Расчёт и конструирование узлов фермы

Предварительно выполняем расчет сварных швов, прикрепляющих раскосы и стойки решетки к фасонкам фермы. Для сварки узлов принимаем механизированную сварку в нижнем положении проволокой СВ-08Г2C диаметром d=1.4-2мм в углекислом газе.

Коэффициенты глубины проплавления , . Расчетные сопротивления металла шва и зоны сплавления . Коэффициенты условий работы шва .

Несущая способность швов определяется прочностью по границе сплавления, т. к. .

Прикреплять элементы решетки из уголков к фасонкам рекомендуется двумя фланговыми швами. Значения коэффициентов, учитывающих распределение усилия в элементе между швами по обушку и перу уголка, принимаются по таблице 5.

Таблица 5 - Распределение усилий между швами по обушку и перу уголков

Тип сечения	Обушок уголка	Перо уголка
	0,7	0,3

Требуемые расчетные длины швов:

– по обушку – по перу

Катетом шва следует задаваться, исходя из конструктивных ограничений:

- по обушку - по перу

где - принимается по таблице 4,5[1],

- наименьшая толщина соединяемых элементов,

- принимается в зависимости от толщины полки уголка t:

t, мм	≤6	7-16	>16
δ, мм

Конструктивная длина шва l = l_w + 10 мм. Полученные по расчёту длины швов округляем в большую сторону до размера, кратного 10 мм. Если по расчёту длина шва меньше 50 мм, то принимаем 50 мм. Расчёт швов выполнен в табличной форме (таблица 6).

Таблица 6 - Расчет сварных швов

№ стер-жня	Сечение	N, кН	Шов по обушку	Шов по перу
кН	мм	мм	кН	мм	мм
	100х10	458,48	320,94			137,54
	75х5	369,99	258,99
	100х10	264,28				79,28
	50х5	159,71	111,8			47,91	4/5
	75х5	61,35	25,84			11,07	4/5
	75х5	78,75	26,46			11,34	4/5

Конструирование узлов фермы выполняем путем вычерчивания их в масштабе. По полученным длинам швов крепления раскосов и стоек определяем размеры фасонки. Стержни решетки не доводим до поясов на расстояние принимаем а = 60мм. Концы фланговых швов для снижения концентрации напряжений выводим на торцы стержня на 20мм.

Узел 1 (рис. 11). Конструктивно принимаем ширину опорного фланца (из условия размещения болтов для крепления фермы к колонне). Тогда требуемая толщина фланца из условия смятия

где

- опорная реакция фермы.

Из конструктивных соображений принимаем толщину фланца такой же, как и толщина фасонки т.е. 12 мм. Выпускаем фланец за пределы фасонки на 15 мм =

Крепление нижнего пояса к фасонке выполняем швами .

Требуемые расчетные длины швов:

- по обушку:

- по перу:

Конструируем узел, принимая конфигурацию фасонки с минимальным числом резов.

Длина шва крепления фасонки к фланцу определяется конструкцией узла и составляет . Проверяем опорную фасонку на срез.

Сварные швы k_f =7 мм, прикрепляющие опорный фланец к фасонке, проверяем на срез от опорной реакции V и внецентренно приложенной, вследствие не совпадения середины шва с осью нижнего пояса, силы .

Эксцентриситет

Расчетная длина швов

Прочность металла по границе сплавления проверяем в наиболее напряженной точке А на действие результирующих напряжений:

,

где

– определено при том же сочетании загружений рамы 1,2, что и опорная реакция V.

при сочетании загружений 1, 2.

Опорный столик принимаем из листа толщиной 30 мм, шириной 200 мм. Его высота определяется длиной вертикальных швов (к_f =7 мм), прикрепляющих столик к колонне:

где коэффициент 1,2 учитывает возможный эксцентриситет передачи нагрузки на столик.

Требуемая высота столика h = l_w + 1= см. Принимаем h=16 см.

В узле 1 отрыв фланца от колонны невозможен, так как при максимальном растяжении в стержне 4 ( сочетание 1, 2, 7, 3, 6) усилие в опорном раскосе

и тогда

.

Поэтому принимаем конструктивно болты М20 в количестве n = 6.

Узел 2 (рис. 11).Принимаем катет швов, прикрепляющих верхний пояс к фасонке, . Требуемые конструктивные длины швов:

по обушку

по перу

Для исключения эксцентриситетов узел конструируем таким образом, чтобы ось верхнего пояса фермы проходила через центр фланца и центр болтового поля. С учетом этого и учитывая, что оси верхнего пояса стенка колонны укрепляется ребрами, мешающими постановке болтов, в узле следует устанавливать 4 или 8 болтов.

Для крепления верхнего пояса фермы к колонне принимаем болты нормальной точности из стали класса 5.6 с расчетным сопротивлением на растяжение . Из условия прочности болтов суммарная их площадь:

Принимаем 4 болта М20 с .

Ширину фланца принимаем такой же, как и в узле 1 – 200 мм.

Расстояние между болтами из условия их размещения назначаем b = 140 мм, конструктивно высота фланца а = 260 мм.

Усилие N₁ стремится оторвать фланец от колонны и вызывает его изгиб. Момент определяется как в защемленной балке пролетом b = 10 см.

.

Напряжение во фланце , откуда требуемая толщина фланца

Принимаем t_f =10 мм.

Катет швов, прикрепляющих фланец к фасонке:

, принимаем .

Узел 4 (рис.12). В этом узле меняется сечение верхнего пояса. Ввиду различной толщины уголков перекрываем их листовыми накладками, и стык смещаем на 300 мм в сторону панели с меньшим усилием . Ширину каждой накладки назначаем, исходя ширины полки поясного уголка 125 мм, зазор между кромкой накладки и фасонкой 40 мм, свес накладки 20 мм:

Площадь сечения накладки должна быть не меньше площади сечения выступающей полки меньшего уголка. Из этого условия находим толщину накладок , принимаем

Проверяем прочность ослабленного сечения по линии а-а:

где: - сумма площадей сечений накладок;

- толщина фасонки;

- ширина, прикрепляемой к фасонке, полки уголка.

Длину швов, прикрепляющих накладку к верхним поясам, рассчитываем на усилие в накладке

Принимаем тогда их требуемая расчетная длина:

Конструктивная длина

Расчетным усилием для швов, прикрепляющих левые уголки пояса к фасонке, является большее из :

Требуемая конструктивная длина сварного шва со стороны обушка уголков при :

со стороны пера при

Для швов прикрепляющих правые уголки:

где: - вычислено при том же сочетании загружений (1,2,4,6,8), что и усилие

Принимаем катет шва

Расчетная длина швов поэтому в расчет включаем

Узловая нагрузка

Напряжения в наиболее нагруженных швах по обушкам

Дополнительные напряжения от узловой нагрузки F:

где - суммарная протяженность участков швов, передающих силу F;

- ширина опирания прогона;

Результирующее напряжение:

Узел 5 (рис. 12). Длина сварных швов крепления пояса к фасонке составляет по обушку 20 см, по перу 15 см. Принимаем kf = kfmin= 5 мм.

Их прочность не проверяем, так как эти швы передают то же усилие, что и швы крепления стойки 12 к фасонке, длина которых меньше.

Узел 6 (рис.13). Длина сварных швов крепления пояса к фасонке .Принимаем k_f =5 мм. Расчетная длина швов , поэтому в расчет включаем .

Сварные швы крепления пояса рассчитываем на совместное действие усилий N₄ и N_5. Расчетное сочетание загружений рамы 1,2,3,6,7 – N₄ = 252,42 кН,

N₅ =

- сочетание 1, 4, 6, 8 - N₄ = -5,12 кН,

N₅ =

- сочетание 1, 4 – N₅ = 672,86 кН,

N₄ =

Расчетным является третье сочетание.

Напряжение в наиболее загруженных швах по обушкам уголков

Узел 7 (рис. 13). Швы крепления пояса к фасонке рассчитываем на совместное действие продольных усилий в смежных панелях пояса N₁ и N₂ и узловой нагрузки F.

Расчетным является сочетание 1,2 -

Расчетным является сочетание 1,2, где

По полученным при конструировании узла размерам фасонки длина швов крепления пояса составляет Принимаем

Расчетная длина швов Поэтому в расчет включаем

Напряжение в наиболее нагруженных швах по обушкам

Дополнительные напряжения в узловой нагрузки F

где - суммарная протяженность участков швов, передающих силу F;

- ширина опирания прогона;

Результирующее напряжение

Узел 9 (рис. 13). Длина сварных швов крепления пояса к фасонке .Принимаем k_f =5 мм. Расчетная длина швов , поэтому в расчет включаем .

Сварные швы крепления пояса рассчитываем на совместное действие усилий N₁₀ и N_11. Рассмотрим сочетания загружений рамы:

- сочетание 1,2, 4, 5, 8 – N₁₀ = 159,71 кН,

N₁₁ =

- сочетание 1,2, 4, 6, 8 – N₁₁ = -61,34 кН,

N₁₀ =

;

Напряжение в наиболее загруженных швах по обушкам уголков

Узел 10 (рис. 14). Усилие в стыке передается через накладки, прикрепленные к полкам (фасонка не включается в работу стыка). Размеры сечения накладок подбираем из условия их равнопрочности с перекрываемыми полками уголков пояса ( 140х9). Принимаем сечение горизонтальных и вертикальных накладок , в этом случае площади сечений накладок будут равны площади полок уголков пояса.

Прочность стыка проверяем по усилию:

где - определено при том же сочетании (1,2), что и усилие .

Площадь сечения стыка определяем с учетом ослабления поперечного сечения каждой накладки одним отверстием диаметром d_о=23 мм, тогда площадь нетто горизонтальной и вертикальной накладок:

Средние напряжения в накладках

Крепление накладок к поясу осуществляем высокопрочными болтами М20 () из стали 40Х «селект» с (табл. 61 [1]). Расчетное сопротивление болтов растяжению Для газопламенной обработки контактных поверхностей без консервации и контроля натяжения болтов по моменту закручивания по табл. 36* [1] принимаем коэффициент трения , коэффициент надежности . Коэффициент условий работы при количестве болтов в стыке с одной стороны 5<n<10 . Тогда несущая способность одной плоскости трения одного высокопрочного болта

Требуемое число высокопрочных болтов определяем по предельному усилию, воспринимаемому накладкой

Для прикрепления одной горизонтальной накладки при одной плоскости трения число болтов по одну сторону от оси стыка:

, принимаем 6 болтов.

Для прикрепления вертикальных накладок при

, принимаем 6 болтов.

Ширина полки уголка позволяет принять шахматное расположение болтов. Чтобы исключить возможность разрушения накладки «по зигзагу» с ослаблением двумя отверстиями, шаг болтов назначаем не менее а+1,5∙d₀= мм, где а=40 мм – расстояние между рядами болтов поперек усилия.

Так как площадь ослабленного сечения накладки то необходима проверка его прочности.

.

Сварные швы крепления фасонки к поясу принимаем конструктивно минимальной толщины

Узел 11 (рис. 14). Принимаем сечение накладок 75х14 мм, в этом случае площади сечений накладок будут равны площади полок уголков пояса.

Площадь сечения стыка определяем с учетом ослабления одним отверстием

Средние напряжения в накладках

Принимаем такие же болты, как и в узле 10. Усилие, воспринимаемое одной накладкой,

Требуемое число высокопрочных болтов для прикрепления одной горизонтальной накладки по одну сторону от оси стыка

, принимаем 4 болтов.

Для прикрепления вертикальных накладок в узле требуется такое же число болтов.

Болты располагаем в один ряд. Необходима проверка прочности ослабленного сечения, так как площадь ослабленного сечения накладки .

.

Сварные швы крепления фасонки к поясу принимаем конструктивно минимальной толщины

Дата добавления: 2015-07-12