4.4 Розрахунок та конструювання вузлів

Опорний вузол А

Дерев’яна стійка і опорний розкос впираються в зварний стальний башмак. Розміри опорної плити призначаємо конструктивно 150280мм, А = 420 см²

Напруга зминання під опорною пллитою:

кН/см²

Товщину опорної плити знаходимо із розрахунку її на згин. Згинаючі моменти в плиті (для відрізка шириною 1 см):

• в прольоті з врахуванням завантажуючого впливу опорної стійки:

кНсм;

• на контрольній ділянці:

кНсм.

Потрібну товщину плити для кожного ділянці (з врахуванням пластичності) знаходимо за формулою:

;

- для середньої ділянки плити:

см;

• для консольної ділянки:

см.

Приймаємо товщину плити 50 мм, враховуючи, що на консольному відрізку сумісно з нею працює на згин горизонтальна поличка кутика нижнього поясу товщиною 5 мм.

Нахилену стальну плиту башмака підсилюємо ребрами жорсткості. Розміри плити 150×225 мм приймаємо відповідними перерізу опорного розкосу. При цьому на плиту буде передаватись навантаження:

кН/см²

Згинаючий момент в плиті шириною 1 см:

• на консольній ділянці:

кНсм;

• на середній ділянці:

кНсм;

Необхідна товщина листа (з врахуванням пластичності)

см

приймаєм = 6 мм.

Перевіряємо також міцність листа на згин в перпендикулярному напрямку, розраховуючи його як балку таврового перерізу прольотом 14 см шириною 66 мм, з ребром 606 мм.

Згинаючий момент в заданому напрямі:

кНсм;

Необхідний момент опору балки (з врахуванням пластичності):

см³

Для прийнятого перерізу відстань від центра ваги до найбільш віддаленого волокна 5,3 см, момент інерції 34см⁴ і момент опору:

см³ що більше необхідного.

Вузол Е (рис 4.3):

Торцевий швелер приймаємо з умови згину від дії рівномірно розподіленого навантаження кН/см.

Згинаючий момент при цьому кН·см. Необхідний момент опору для швелера із сталі С235 (значення R_y=230 МПа) і γ_с=0,9 :

см³.

Приймаємо швелер №20 з W_y = 20,5 см³ >W_nec = 16,9 см³ , для збереження висоти площини зминання h_p = 260 мм. Приварюємо до стінки швелера стальний лист висотою h_sp = 20 см , шириною b_sp = 16 см. Знаходимо товщину листа t_sp із умови його згину від тиску верхнього поясу :

кН/см².

Стінку швелера підсилюємо вертикальним ребром жорсткості розмірами

b_s ×t_s = 100×14 мм.

Розглядаємо ділянку розмірами 85×200 мм як пластину , що оперта по контуру, в якій згинальний момент в смужці шириною 1 см становить :

кН·см ,

де α – коефіцієнт , що залежить від співвідношення сторін пластини

200 : 85 = 3,06 → α =0,118;

g₀ = σ =0,54 кН/см² ;

a = b/2 =16 / 2 = 8 см.

Знаходимо товщину листа:

см.

Приймаємо t_sp = 12 мм.

Згинальний момент в ребрі жорсткості :

кН · см ,

де q_s = t_s · g₀ · a =1,4 · 0,54 · 8 = 6,05 кН/см.

Положення центру ваги розрахункового поперечного перерізу :

см.

Момент інерції : см⁴.

Момент опору : см³.

Необхідний момент опору розрахункового поперечного перерізу :

см³ < W_s = 20,5 см³.

Горизонтальний лист перевіряємо на згин від реактивного тиску опорного стояка , розміри якого 100×125 мм.

Реактивний тиск на лист :

кН/см².

Тиск верхнього поясу на лист :

кН/см²,

де b - 15 см – ширина горизонтального листа , на який передається тиск від верхнього поясу , що має ширину 16 см.

Розрахунковий тиск на праву ділянку листа :

кН/см².

Згинаючий момент в плиті , що оперта на три канти із співвідношенням сторін 7 : 11 = 0,64 в смузі шириною 1см: кН/см.

Необхідна товщина листа :

см.

Приймаємо горизонтальний лист товщиною t = 20 мм.

Для кріплення швелера за допомогою ручного зварювання електродами Э42 при катеті шва К_f = 6 мм з кожної сторони необхідна така довжина кутових зварних швів :

• з розрахунку за металом шва :

см ,

де β_f = 0,7 – коефіцієнт , який залежить від способу зварювання ;

R_wf = 180 МПа – розрахунковий опір кутового шва за металом шва ;

γ_wf = 1 – коефіцієнт умов роботи кутового шва .

• з розрахунку за металом межі сплавлення:

см ,

де β_z = 1 – коефіцієнт , який залежить від способу зварювання ;

R_wz = 0,45 · R_un = 0,45 ·360 =162 МПа – розрахунковий опір кутового шва на межі сплавлення (R_un = 360 МПа – для сталі С235 );

Приймаємо довжину зварного шва l_w = 14 см , тобто на всю ширину листа.

Рис.4.3 Вузол Е

Гребеневий вузол D :

Окремі напіврами які привозяться на будівельний майданчик , з’єднуються між собою за допомогою парних дерев’яних накладок поперечним перерізом 132×170 мм на болтах d = 12 мм та металевих фланців на болтах d = 12 мм .

Необхідний ексцентриситет забезпечується прорізом : 2е = 26 см.

Стискуюче та розтягуюче зусилля в розкосі D₃ = -33,47кН, D₃ = 11,28кН, тому вузол запроектуємо із конструктивних міркувань, зусилля передається парними накладками із швелера №10 на флаці через шви на торцях швелерів. Шви сприймають зрізуючи зусилля D₃ · sin α₃ ,та стискуюче D₂ · cos α₃ , де α₃ = 44⁰ – кут між елементами. Напруження в швах катетом К_f = 4 мм і загальною довжиною в одному швелері:

l_w = 2 · b_f +( h - t_f ) = 2 · b_f + h_w = 2 · 7 + 16 = 30 см

знаходимо за формулами :

;

Сумарні напруження :

<

Стискуюче зусилля від розкосу на швелери передається через розпірку із швелера №18 ( W_y = 17 cм³). Напруження згину :

< .

Перевіряємо зварні шви , які прикріплюють розпірку до швелерів , довжиною 2(72+16)=60см :

< .

Розрягуюче зусилля сприймається двома болтами d = 12 мм.

За одностороннього завантаження ферми снігом у вузлі виникає поперечна сила Q = F_s / 2 =17,57/ 2 = 8,79 кН. Це зусилля викликає зріз чотирьох болтів :

МПа < МПа ,

де n = 4 – кількість болтів ;

см² – площа поперечного перерізу одного болта .

Середній стійка KC проектуємо зі сталі класу А-I діаметром d = 10 мм.

Рис.4.4 Вузол D