1.6Подбор сечения элемента нижнего пояса фермы

Требуемое сечение F_тр с учетом  может быть найдено из условия прочности:

. (1.3)

Здесь [] - допускаемое напряжение, его принимают наименьшим из двух значений:

или ,

где _В и _Т - временное сопротивление разрыву и предел текучести. Для стали 15ХСНД _В = 500 МПа, _Т =350 МПа; n_В и n_Т - запас прочности соответственно по временному сопротивлению отрыву и по пределу текучести: n_В =2,6; n_Т =1,5. Отсюда

;

Принимаем для стали 15ХСНД наименьшее значение []=192 МПа, тогда требуемое значение площади элемента 12-13

По сортаменту выбираем уголок 200х125х11 с площадью поперечного сечения 34,9 см².

Суммарная площадь двух уголков на величину, равную , превышает требуемую, что допустимо.

1.7Подбор сечения элемента верхнего пояса фермы

Подбор сечения сжимаемого элемента фермы, работающей на усталость, осуществляем из условия прочности на усталость (1.3) и из условия сохранения устойчивости:

(1.4)

здесь  – коэффициент продольного изгиба.

Из полученных при этом значений площади выбирается наибольшее.

Расчет на усталость. Требуемое значение площади поперечного сечения элемента 4-5

По сортаменту выбираем уголок 160х100х12 с площадью сечения F=30 см , которая на 1,57 % превышает требуемое значение, что допустимо.

Расчет на устойчивость. Геометрические характеристики сечения в соответствии с принятым обозначением на рисунке 1.4,б следующие: х₀=2,3 см, y₀=5,3 см,F=30,0 см, i_y=2,82 см. Радиус инерции уголка относительно оси Х останется без изменения i_x2=5,11 см, относительно оси у радиус инерции требуется вычислить по формуле , где S_ф- толщина фасонки, S_ф =1,2 см. Итак, с учетом значений i_y и х_0, i_y2=4,09 см. Сопоставляя i_x2 и i_y2, можно констатировать, что минимальным радиусом инерции сечения i_min будет i_y2= 4,09 см.

Сечение, сжимаемого элемента 4-5 уже выбрано из условия выносливости, поэтому выполним проверку условия (1.4) для уже подобранного сечения . Значение коэффициента  найдем по [2, с. 233, табл.19], но для этого нужно знать гибкость стержня 4-5 и класс стали. Гибкость для сжатых элементов ферм определяется по формуле

здесь l_э – длина сжатого элемента, определяемая расстоянием между узлами фермы, l_э=100 см.

Для _4-5=20 и стали класса С46/33 =0,965, тогда

Условие устойчивости для элемента 4-5 выполняется, следовательно, сечение элемента 4-5 из двух уголков 160х100х12 подобрано верно.

1.8Подбор сечения элемента стоек и раскосов

Элемент 5-13 подбирается так же, как и элемент 4-5, т.к. в нем преобладает сжимающая нагрузка:

Выбираем уголок 160х100х12 с площадью сечения F_ф=30 см . В этом случае отклонение , что допустимо.

Для спаренного элемента из двух уголков 160х100х12 i_max= i_y = =4,09 см (см. подбор элемента 4-5). Длина раскоса 5-13 тогда гибкость:

 =0,864 [2, с. 233, табл. 19.1].

Сопоставляя  и  , можно утверждать, что условие устойчивости для элемента 5-13 выполняется.

1.9Подбор геометрических параметров сварного соединения раскоса 5-13 с фасонкой

Определим величину усилия, действующего на сварной шов (см. рис. 1.3, а). Разобьем воспринимаемое швом усилие N на три составляющие: N_л- усилие, воспринимаемое лобовым швом, N_ф1 и N_ф2- усилия, воспринимаемые фланговыми швами со стороны пера и обушка соответственно (см. рисунок 1.3, а):

.

Допустимое значение N_л найдем по следующей формуле:

,

здесь [’] – допускаемые напряжения на срез для сварного шва, [’]=0,65[’], [’]=0,65  192 МПа = 125 МПа (принимаем для стали 15ХСНД [’] = []); К_л- катет лобового шва, принимаем К_л=d=1,2 см; В - ширина большей полки уголка (пера), В=16см;  К_л - расчетная высота шва. Для ручной дуговой сварки =0,7.

Усилие, воспринимаемое лобовым швом, будет следующим: N =1250,71,2160,1410²= 23520 Н = 23,52 кН. Усилия, воспринимаемые фланговыми швами:

Учитывая, что воспринимаемые усилия фланговыми швами обратно пропорциональны расстояниям от нейтральной оси l₁ и l₂

можно написать: N_ф1=2,01^.N_ф2=60,48 кН; N_ф2=60,48 / 3,01=20,09 кН; N_ф1=2,01 N_ф2=40,186 кН.

Требуемые значения длины фланговых швов найдем из выражения

(1.5)

Для флангового шва со стороны обушка значение катета может достигать 1,2 d (d – толщина полки), т.е. К_ф1=1,2 d=1,21,21,4 см.

Для флангового шва с противоположной стороны значение катета обычно берется на 2 мм меньше толщины полки d, т.е. К = d-0,2=1,2-0,2 = =1см. Подставляя численные значения в выражение (1.5), найдем длину фланговых швов: