Усиление металлических конструкций

Записка к КП-Усиление метал. конструкций.doc

Министерство образования РФ
Федеральное агентство по образованию
Московский государственный строительный университет
Кафедра Металлические конструкции
Курсовая работа по курсу «Металлические конструкции»:
«Усиление металлических конструкций»
Преподаватель: Вершинин В.П.
Пролет балок настила
Толщина железобетонного настила
Нормативная временная равномерно распределенная нагрузка
Увеличение временной нагрузки после реконструкции здания
Материал конструкций:
сталь класса С245 (Ry = 24 кНсм2)
листовые элементы усиления
Расчет балки настила.
1.Определение нагрузки и расчетных усилий воспринимаемых балками настила до реконструкции здания.
Балки настила воспринимают следующие нагрузки: постоянная нагрузка - вес настила и собственный вес балки; временная нагрузка - вес оборудования людей и др.
При определении постоянной нагрузки исходим из того что настил состоит из железобетонных плит сплошного сечения. Тогда вес 1 м2 настила:
g' = tn·ρ = 035·24 = 84 кНм2;
где: tп – толщина плиты (м)
ρ = 024 кНм3 - объемный вес железобетона.
Собственный вес балки настила приближенно принимаем равным 2% от полной нагрузки на балку:
g"= (P + g') ·002=(37 + 84) · 002 = 0908 кНм2.
Нормативная постоянная нагрузка на балку приведенная к 1 м2 перекрытия:
g = (g' + g") = 84 + 0908 = 9308 кНм2.
Суммарная (временная и постоянная) погонная нормативная нагрузка:
qн = (P + g) ·a = (37 + 9308) ·32 = 1481856 кНм
где: a – шаг балок настила (м).
Суммарная расчетная нагрузка:
q = (P·np+g·ng) ·a = (37·12 + 9308·105) ·32 = 17335 кНм;
где: np= 12 и ng= 105 – коэффициенты надежности по перегрузке для временной и постоянной нагрузок.
Максимальный изгибающий момент в балке от расчетной нагрузки:
где: l = 68 м – пролет балок настила.
Местоположение опорных реакций определяем из условия что опорное давление распределяется по стене равномерно по всей площадке контакта балки и стены. Глубину заделки балку в стену принимаем 03 м.
2.Подбор сечения балки настила.
Расчет балок производим в предположении упругой или упругопластической работы материала. В этом случае прочность балок проверяем по следующей формуле:
где: с1 – коэффициент учитывающий развитие пластических деформаций в расчетном сечении балки (115 ÷ 15);
Ry = 240МПа = 24 кНсм2 - расчетное сопротивление для С245 по СНиП.
Определяем требуемый момент сопротивления балки принимая приближенно с1 =11:
По сортаменту прокатных двутавров подбираем двутавр с Wx Wтр .
Таблица 1. Техническая характеристика двутавра стального горячекатанного с параллельными гранями полок по СТО АСЧМ 20-93.
Принятое сечение балки проверяем по второму предельному состоянию:
Предельный относительный прогиб для балок перекрытий принимается по СНиП II-23-81 «Стальные конструкции»: .
Фактический относительный прогиб зависит от геометрических параметров балки и нормативной нагрузки:
Принятое сечение удовлетворяет СНиП II-23-81 по прочности и жесткости.
Расчет и конструирование усиления балок.
1.Определение нагрузок и расчетных усилий воспринимаемых балками настила после реконструкции здания.
По условию задания на проектирование временная нагрузка на перекрытие в результате реконструкции здания увеличивается на 30%:
Р1 = Р·13 = 37·13 = 481 кНм2.
При определении постоянной нагрузки предполагается что толщина настила после реконструкции не изменяется а увеличением массы балки в результате ее усиления можно пренебречь.
Погонная нормативная нагрузка на балку:
q1н = (Р1+ g) ·а = (481 + 9308)·32 = 18371 кНм.
Погонная расчетная нагрузка:
q1 = (Р1·np+g·ng) ·a = (481·12 + 9308·105)·32 = 21598 кНм.
Максимальная поперечная сила:
Проверка прочности балки на увеличенную нагрузку:
Усиление балок необходимо.
2.Усиление балки увеличением сечения.
Усиление балки путем увеличения сечения проводится двумя листовыми элементами. Ширину листов принимаем различной для верхнего и нижнего пояса балки – для удобства выполнения сварочных работ. Сварка при этом выполняется в нижнем положении. Площади сечения элементов усиления для верхнего и нижнего поясов проектируем одинаковыми чтобы центр тяжести сечения балки не смещался нормальные напряжения от нагрузки в этом случае будут иметь наиболее рациональное распределение. Элементы усиления изготавливаем из материала с расчетным сопротивлением близким расчетному сопротивлению материала балки.
Расчет усиления ведем с учетом пластической деформации материала принимаем с1 =11.
Площадь сечения элементов усиления зависит от требуемого момента сопротивления:
где: Ry = 24 кНсм2 – расчетное сопротивление листовых элементов усиления.
Площадь сечения одного листа усиления:
Ширину верхнего и нижнего листов усиления принимаем с таким расчетом чтобы разместить фланговые швы. Для этого ширину площадок на которых располагаются фланговые швы принимаем 10 мм.
Таким образом для верхнего листа:
bв = (bf - 2 10) = (260 - 2·10) = 240 мм
bн= (bf + 2 · 10) = (260 + 2·10) = 280 мм.
При этих размерах bв и bн требуемая толщина листов:
Окончательно принимаем:
верхний лист – 240 х 4 ммАус.в = 96 см2;
нижний лист – 280 х 3 мм Аус.н = 84 см2.
При определении размеров листов усиления их ширину принимаем кратной 10 мм. толщину принимаем по сортаменту.
3.Определение длины элементов усиления.
Теоретическая длина элементов усиления определяется длиной участка балки на котором выполняется условие Мх Мпр
где: Мх - изгибающий момент в балке от внешней нагрузки в точке с координатой «х»;
Мпр - предельный изгибающий момент который может воспринять балка без элементов усиления.
Находим продольный изгибающий момент из условия (принимая с1 = 1):
Мпр = Wx·Ry = 41869·24 = 1004856 кНм.
Для определения теоретического места обрыва усиления решаем уравнение Мх = Мпр относительно координаты «х» получаем:
где: М1мах – максимальный изгибающий момент в пролете от расчетной нагрузки.
После подстановки исходных данных получим:
Фактическую длину элементов усиления принимаем несколько больше теоретической (на 150÷300 мм с каждой стороны) для обеспечения полного включения элементов усиления в работу балки.
lус= l - 2x = 68 -2·16 = 36 м
где: x = [x1 - (015 ÷ 03)] = 1892 - 0292 = 16 м.
Принимаем длину элементов усиления 36 м (кратно 100мм).
4.Проверка прочности и жесткости усиленной балки.
При проверке прочности усиленной балки геометрические характеристики сечения (момент инерции и момент сопротивления) вычисляем без учета смещения положения центра тяжести двутавра вследствие того что площади сечения верхнего и нижнего листов усиления практически не отличаются. Момент инерции усиленного сечения:
Момент сопротивления:
Максимальные напряжения в середине пролета:
Проверку жесткости балки можно производить по геометрическим характеристикам усиленного сечения с учетом влияния длины элементов усиления с помощью коэффициента значения которого зависят от отношения:
5.Расчет поясных швов.
Поясные швы прикрепляющие листовые элементы усиления к нижнему поясу балки работают на срез от действия поперечной силы. В соответствии со СНиП-II-23-81 расчет угловых швов проводим по двум сечениям: по металлу шва и по границе сплавления металла шва и основного металла. При ручной и полуавтоматической сварке определяющим является расчет по металлу шва.
Поэтому для поясных швов условие прочности:
SB – статический момент листа усиления относительно центра тяжести сечения балки;
J1 – момент инерции сечения;
- коэффициент провара шва ( при ручной сварке = 07);
- расчетное сопротивление углового шва.
В данной курсовой работе принимаем что швы выполняются ручной сваркой электродами типа Э-42А с = 18 кНсм2.
Поперечная сила Q1x определяется для сечения балки в месте обрыва усиления на расстоянии х от опоры:
Статический момент листа усиления:
Требуемый (минимальный) катет шва:
Исходя из минимальных требований принимаем для крепления листовых элементов усиления угловые швы с катетом kf = 4мм .
6.Расчет опорного узла.
В данной курсовой работе нагрузка от перекрытия передается на несущие стены через сравнительно небольшую площадку размеры которой определяются глубиной заделки балки и шириной нижнего пояса. Возникающие при этом напряжения на площадке контакта балки настила и стены ограничиваются прочностью материала стены. Материал стены в месте контакта – бетон класса В15 (марка М200) Rпр = 1965 кгссм2 = 193 кНсм2 – призменная прочность бетона. Напряжение в бетоне от нагрузки принимаем равномерно распределенным по всей площадке.
Напряжение на площадке в месте контакта балки настила и стены не превышает призменной прочности бетона соответственно условие прочности выполнено.
Список используемой литературы.
МУ «Усиление металлических конструкций». МГСУ 1997
Нормативные и справочные материалы по курсовому и дипломному проектированию металлических конструкций. МГСУ 2008-10-10
Металлические конструкции. Общий курс. – учебник для вузов. Г.С.Ведеников Е.И. Беленя B.C. Игнатьева и др. Под ред Г.С. Веденикова. 7-е изд. Перераб.и дополн. М. Стройиздат 1998г.

КП-Усиление метал. конструкций.dwg

Сварка по ГОСТ 5264-80
Сварку выполнить электродами типа Э42А ГОСТ 9467-75*
Потребность в металле для усиления одной балки
Кафедра металлических конструкций
Реконструкция здания