3.2Расчет упорной диафрагмы

Расчет упорной плиты на местный изгиб

Упорную плиту диафрагмы между ребрами жесткости рассчитываем на местный изгиб, как пластину, жестко защемленную по контуру, с размерами . Изгибающий момент в полосе шириной в 1см в направлении которой стороны определяется по формуле:

,

где q=N/h_упb=

N – продольное усилие в опорном сечении арки, кН,

– коэффициент, зависящий от соотношения сторон пластины.

Требуемая толщина упорной плиты вычисляется по формуле

= ,

где R_y – расчетное сопротивление стали кН/см²;

– коэффициент, учитывающий класс ответственности здания;

– коэффициент условия работы.

Расчет упорной диафрагмы на общий изгиб

Конструкция ребристой упорной диафрагмы в целом работает на изгиб от давления торца полуарки, как однопролетная балка с шарнирными опорами.

Изгибающий момент определяется по формуле

где =

l – расчетный пролет равный расстоянию между центрами боковых фасонок, см

Так как сечение ребристой диафрагмы относительно горизонтальной оси несимметричное, для вычисления момента сопротивления необходимо предварительно найти положения центра тяжести сечения.

Расстояние Z от внешней грани упорной плиты до центра тяжести всего определяется по формуле:

где все геометрические параметры упорной диафрагмы подставляем в см.

Момент инерции сечения относительно центра тяжести

Минимальный момент сопротивления ( см³) сечения упорной диафрагмы

где

Проверка прочности выполняется по формуле

Условие выполняется, конструирование узла можно продолжать.

Расчет опорной плиты

Ширина опорной плиты b_оп устанавливается конструктивно в зависимости от ширины поперечного сечения арки b, толщины фасок и консольных свесов с. Консольные свесы «с» принимаются длиной 60-110мм и необходимы для размещения анкерных болтов, диаметр которых принимается в пределах 16-27мм.

Требуемая площадь опорной плиты рассчитывается из условия работы на смятие материала нижележащей конструкции (обвязочного бруса) от действия реактивного давления равного R_а

где R_см – расчетное сопротивление древесины смятию поперек волокон с учетом породы древесины, условий эксплуатации и класса ответственности здания.

Размеры опорной плиты в плане должны быть увязаны с размерами всех конструктивных элементов, входящих в состав узла.

Толщина опорной плиты определяем из расчета ее на изгиб от реактивного давления основания R_а. Расчетная схема плиты в этом случае принимается как однопролетная балка с консолями с. из опорной плиты в направлении ширины b_оп вырезается расчетная полоса в 1см. Максимальный изгибающий момент на опоре вычисляется по формуле:

На предварительном этапе, при отсутствии окончательной проработки узла, значение линейной нагрузки q принимаем равной 0.3кН/см.

Требуемая толщина плиты определяется по формуле:

Расчет крепления затяжки к фасонкам

Длины угловых сварных швов, соединяющих элементы затяжки с боковыми фасонами, рассчитываются на действие распора H_a по нормам проектирования стальных конструкций:

по металлу шва

,

K_f=5мм

по границе сплавления

,

где – коэффициенты, учитывающие условия сварки. При ручной и полуавтоматической сварке первый коэффициент принимается 0.7, второй – 1.0;

– катет шва, см.

Минимальный катет сварного шва принимается в зависимости от типа сварки и толщины более толстого из свариваемых элементов.

Максимальный катет угловых швов должен быть не более 1.2t, где t – наименьшая толщина соединяемых элементов.

– коэффициенты условий работы шва и элементов конструкций принимаются равными 1.0;

– расчетное сопротивление металла шва и зона сплавления. Для стали С245 . Для электрода марки Э42А (ГОСТ 9467-75) .

Полученное максимальное значения сварного шва распределяем между парными элементами затяжки. В случае использования для затяжки равнополочных уголков сварные швы должны быть перераспределены между пером и обушком. По обушку длина сварного шва составляет 70%, соответственно по перу 30% от общей длины сварного шва приходящегося на один уголок.

При конструировании опорных узлов необходимо соблюдать требования, учитывающие технологические особенности, и облегчающие изготовления конструкций. Фактическая длина сварного шва должна быть больше расчетной как минимум на 10мм. Минимальная длина сварных швов принимается 40–50мм. Необходимо избегать пересечения сварных швов. Для уменьшения влияния сварочных напряжений расстояние между ближайшими сварными швами должно быть не менее 40мм. Участки контакта элементов затяжки с фасонками за пределами расчетных сварных швов должны быть конструктивно доварены.

Расчет крепления арки к опорному башмаку

При решении опорного узла с наклонной упорной диафрагмой, расположенной перпендикулярно оси арки, рассчитываем крепление арки к боковым фасонкам. Количество нагелей (шпилек) для крепления арки к боковым фасонкам устанавливается из расчета на действие максимальной поперечной силы Q в опорном узле.

где R_a –максимальное значение вертикальной опорной реакции, кН

Н_а – максимальное значение распора, кН;

α - угол наклона касательной к дуге арки в опорном сечении равный половине центрального угла.

Максимальные значения опорных реакций R_a и Н_а берем из статического расчета арок.

Задаемся диаметром нагелей d_н =20мм.

Расчетное количество двухсрезных нагелей (шпилек) из условия работы на изгиб определяется по формуле

где k_a – коэффициент, учитывающий смятие древесины поперек волокон;

m_n,m_в – коэффициенты, учитывающие породу древесины и условия эксплуатации.

Расчетное количество нагелей увеличиваем на 20%, чтобы учесть влияние дополнительного изгибающего момента от внецентренного приложения поперечной силы относительно центра нагельного соединения. Общее количество нагелей принимаем 2 штуки. Расстановку нагелей производим с учетом требований по проектированию соединений в деревянных и металлических конструкциях. Отверстия под шпильки имеют овальную форму шириной равной диаметру принятых шпилек и длинной 1.5 их диаметра(1.5*2.0=3см). Это позволяет выполнить обжатие в опорном узле и снять рыхлые деформации.

После окончания всех расчетов устанавливаем окончательные размеры и очертания боковых фасонок. Размеры фасонок устанавливаем из условия размещения сварных швов, нагельных соединений и сходящихся в узле элементов.