СНиП II-6-74, табл. 5.

Расчетным сочетанием нагрузок, вызывающим максимальный изгибающий момент, является совместное действие нагрузок а и b (рис. 60).

Эпюра моментов для данного нагружения представлена на рис. 61. Значение расчетного момента M = 101, 7 кН× м, нормальная сжимающая сила в том же сечении N = 69, 7 кН.

Рис. 59. Схема поперечного разреза здания

Боковое действие ветровой нагрузки уменьшает расчетное значение отрицательного момента от собственного веса покрытия со снегом и поэтому не учитывалось.

Для принятого эллиптического очертания криволинейной части оси рамы радиус кривизны в расчетном сечении r = 7, 31 м.

Рис. 60. Расчетная схема рамы с нагрузками (а) постоянная нагрузка от собственного веса; (б, в) снеговая нагрузка

Рис. 61. Эпюра расчетных изгибающих моментов

Задаемся постоянной высотой сечения рамы h = 630 > l /30 = 18000/30 = 600 мм и шириной сечения b = 140 мм при толщине слоев a = 33 мм, тогда радиус кривизны внутренней кромки в расчетном сечении r_k = t - h /2 ≈ 7 м и r_k / a = 7000/33 = 210 > 150.

По СНиП II-25-80 табл. 7, 8, 9 m _б = 0, 95; m _сл = 1, m _гн = 0, 92, а расчетное сопротивление изгибу и сжатию вдоль волокон при использовании сосновых пиломатериалов 2-го сорта и введении коэффициента надежности по назначению γ _n = 0, 95.

R _и = R _с = 15 m _б m _гн/γ _n = 15× 0, 95× 0, 92/0, 95 = 13, 8 МПа.

Проверку прочности рамы в расчетном сечении при

h / r = 0, 63/7, 31 ≈ 1/11 < 1/7

производим согласно СНиП II-25-80, пп. 4.17 и 6.28 по формуле

N / F _расч + M _д/ W _расч = 69, 7× 10²/8, 8× 10⁴ + 108, 1× 10⁶/9, 25× 10⁶ = 12, 5 < R _и = 13, 8 МПа,

где

M _д = M /ξ = 101, 7/0, 94 = 108, 1 кН× м.

Так как очертание гнутоклееной рамы с короткими прямолинейными участками приближается к очертанию арки, то, руководствуясь СНиП II-25-80, пп. 4.17 и 6.27, в формулу для определения коэффициента ξ подставляем значение сжимающей силы N ₀= 29 кН в ключевом шарнире рамы:

ξ = 1 - N ₀/(φ FR _с) = 1 - 29× 10³/(0, 425× 8, 8× 10⁴× 13, 8) = 0, 94;

Здесь

φ = 3000/λ ² = 3000/84² = 0, 425;

λ = l ₀/(0, 289 h) = 0, 5 s /(0, 289 h) = 0, 5× 30, 8/(0, 289× 0, 63) = 0, 84;

s - полная длина контура рамы по центральной оси.

При подкреплении внешней кромки полурамы в трех промежуточных точках поперечными и продольными связями жесткости с отношением размеров поперечного сечения рамы h / b = 630/140 ≈ 4, 5 проверка устойчивости плоской формы деформирования не требуется ввиду очевидного запаса.

Соединение полурам в ключевом шарнире осуществляется лобовым упором с боковыми накладками на болтах. Сопряжение концов рамы с фундаментами в пятах для передачи распора и вертикальной опорной реакции выполняется при помощи сварного башмака из листовой стали. Для обеспечения пространственной жесткости и устойчивости рам и здания в целом в торцевых секциях устраиваются поперечные связевые фермы, доведенные до основания рам.

Применение рамы эллиптического очертания позволяет, не стесняя габаритов, достигнуть более выгодного соотношения между радиусом кривизны и толщиной слоев, снижая за счет этого расход пиломатериалов.