4.6 Расчет и конструирование узлов фермы

Узлы выполняем бесфасоночными (состоят из пояса и примыкающих к нему элементов решетки). Проверяются расчетами:

1) на продавливание (вырывание) участка горизонтальной стенки трубы пояса, контактирующего с элементом решетки. Этот расчет производится только при b_p/b_n≤0,9.

где Р – усилие в рассматриваемом элементе решетки;

γ_с – коэффициент условий работы (γ_с=0,9);

γ_р=1,2 при растяжении в поясе и γ_р =1,5-F/(AR_y) при сжатии, где F-усилие в поясе со стороны растянутого раскоса, А – площадь пояса;

n₁=1, n₂=0,4 – для узлов первого типа, n₁=2, n₂=1 – для узлов второго типа.

2) на несущую способность участка вертикальной стенки трубы пояса в месте примыкания сжатого элемента рашетки. Эта проверка производится только при отношении b_p/b_n>0,85.

,

P – сжимающее усилие в элементе решетки;

К – коэффициент, определяемый в зависимости от h_n/t_n и R_y;

m₂=0,8 при h_n/t_n≥25, в остальных случаях m₂=1.

3) расчет на прочность элементов решетки в зоне примыкания к поясу.

,

Р – расчетное усилие в рассматриваемом элементе решетки;

А_р – площадь сечения элемента решетки;

К – коэффициент, определяемый в зависимости от h_р/t_р и R_y;

4) на прочность сварных швов, прикрепляющих элементы решетки к поясу.

Узел 1.

Рис 5. Узел 1

Расчет на продавливание производится для двоих раскосов, т.к. b_p/b_n=140/160=0,875≤0,9 и b_p/b_n=110/160=0,688≤0,9. Для раскоса 2-3:

условие не выполняется, следует толщину стенки поясной трубы увеличить до 6 мм, тогда правая часть проверочной формулы увеличится в (0,6/0,4)² раз и составит 389,25кН и условие прочности будет выполнено.

Для раскоса 3-4:

_{условие прочности выполняется.}

Проверка несущей способности участка вертикальной стенки трубы пояса в месте примыкания сжатого раскоса производится, т.к. b_p/b_n=140/160=0,875>0,85.

, условие выполняется.

Расчет на прочность элементов решетки в зоне примыкания к поясу для стержня 2-3:

для стержня 3-4:

условие для обоих раскосов выполняется.

Расчет сварных швов. Сварка выполняется полуавтоматом в среде углекислого газа. По таблице 55 СНиП II-23-81^* принимаем сварочную проволоку Св-08Г2С; по таблице 56:

- R_wf=215МПа – расчетное сопротивление угловых швов срезу по металлу шва,

- R_wun=490МПа – нормативное сопротивление металла шва по временному сопротивлению, R_wz=0,45*R_un=0,45*380=171МПа – расчетное сопротивление металла шва по границе сплавления; R_un=380МПа – нормативное сопротивление сталь С255 по таблице 51^* СНиП II-23-81^*.

По таблице 38 СНиП II-23-81^*: k_fmin=5мм, k_fmax=1,2*t_min=1,2*5=6мм. Согласно п. 11.2 СНиП II-23-81^* принимаем γ_wf=γ_wz=1 – коэффициенты условий работы шва. По таблице 34 СНиП II-23-81^* β_f=0,7, β_z=1,0.

Рассчитываем дальнейший расчет выполняем по металлу шва.

Для 2-3

Для 3-4

Узел 2.

Рис 6. Узел 2

Расчет на продавливание производится для одного раскоса, т.к. b_p/b_n=140/140=1>0,9 и b_p/b_n=110/140=0,786≤0,9. Для раскоса 4-5:

_{условие выполняется}.

Проверка несущей способности участка вертикальной стенки трубы пояса в месте примыкания сжатого раскоса производится, т.к. b_p/b_n=140/140=1>0,85.

, условие выполняется.

Расчет на прочность элементов решетки в зоне примыкания к поясу для стержня 4-5:

для стержня 5-6:

условие для обоих раскосов выполняется.

Расчет сварных швов.

Для 4-5

Для 5-6

Монтажный стык труб нижнего пояса.

Рис 7. Узел 3

Стык осуществляется на высокопрочных болтах диаметром 16 мм из стали 40Х «Селект» с временным сопротивлением R_bun=110кН/см². Определим необходимое количество болтов:

Исходя из условия закручивания гаек расстояние от оси болта до внешней поверхности трубы принимается равным 32мм. Тогда периметр, на котором следует разместить болты, равен:

Исходя из требований по размещению болтов наибольшее расстояние между болтами равно тогда наименьшее количество болтов из конструктивных требований составит:

Принимаем 6 болтов. Предварительное напряжение болтов равно 0,63*R_bun*A_bn=0,63*110*1,57=108,8 кН.

Т.к. а₄=32мм<l/2n=816/2*6=68мм, то толщина фланца равна: гдеR_y – расчетное сопротивление стали С255.

Катеты сварных швов, прикрепляющих фланцы к трубам, принимаются равными толщине стенки трубы – 0,6см. Проверка прочности сварных швов:

Прочность сварных швов обеспечена.

Монтажный стык верхнего пояса.

Рис 8. Узел 4

В целях унификации диаметр болтов принимается таким же, как и для нижнего пояса. Кол-во болтов назначается исходя из конструктивных требований:

Окончательно принимаем 8 болтов.

В этом узле кроме нормальной силы действует узловой изгибающий момент

Проверка прочности болтового соединения с учетом изгибающего момента (за центр вращения принят нижний ряд болтов): Знак минус показывает, что болты не включаются в работу.

Проверка прочности сварных швов:

Прочность сварных швов обеспечена.

Нижний опорный узел. Наибольшие сжимающее и растягивающее усилия соответственно равны 158,0кН и 39,18кН. Толщина сварного шва принимается равной 0,3см. Проверка прочности сварного соединенияПрочность сварного соединения обеспечена.

Рис 9. Узел 5

В целях унификации болты принимаются такими же, как и для оформления монтажных стыков поясных труб. Необходимое количество болтов из условия прочности:

Наименьшее количество болтов из конструктивных требований:

_{С целью равномерной передачи усилия с фланца на полку колонны колличество болтов принимаем равным 6.}

_{Требуемая толщина фланца из условия прочности}

Принимается толщина фланца 20мм.

Верхний опорный узел. Здесь также действует опорная реакция:

Рис 10. Узел 6

Проверка сварных швов закрепляющих фланец к трубе (k_f=0,6см): . Прочность сварного соединения обеспечена.

Требуемое количество болтов из условия прочности

Наименьшее количество болтов из конструктивных требований:

_{Количество болтов принимается равным 6.}

_{Ширина фланца bф=280мм. Тогда толщина фланца при его работе на смятие от опорной реакции равна}

_{Тот же размер из условия прочности при работе фланца на изгиб}

Принимается толщина фланца 2см.

Расчетная длина сварного шва, прикрепляющего опорный столик к колонне, при kf=8мм: