РД 24.031.20-88

РД 24.031.20-88

Группа Е21

РУКОВОДЯЩИЙ ДОКУМЕНТ ПО СТАНДАРТИЗАЦИИ

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

МЕТОД РАСЧЕТА ЭЛЕМЕНТОВ БАЗ КОЛОНН СТАЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ПАРОВЫХ СТАЦИОНАРНЫХ КОТЛОВ

ОКСТУ 3103

Дата введения 1991-01-01

ИНФОРМАЦИОННЫЕ ДАННЫЕ

1. УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ УКАЗАНИЕМ Министерства тяжелого, энергетического и транспортного машиностроения СССР от 27.12.88 № ВА-002-1/14209

2. ИСПОЛНИТЕЛИ Л.С. Маркман (руководитель темы); Т.П. Петина; Г.Я. Соболева; В.В. Чиркина

3. ВЗАМЕН ОСТ 108.250.03-80; ОСТ 108.366.30-78; ОСТ 108.366.31-78

4. ССЫЛОЧНЫЕ НОРМАТИВНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ДОКУМЕНТЫ


Обозначение документа, на который дана ссылка

Номер пункта, подпункта, перечисления, приложения

ГОСТ 5264-80

2.9

ГОСТ 14771-76

2.9

ОСТ 108.030.30-79

2.9

РД 24.030.142-88

2.2

РД 24.031.19-88

2.2

РД 24.031.21-88

2.2

РТМ 108.031.09-83

1

СНиП II-23-81

1; 4.4.2

Настоящие методические указания распространяются на базы колонн стальных конструкций паровых стационарных котлов и устанавливают методы их расчета.

Методические указания рекомендуются для применения на предприятиях Минтяжмаша СССР, занимающихся проектированием и изготовлением стальных конструкций паровых стационарных котлов.

1. УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

В тексте методических указаний приняты следующие обозначения:

A

- площадь опорной плиты;

Aпл

- рабочая (грузовая) площадь опорной плиты;

Aф

- площадь верхнего обреза фундамента;

Aпр

- площадь проушин в опорной плите;

Aотв

- площадь технологического отверстия в опорной плите;

B

- ширина опорной плиты;

L

- длина опорной плиты;

N

- расчетное вертикальное усилие в колонне; продольная сила;

Rпр

- расчетное сопротивление бетона при осевом сжатии;

γ

- коэффициент увеличения Rпр в зависимости от отношения рабочей площади опорной плиты к площади верхнего обреза фундамента;

tпл

- толщина опорной плиты;

Ry

- расчетное сопротивление стали растяжению, сжатию, изгибу по пределу текучести;

γc

- коэффициент условий работы, принимаемый по РТМ 108.031.09-83;

Rs

- расчетное сопротивление стали сдвигу;

tтр

- толщина траверсы;

tр

- толщина ребра;

hтр

- высота траверсы;

hр

- высота ребра;

σ

- нормальное напряжение;

τ

- касательное напряжение;

M

- изгибающий момент;

Q

- поперечная сила;

qтр

- интенсивность нагрузки на траверсу;

qр

- интенсивность нагрузки на ребро;

Rωf, Rωz

- расчетное сопротивление угловых швов срезу (условному) по металлу шва и границы сплавления соответственно;

Wf, Wz

- момент сопротивления расчетного сечения по металлу шва и границы сплавления соответственно;

Kf

- катет углового шва;

lω

- расчетная длина шва, принимаемая меньше его полной длины на 10 мм;

γωf, γωz, βf, βz

- коэффициенты, принимаемые по СНиП II-23-81.

2. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

2.1. База является опорной частью колонны, воспринимающей действующие в опорном узле усилия и передающей их на фундамент.

2.2. Рекомендации по конструктивному исполнению баз колонн разработаны применительно к сортаменту, предусмотренному РД 24.030.142-88, РД 24.031.19-88 и РД 24.031.21-88.

2.3. Крепление баз колонн к фундаменту разрабатывается организацией, проектирующей фундаменты.

2.4. Между опорной плитой колонны и основанием фундамента необходимо предусмотреть подливку бетона высотой 80 мм.

2.5. Для защиты от коррозии следует предусматривать заливку бетоном баз колонн до уровня на 50-100 мм выше верха базы (анкеров, ребер) и заполнение бетоном полостей между траверсами и стержнем колонны.

2.6. Опирание стержня колонны на опорную плиту может быть двух типов: через фрезерованный торец колонны при строганой верхней плоскости плиты и через сварные угловые швы.

Принципиальные конструктивные схемы баз центрально сжатых колонн приведены на черт.1 и 2, внецентренно сжатой колонны - на черт.3.

2.7. Для установки вертикальных связей допускается вводить в конструкцию баз дополнительные детали.

2.8. При необходимости допускается применение других типов баз колонн, подтвержденных расчетом.

2.9. Сварка и контроль качества сварных швов - по ОСТ 108.030.30-79. Значение катета сварного шва определяется расчетом. Разделка кромок под сварку производится по ГОСТ 14771-76 и ГОСТ 5264-80.

2.10. При расчете баз колонн следует ориентироваться на бетоны марок 100, 150, 200, 300, для которых расчетное сопротивление при осевом сжатии составляет 4,4; 6,5; 8; 13 МПа соответственно.

База центрально сжатой колонны.

Опирание колонны непосредственно на плиту

а - конструктивная схема; б - эпюра изгибающих моментов;

в - расчетная площадь опорной плиты

Черт.1

База центрально сжатой колонны.

Опирание колонны через траверсы и ребра

а, б, в, г - конструктивные схемы базы и опорной плиты; д - деление опорной плиты

на грузовые площади; е - расчетная схема траверсы; ж - расчетная схема ребра

Черт.2

База внецентренно сжатой колонны

Черт.3

2.11. Расчетные значения длины и ширины опорных плит, а также расстояний между осями анкерных болтов следует округлять до значений, кратных 50. При этом расстояние от оси анкерного болта до края опорной плиты должно быть не менее 1,25D, расстояние между осями анкерных болтов - не менее 2,5D. Диаметр отверстия или проушины для анкерного болта и наименьшее расстояние от оси анкерного болта до полки колонны, ребра или траверсы базы принимаются по табл.1. Диаметр технологического отверстия dотв в опорной плите принимается равным от 40 до 100 мм.

Таблица 1


Наружный диаметр анкерного болта D, мм

Наименьшее приближение к полке, траверсе, ребру e, мм

Диаметр отверстия или проушины для анкерного болта d, мм

20

30

30

22

30

35

24

30

35

27

35

40

30

40

50

36

45

60

42

50

70

48

60

80

56

70

90

64

80

100

72

90

110

80

100

120

85

120

130

90

130

140

3. МЕТОДИКА РАСЧЕТА ОПОРНЫХ ПЛИТ

3.1. Расчет опорной плиты центрально сжатой колонны

3.1.1. Размеры опорной плиты колонны зависят от величины действующей сжимающей силы и расчетного сопротивления материала фундамента осевому сжатию.

Рабочая площадь опорной плиты определяется по формуле

.                                                                        (1)

Коэффициент γ вычисляется по формуле

.                                                                         (2)

Значение коэффициента γ рекомендуется принимать равным 1,2 и не должно превышать 1,5.

Площадь плиты определяется по формуле

A = Aпл + Aпр + Aотв.                                                               (3)

3.1.2. В базах, состоящих только из опорной плиты (см. черт.1), в расчетную площадь включаются консольные участки, защемленные по контуру колонны. При заданных размерах колонны h и b (при h > b) и рабочей площади плиты Aпл расчетный вылет консоли определяется по формуле

.                                                            (4)

где k = b + 0,5h.

Толщина плиты определяется по формуле

.                                                                (5)

3.1.3. Ширина плиты B, как правило, принимается конструктивно. Длина плиты L определяется по формуле

.                                                                          (6)

3.1.4. В базах, опорная плита которых укреплена ребрами и траверсами (см. черт.2), плита рассматривается как пластинка, нагруженная снизу равномерно распределенной нагрузкой (отпорным давлением фундамента) интенсивностью q:

.                                                                       (7)

В зависимости от конструкции базы плита может иметь участки (черт.2, в, г): консольные (поз.1), опертые на два (поз.2), на три (поз.3) и на четыре (поз.4) канта.

3.1.4.1. Максимальный изгибающий момент на консольном участке определяется для полосы шириной 1 см:

,                                                                    (8)

где с - вылет консоли, вычисляемый по формуле (4).

Допускается вылет консоли с принимать конструктивно (рекомендуемое значение от 100 до 120 мм).

3.1.4.2. Наибольшие изгибающие моменты, действующие на полосе шириной 1 см, в пластинах, опертых на два-четыре канта, определяются по формулам:

при опирании на четыре канта

M = α q a2,                                                                    (9)

где a -

длина короткой стороны контура опирания;

α -

коэффициент, зависящий от отношения более длинной стороны b к более короткой a; определяется по табл.2;

при опирании на три канта

,                                                                 (10)

где a1 -

длина свободной стороны контура;

β -

коэффициент, зависящий от отношения длины закрепленной стороны b1 к длине свободной стороны a1; определяется по табл.3. При отношении b1/a1 < 0,5 этот участок плиты следует проверить как консоль по формуле (8).

Таблица 2


b/a

1,0

1,1

1,2

1,3

1,4

1,5

1,6

1,7

1,8

1,9

2,0

Более 2

α

0,048

0,055

0,063

0,069

0,075

0,081

0,086

0,091

0,094

0,098

0,100

0,125

Таблица 3


b1/a1

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

1,2

1,4

2,0

Более 2,0

β

0,060

0,074

0,088

0,097

0,107

0,112

0,120

0,126

0,132

0,133

При опирании на два канта, сходящихся под углом, можно (с запасом) пользоваться формулой (10), принимая размер a1 по диагонали между кантами, а размер b1 равным расстоянию от вершины угла до диагонали.

3.1.4.3. Толщина опорной плиты определяется по наибольшему из значений изгибающих моментов, вычисленных для каждого отдельного участка плиты по формуле

.                                                                  (11)

3.2. Расчет опорной плиты внецентренно сжатой колонны

3.2.1. Для баз внецентренно сжатых колонн характерно неравномерное распределение давления на фундамент под опорной плитой. При определении размеров плиты ширину B принимают конструктивно, а длину L определяют из условия, что максимальное напряжение в фундаменте у края плиты не должно превышать расчетного сопротивления бетона при осевом сжатии. При этом:

комбинация нагрузок N и M выбирается наименее выгодной;

площадь опорной плиты принимается рабочей (Aпл = BL);

момент сопротивления опорной плиты определяется по формуле

.                                                                    (12)

Необходимая длина плиты L вычисляется по формуле

.                                                  (13)

3.2.2. Определение толщины опорной плиты производится в соответствии с требованиями п.3.1.4, при этом отпорное давление фундамента определяется по формуле

.                                                                (14)

4. МЕТОДИКА РАСЧЕТА ТРАВЕРС И РЕБЕР БАЗЫ

4.1. Траверсы и ребра базы рассчитываются на приходящуюся на них нагрузку, передаваемую опорной плитой. Расчетную схему этих элементов принимают в зависимости от конструкции базы по упрощенной балочной схеме.

Расчетная нагрузка на элемент определяется прилегающими грузовыми площадями опорной плиты, построенными по закону биссектрис.

4.2. Расчет элементов базы следует производить на расчетное сочетание усилий, дающее наибольшее сжатие бетона у края плиты (без учета вертикальных составляющих осевых усилий в примыкающих к колонне раскосах).

4.3. Отпорное давление фундамента при расчете элементов баз центрально сжатых колонн принимается по п.3.1.4, для элементов баз внецентренно сжатых колонн - по п.3.2.2.

4.4. Для случая опирания колонны на опорную плиту через угловые сварные швы в расчетное сечение траверс и ребер опорная плита, как правило, не включается.

4.4.1. Сечения траверсы (см. черт.2, е ) и ребра (см. черт.2, ж) должны быть проверены на прочность по формулам

σ ≤ Ryγc;                                                                        (15)

τ ≤ Rsγc;                                                                       (16)

.                                                            (17)

При проверке траверсы используются формулы:

;                                                                     (18)

;                                                                       (19)

;                                                                   (20)

Qтр = qтрb1.                                                                     (21)

При проверке ребра используются формулы:

;                                                                       (22)

;                                                                      (23)

;                                                                     (24)

Qр = qрb1.                                                                      (25)

4.4.2. Проверка прочности сварных соединений производится в соответствии с требованиями СНиП II-23-81.

При расчете сварных угловых швов, соединяющих траверсу и ребро с колонной (см. черт.2, е, ж ), должны выполняться условия:

по металлу шва:

;                                                           (26)

;                                                              (27)

;                                                             (28)

по металлу границы шва:

;                                                            (29)

;                                                               (30)

.                                                                (31)

Входящие в формулы (26)-(31) величины N, M, Wf и Wz определяются по формулам:

при расчете швов соединения траверсы:

N = qтрL;                                                                          (32)

;                                                                      (33)

;                                                                (34)

;                                                                 (35)

при расчете швов соединения ребра:

N = qрb1;                                                                        (36)

;                                                                     (37)

;                                                                 (38)

,                                                                   (39)

где nтр, nр - количество швов в месте соединения с колонной траверсы и ребра соответственно.

4.4.3. Траверса и ее крепление к внецентренно сжатой колонне должны быть проверены на расчетную растягивающую силу, возникающую в анкерных болтах, при этом момент в консоли траверсы определяется по формуле

Mтр = Nа lк,                                                        (40)

где Nа -

усилие в анкерных болтах, приходящихся на одну траверсу при расчетном сочетании усилий (без учета вертикальных составляющих от осевых усилий в примыкающих к колонне раскосах), дающем наибольшее сжатие бетона у края плиты;

lк -

расстояние от оси анкерных болтов до места соединения траверсы с колонной.

4.5. Проверка сварных угловых швов соединения элементов баз колонн с опорной плитой производится по формулам (26) и (29).

4.5.1. В случае передачи усилий с колонны на опорную плиту через сварные швы (при отсутствии необходимого оборудования для фрезерования торцов) усилие для каждого элемента базы определяется как произведение отнесенной к этому элементу части грузовой площади опорной плиты Aгр (см. черт.2, г) на максимальное значение отпорного давления фундамента на этом участке qi:

Ni = Aiгрqi.                                                                      (41)

4.5.2. В случае опирания фрезерованного торца колонны на строганую поверхность опорной плиты все давление колонны на плиту передается непосредственным контактом соприкасающихся поверхностей.

Угловые сварные швы, соединяющие элементы базы с опорной плитой, рассчитываются на условную силу, равную 15% от значения Ni, определенного по формуле (41). Расчет выполняется для восприятия напряжений от случайных моментов и поперечных сил.

РД 24.031.20-88.doc