Расчет усиления металлической балки

Обновлено: 04.01.2025

Задание : Выполнить усиление главной балки способом увеличения сечения при следующих исходных данных:

При проведении обследования главных балок перекрытия цеха сушки установлено следующее: степень агрессивности среды для стальных конструкций — среднеагрессивная; пролет балок — ________ м; первоначальное сечение — сварной симметричный двутавр с полками _____×____ мм и стенкой _____×_____ мм; остаточная толщина полок — ____ мм, стенки — _____ мм; материал — сталь марки С______; расчетная равномерно распределенная нагрузка на балку q =_____ кН/м, в том числе от постоянных и длительно действующих нагрузок g =_____ кН/м.

Оснащение работы:

1) Рабочая тетрадь для практических работ по дисциплине «Усиление конструкций и оснований»;

2) П1-04 к СНиП II-23-81*. Усиление стальных конструкций;

3) СНиП II-23-81*. Стальные конструкции.

4) Альбом конструктивных решений усиления основных стальных элементов.

5) Инженерный калькулятор.

Результаты выполнения работы

Геометрические характеристики неповрежденного сечения:

А₀=2·b_f · t_f + h_ω · t_ω = ________________________________________________ см 2 ;

I_x0 = (t _w h 3 _w / 12) + 2(y 2 A_f +(b_ft_f 3 )/12) = _________________________________см 4 ;

y = t_ω /2 + t_f /2 = __________________ см;

W_x0 = 2 I_x0/h = ____________________ см 3 .

Геометрические характеристики сечения с учетом коррозии:

А _ef =2·b_f · t_f + h_ω · t_ω = ___________________________________ см 2 ;

I_x0 = (t _w h 3 _w / 12) + 2(y 2 A_f +(b_ft_f 3 )/12)) =________________________________см 4 ;

y = t_ω /2 + t_f /2 = ___________________ см;

W_xef = 2 I_xef /h = ____________________ см 3 .

— от полной нагрузки:

M = _______________кН·м, Q_max =_______________кН.

— от постоянной нагрузки:

M_g = _______________кН·м, Q_g,_max =_______________кН.

Коррозионный износ сечения:

25%,

т. е. учитываем снижение расчетного сопротивления стали введением коэффициента g_d =0,9(таблица Б.1, приложение Б П1-04 к СНиП II-23-81*).

где расчетное сопротивление стали по пределу текучести R_y₀= 240 МПа (таб. 51* СНиП II-23-81*);

Коэффициент условий работы g_с =1,0.

Рисунок 1 – Расчетное сечение балки Рисунок 2 – Расчетная схема балки

Так как напряжение от расчетных нагрузок

балка подлежит (не подлежит) усилению

Проверка по касательным напряжениям

Статический момент полусечения относительно нейтральной оси.

Осредненное значение расчетного сопротивления усиленного элемента

R_s ₀ = 0,58 R*_y = __________________МПа.

Касательные напряжения в стенке балки

R_s₀ = ___________МПа.

прочность стенки на срез обеспечена (не обеспечена)

Так как

устойчивость стенки балок проверять не требуется (7.3 СНиП II-23).

Расчетная ширина свеса полки b_ef = _______ см.

Проверяем соблюдение условия 7.24 СНиП II-23*:

условие соблюдается (не соблюдается)

Уровень начального нагружения

>< R_y _0в γ _d = ________________МПа.

усиление возможно (не возможно) с помощью сварки

Усиление выполняем способом увеличения сечения в соответствии с рисунком 1.

Рисунок 1 — Усиление главной балки

Выводы по проделанной работе_________________________________________

Практическая работа № 1.

Практическая работа № 2.

Практическая работа № 3.

Практическая работа № 1.

Задача №1 Расчет усиления металлической балки

Номер учебной группы

Фамилия, инициалы обучающегося

Дата выполнения работы

Тема работы

Цель работы

Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций.

Общие условия выбора системы дренажа: Система дренажа выбирается в зависимости от характера защищаемого.

Папиллярные узоры пальцев рук - маркер спортивных способностей: дерматоглифические признаки формируются на 3-5 месяце беременности, не изменяются в течение жизни.

© cyberpedia.su 2017-2020 - Не является автором материалов. Исключительное право сохранено за автором текста.
Если вы не хотите, чтобы данный материал был у нас на сайте, перейдите по ссылке: Нарушение авторских прав. Мы поможем в написании вашей работы!

Пример расчета усиления кирпичного простенка стальной обоймой

Требуется запроектировать усиление простенка в существующем жилом доме.

Данные для расчета: кладка простенков выполнена из глиняного кирпича пластического формования марки 75 на растворе марки 25. Размер сечения простенка 54´103 см, высота 180 см; расчетная высота стены 2,8 м. Кладка простенка выполнена с утолщенными швами низкого качества, в кладке имеются небольшие начальные трещины в отдельных кирпичах и вертикальных швах. Это свидетельствует о том, что напряжение в кладке достигло примерно 0,7R_u (временного сопротивления). На простенок действует вертикальное усилие, равное 600 кН (60 тc), приложенное с эксцентриситетом 5 см по отношению к толщине стены.

По архитектурным соображениям усиление кладки принимается посредством включения простенка в стальную обойму из уголков.

Расчет. Необходимое увеличение несущей способности простенка за счет поперечной арматуры обоймы определяем из формулы (4.1):

По приложению 4 или [10, п. 4.2, табл. 18] при l = 5,2 и a = 1000 принимаем
j₁ » j = 0,98; m_g = 1 принимаем согласно приложению 4, п. 4.7 или [10]; по приложению 4 или [10, п. 3.1, табл. 2] — R = 1,1 МПа, m_k = 0,7.

Принимаем для обоймы сталь класса A-I. Вертикальная арматура обоймы (уголки) принимается по конструктивным соображениям 4∟50´50 мм:

Согласно приложению 5 принимаем А¢_s= 4×4,8 = 19,2 см 2 .

По табл. 4.1 принимаем R_s _c= 43,0 МПа и R_sw = 150 МПа.

Согласно формуле (4.1)

откуда m = 0,35%.

Принимаем расстояние между осями поперечных хомутов обоймы 35 см и определяем их сечение из условия %.

Принимаем по приложению 5 полосу сечением 30´8 мм; А_s = 2,4 см 2 ; Ст A-I.

Варианты заданий

Вариант	Марка кирпича	Марка раствора	Класс стали	Размеры простенка	Расчетная высота стены, L₀, м	N, кН	е_о, см	Наличие трещин в кладке
H, см	B, см
М-75	М-25	А-I	2,8	+
М-100	М-75	А-II	2,7	–
М-100	М-25	А-I	3,0	3,5	–
М-75	М-50	А-II	3,3	+
М-150	М-100	А-I	3,6	+
М-150	М-100	А-II	2,8	3,5	–
М-100	М-75	А-II	2,7	–
М-100	М-25	A-I	3.0	3,5	+
М-150	М-100	А-II	2,8	+
М-75	М-25	А-I	2,8	–

1. Вариант выбирается по последней цифре зачетной книжки.

2. По предпоследней цифре зачетной книжки:

а) четная — кирпич глиняный пластического прессования;

б) нечетная — кирпич силикатный.

3. Кладка простенка выполнена утолщенными швами низкого качества.

5. Расчёт усиления металлической балки
способом увеличения сечения

В связи с изменением технологического процесса, при реконструкции цеха полезная нормативная нагрузка на рабочую площадку А×В м с металлическим настилом и размерами ячейки а×b м увеличивается на 25%.

Прогиб до 5 см не препятствует нормальной эксплуатации технологического оборудования.

Требуется рассчитать усиление второстепенной балки способом увеличения сечений.

При расчете конструкций, усиливаемых под нагрузкой, необходимо учитывать уровни напряжений в существующих элементах и последовательность включения в работу дополнительных деталей, а также начальные и дополнительные деформации основных конструкций, возникающие на стадии усиления. Принятая расчетная схема усиливаемых конструкций должна отражать их фактическое состояние и действительные условия работы, выявленные при обследовании.

В зависимости от уровня напряжений в существующих конструкциях, принимается решение о необходимости степени их разгрузки (полная или частичная).

В зависимости от условий эксплуатации и допустимости использования пластической стадии при работе материала конструкций (элементов), в процессе усиления последние подразделяются на четыре группы.

Группа 1 — сварные конструкции, работающие в особо тяжелых условиях эксплуатации (подкрановые балки при режиме работы кранов 8К, 7К, элементы бункерных и разгрузочных эстакад, работающих на нагрузку от подвижного состава и т. п.). В этих конструкциях пластические деформации не допускаются, относительные остаточные деформации e₀ = 0. Расчет производится только по упругой стадии работы стали.

Группа 2 — сварные конструкции, работающие на подвижные и динамические нагрузки, но не входящие в группу (подкрановые балки с режимом работы кранов 1К…6К, балки рабочих площадок и т.п.). Относительные остаточные деформации e₀ нормируются в пределах 0,001.

Группа 3 — элементы конструкций, работающие на статические нагрузки, кроме элементов, в которых не удовлетворяются требования норм по обеспечению общей и местной устойчивости в процессе развития пластических деформаций, для этих конструкций e₀ = 0,002.

Группа 4 — элементы конструкций, которые работают на статические нагрузки, но не вошли в группу 3. Для них e₀ принимается равным 0,004.

При усилении конструкций 3-й группы в случае использования мероприятий по обеспечению общей устойчивости (постановка ребер, диафрагм, связей) их можно отнести к 4-й группе.

Расчет прочности элементов производится в зависимости от их принадлежности к той или иной группе по предельной норме развития пластических деформаций для конструкций 2-й и 3-й групп в виде проверки прочности по критерию краевой текучести КТ. Для элементов 4-й группы проверка прочности производится по критерию развитых пластических деформаций РПД. При оценке прочности развитие пластичности в сечении усиленного элемента допускается, но ограничивается введением специальных коэффициентов g_N и g_M_, гарантирующих уровень пластических деформаций e₀ = 0,004. Значения g_N и g_M принимаются в зависимости от схемы усиления, соотношения прочностных характеристик стали, уровня и условий нагружения.

Перемещения (прогибы, отклонения от вертикали) усиленных элементов (конструкций) определяются в общем виде по формуле:

где ¦₀ — начальные отклонения (прогиб), определяются по данным обследования либо расчетом элементов на действие начальных нормативных нагрузок по фактическим геометрическим характеристикам сечения усиливаемого элемента;

¦_w — дополнительное отклонение (прогиб) при усилении с помощью сварки;

∆¦ — приращение перемещения от нормативных нагрузок, приложенных после усиления.

Расчет усиления балок. Проверка прочности балок по критерию КТ:

где M = M_o + M_r; W_n — момент сопротивления усиленного сечения; g_M = 0,95 — для конструкций 1-й группы и g_M = 1 — для конструкций 2-й и 3-й групп.

Проверка прочности конструкций 4-й группы по критерию РПД:

A_oc = 0,5 [A_o – α(A_rc – A_rp)] — площадь нетто сжатой зоны сечения усиливаемого элемента;

A_op — то же, растянутой зоны;

A_rc, A_rp — площади нетто элементов усиления, расположенных (рис. 5) соответственно со стороны сжатой и растянутой зон сечения; для несимметричных односторонних схем усиления со стороны сжатых или растянутых фибр принимается соответственно
A_rc = 0 или A_rp = 0;

y_op, y_oc, y_rc, y_rp — расстояния от центров тяжести сжатых и растянутых площадей до нейтральной оси усиливаемого элемента X_o–X_o (см. рисунок 5);

g_M = 0,95 — при симметричном двустороннем усилении; ∙

g_M =0,95 – 0,2b_о(α – 1) — при одностороннем усилении со стороны растянутых фибр;

g_M =0,95 – 0,1(α + b_о – 1) — при одностороннем усилении со стороны сжатых фибр;

α = R_yr/R_yo — соотношение расчетных сопротивлений стали усиливающего и основного элементов;

c_t — поправочный коэффициент, учитывающий влияние поперечных сил; для двутаврового сечения при t £ 0,4R_so c_t = 1,

при ; t = 1,5Q/(hs)

R_s₀ — расчетное сопротивление срезу усиливаемого элемента (конструкции), R_s₀ = 0,58R_y₀.

Рис. 5. Усиление балок:
а — схема усиления; б — расположение сжатых
(заштриховано) и растянутых зон в сечении;
в — эпюра напряжений при развитии шарнира пластичности

Проверки прочности на срез стенки, на действие местных и приведенных напряжений проводятся по указаниям норм с учетом изменившихся характеристик сечения.

Деформативность балок проверяется по формуле:

Предельный прогиб либо принимается по нормам, либо устанавливается на основе исследований фактической работы балок в конкретных условиях производства. Величина этого прогиба должна обеспечивать нормальную эксплуатацию балок и технологического оборудования, установленного на них, в некоторых случаях допускается эксплуатация с ограниченными неудобствами.

Прогиб f определяется по формуле (5.1). Дополнительный прогиб от сварки:

где l_r —длина элемента усиления;

I — момент инерции усиленного сечения;

y_i — расстояние от i-го до нейтральной оси усиленной балки;

n_i — коэффициент, учитывающий начальное напряженно деформированное состояние балки и схему ее усиления:

n_i = 1 – [u ln (1 – x_i)]/ ln 2;

u = 1,5 — для швов, расположенных в растянутой зоне сечения, u = 0,7 — для швов в сжатой зоне при оценке деформативности, u = 0,5 — при оценке устойчивости; u = 1 — для швов, расположенных в растянутой и сжатой зонах;

x_i — коэффициент, характеризующий уровень начальных напряжений в зоне i-го шва в наиболее нагруженном сечении: x_i = s₀_i / R_y₀; s₀_i = M₀ y / I;

y — расстояние от нейтральной оси до центра тяжести сварного шва усиления;

V —параметр продольного укорочения элемента от наложения одиночного шва: V = 0,04k_f 2 ; k_f — катет связующего шва при усилении;

а — средний коэффициент прерывистости шпоночного шва, равный отношению длины шва шпонки к шагу шпонок (при сплошных швах а = 1).

Усиление металлической двутавровой балки перекрытия

Здравствуйте. Помогите пожалуйста выполнить расчет усиления металлической балки. Балка двутавровая (двутавр №23 немецкий нормальный сортамент). Есть возможность усилить балку с помощью увеличения площади сечения (приварить пластину только к верхней полки двутавра). Говорят есть серия по усилению, помогите найти. Спасибо.

При реконструкции здания изменено назначение помещения и соответственно нормативная нагрузка изначально была 200кг/м2 а стала 400кг./м2

Нижнюю полку усилить нет возможности т.к. здание относится к ГИОП и потолок снимать нельзя (лепка). Перекрытие из металлических балок, межбалочное пространство: плита ж/б, засыпка строительным мусором, ц.п. стяжка и конструкция пола. Мы можем демонтировать конструкцию пола вплоть до плиты, затем выполнить усиление и конструкцию пола.

1 Приварите сверху прокат какой-нибудь сплошным швом типа двутавра еще одного.
2 Можно поробовать поставить сверху металлические балки, и притянуть шпилькой к ним существующие, создав контрзагружение
3 Можно поставить между существующих двутавров еще двутавров между ними
4 Можно тупо сверху еще одно перекрытие сделать)))но это неинтересно будет

Думаю вариант 1 самый простой. Если двутавры очень кривые или прогнутые, то лучше 2й

Существующие балки -двутавр №23 по нормальному немецкому сортаменту, длина балок 8,2м., шаг балок 0,9м. Вариант замены перекрытия не рассматривают ни в каком виде. Предлагают усилить балку приваркой к верхней полки пластины, но она получается не совсем пластина т.к. размер сечения 80х60(h). Если есть пример расчета помогите.

останется без изменения. зато верхняя черта понесет. сжатая полка в балке важнее растянутой нижней, я так думаю

Важнее, если раскрепления из плоскости балки не достаточно для обеспечения устойчивости из плоскости действия момента. А так они (полки) равнозначны по важности.

Незначительно уменьшаться) капельку совсем
Почему вы привязались к пластине то? пластина слабо усиливает, поскольку усиление достигается увеличением сечения полки, а высота сечения (плечо силы) остается без изменения. То есть, как сказал palexxvlad, напряжения в нижней неусиленной полке мало изменятся.

Приварите сверху двутавр) Высота сечения значительно увеличится, увеличится плечо силы, снизятся напряжения в нижней полке

А расчет простейший, третий курс строительного университета, сопромат. Или например скадовский "конструктор сечений"

Это если балка разгружена, тогда все просто.Здесь же усиление под нагрузкой, напряжения в сечении до усиления никуда не денутся, если не увеличатся при наварке доп. металла. Конструктор сечений здесь неуместен.

Ну вот так в конструкторе сечений это делается.

На капельку уменьшаться за счет увеличения плеча силы.

Хорошо, а бывает в реальности случаи усиления ненагруженной балки? 1 из 10. Если она ненагружена, ее проще поменять

Конструктор сечений вполне уместен на мой взгляд. Что касается напряжений при нагреве, предлагается учесть как продольную силу с эксцентриситетом относительно центра тяжести нового сечения.

Что касается нагрузки на балку, и соответственно ее прогиба, тут сложно дать конкретную рекомендацию. Зависит от величины существующего прогиба. Полагаю, что технически возможно путем притяжки снизить усилия в балки до небольших значений

Читайте также: