Рис. 5.9. К расчету болтов крепления фланца опорного узла к колонне
Условно предполагается, что возникающее при этом вращение узла проходит вокруг линии, проходящей через ось болтов, наиболее удаленных от точки приложения силы Н (примерно на 40 – 80 мм ниже верха фасонки).
Усилие, приходящееся на наиболее нагруженный болт определяется по формуле
Nmax = N1 =  ,
где z– расстояние от нижнего пояса фермы (линия приложения силы Н) до оси наиболее удаленного болта ;
l1 – расстояние между крайними болтами;
 – сумма квадратов расстояний между осями болтов и осью вращения узла ( );
n= 2 – количество болтов в каждом горизонтальном ряду соединения.
Вертикальное давление FR передается с опорного фланца узла фермы через строганные поверхности на опорный столик, причем фланец выпускается за пределы фасонки на а ≤ 1,5tф.
Опорный столик выполняется из листа стали толщиной 30 –40 мм или при небольшом опорном давлении (FR= 200 – 250 кН) из отрезка уголка с частично срезанной полкой. Опорный столик делается несколько шире опорного фланца и приваривается к колонне.
Сопряжение фермы с колонной можно считать шарнирным, если фланец верхнего узла фермы сделать тонким (tфл= 8 – 10 мм) и возможно малой длины, а расстояние между болтами по горизонтали принять достаточно большим (bо = 160 – 200 мм). В этом случае фланец будет гибким и не сможет воспринимать сколько-нибудь существенную силу Н1.
При жестком сопряжении фланец верхнего узла и болты его крепления к колонне рассчитываются на отрывающее усилие Н1.
Другим вариантом шарнирного узла при примыкании фермы к колонне сбоку является сопряжение верхнего пояса с колонной на болтах нормальной точности, поставленных в овальные отверстия.
В нижнем опорном узле передача опорного давления FR и горизонтальной силы, появляющейся в результате узлового момента рамы, осуществляется раздельно.
Пример 5.8. Рассчитать конструкцию жесткого сопряжения фермы с колонной (см. рис. 5.8). Максимальный отрицательный опорный момент М = – 1144,6 кН∙м. Опорное давление FR= – 479,3 кН. Усилия в нижнем поясе N1 = + 399,4 кН, в опорном раскосе N2 = – 623,9 кН. Поперечная сила в колонне на уровне нижнего пояса фермы Q = – 112,6 кН.
Материал конструкций – сталь С255 с расчетными сопротивлениями Rу= 24 кН/см2 и Rs = 0,58Ry= 13,92 кН/см2. Сварка механизированная в среде углекислого газа, сварочная проволока Св-08Г2С, диаметр проволоки d = 2 мм. Расчетные сопротивления: металла шваRwf = 21,5 кН/см2, металла по границе сплавления Rwz = 16,65 кН/см2. Сварка выполняется в нижнем положении. Коэффициенты  f = 0,9; z = 1,05;  wf = wz= 1 (конструкция эксплуатируется при t> –40оC); с=1.
Расчет швов выполняем по металлу границы сплавления.
Катеты швов принимаем в зависимости от толщины уголков. В одном узле желательно иметь не более двух типоразмеров швов. Полученные по расчету длины швов округляются в большую сторону до 10 мм. Если по расчету длина шва меньше 50 мм, то принимается lw = 50 мм.
Принимаем катеты швов:
– вдоль обушки kf= 10 мм < kf,max= 1,2tуг= 1,2 ∙ 9 = 10,8 мм;
– вдоль пераkf,min= 5 мм при толщине более толстого из свариваемых листовtф= 14 мм (см. табл. 3.5).
Определяем размеры фасонки в опорном узле фермы.
Толщину фасонки выбираем в зависимости от максимального усилия в стержнях решетки по табл. 5.6.
При усилии в опорном раскосе N2 = – 623,9 кН принимаем толщину фасонки tф= 14 мм.
Размеры фасонок определяем по необходимой длине швов крепления нижнего пояса и опорного раскоса.
Прикрепление нижнего пояса к фасонке.
Усилие, воспринимаемое швами у обушка:
Nоб1 = (1 – α)N1 = (1 – 0,25) 399,4 = 299,55 кН,
где α = 0,25 – коэффициент, учитывающий долю усилия на сварные швы у пера при креплении неравнополочных уголков, составленных узкими полками (см. табл. 5.9).
Усилие, воспринимаемое швами у пера:
Nn1 = αN1 = 0,25 ∙ 399,4 = 99,85 кН.
Расчетная длина шва вдоль обушка
lw,об = Nоб1/(2βzkf Rwzγwzγc) = 299,55 / (2 ∙ 1,05 ∙ 1 ∙ 16,65 ∙ 1 ∙ 1) = 8,57 см.
Принимаем конструктивную длину шва вдоль обушка с добавлением 1 см на дефекты в начале и конце шва lw,об = 100 мм.
Расчетная длина шва вдоль пера
lw,n = Nn1/(2βzkfRwzγwzγc) = 99,85 / (2 ∙ 1,05 ∙ 0,5 ∙ 16,65 ∙ 1 ∙ 1) = 5,7 см.
Принимаем lw,n = 70 мм.
Рассчитываем прикрепление опорного раскоса к фасонке.
Усилие, воспринимаемое швами у обушка:
Nоб2 = (1 – α)N2 = (1 – 0,25) 623,9 = 467,93 кН.
Усилие, воспринимаемое швами у пера:
Nn2 = αN2 = 0,25 ∙ 623,9 = 155,97 кН.
Расчетная длина шва вдоль обушка
lw,об = Nоб2/(2βzkfRwzγwzγc) = 467,93 / (2 ∙ 1,05 ∙ 1 ∙ 16,65 ∙ 1 ∙ 1) = 13,4 см.
Принимаем lw,об = 150 мм.
Расчетная длина шва вдоль пера
lw,n = Nn2/(2βzkfRwzγwzγc)= 155,97 / (2 ∙ 1,05 ∙ 0,5 ∙ 16,65 ∙ 1 ∙ 1) = 8,92 см.
Принимаем lw,n = 100 мм.
Конструируем опорный узел фермы, исходя из размещения сварных швов требуемой длины и конструктивных требований (расстояние от низа пояса до торца опорного фланца не менее 150 мм).
Проверяем фасонку на срез:
Производим условную проверку фасонки на выкалывание по сечению 1-1 при полной длине Σl = lГ + lв = 170 + 200 = 370мм (см. рис. 5.8). Проверка выполняется приближенно, когда плоскости среза наклонены к оси элемента под углами, близкими к 45о, по формуле
Центр швов, прикрепляющих фланец к фасонке, не совпадает с осью нижнего пояса. Эксцентриситет составил е = 80 мм.
Фланец для четкости опирания выступает на 15 – 20 мм ниже фасонки опорного узла, но не более amax ≤ 1,5tфл. Выпускаем фланец за пределы фасонки на а = 20 мм, что меньше amax = 1,5 ∙ 16 = 24 мм.
Размеры опорного фланца назначаем конструктивно: толщина tфл = 16 – 20 мм; высота l = hф + a = 400 + 20 = 420 мм; ширина bфл = 180 мм (из условия размещения двух вертикальных рядов болтов).
Вертикальная реакция фермы FR передается с опорного фланца через строганые поверхности на опорный столик.
Площадь торца фланца
Афл = bфлtфл= 18 · 1,6 = 28,8 см2.
Торец фланца проверяем на смятие:
где Rp = 33,6 кН/см2 – расчетное сопротивление смятию торцевой поверхности (при наличии пригонки) для стали С255, принимаемое по табл. 2.4.
Определяем расстояние между линиями центров тяжести верхнего и нижнего поясов в опорном сечении фермы:
Hо= Hop – (z1 + z3) = 3150 – (30 + 30) = 3090 мм,
где z1 и z3 – привязки поясов (расстояние от обушков до центра тяжести уголков), округленные до 5 мм.
Горизонтальное усилие, передаваемое на верхний и нижний пояса ферм:
H1 = M/hо= 1144,6 / 3,09 = 370,4 кН.
Общее горизонтальное воздействие на нижний пояс
H = H1 + Hp = 370,4 + 112,6 = 483 кН.
Швы, прикрепляющие фасонку опорного узла к фланцу, работают в сложных условиях (рис. 5.10).
Рис. 5.10. К расчету сварного шва крепления фланца к фасонке
При действии опорного давления FR швы срезаются вдоль, в них возникают напряжения:
τR= FR/(2βzkf lw) = 479,3 / (2 ∙ 1,05 ∙ 1 ∙ 39) = 5,85 кН/см2.
где kf = 10 мм (задаются в пределах 10 – 20 мм);
lw = hф – 10 = 400 – 10 = 390 мм.
Усилие Н приводит к срезу шва в направлении, перпендикулярном оси
шва:
τН = Н/(2βzkf lw) = 483 / (2 ∙ 1,05 ∙ 1 ∙ 39) = 5,9 кН/см2.
Поскольку центр шва не совпадает с осью нижнего пояса, на шов действует момент
М = Не = 483 ∙ 8 = 3864 кН∙см.
Под действием момента шов также работает на срез перпендикулярно оси шва:
τМ = М/Wz = 6M/(2βzkf lw2) = 6 ∙ 3864 / (2 ∙ 1,05 ∙ 1 ∙ 392) = 7,26 кН/см2.
Шов проверяем в наиболее напряженной точке А по металлу границы сплавления по результирующей напряжений:
 = 14,4 кН/см2 <
< Rwzγwzγc = 16,65 кН/см2.
Угловые швы крепления столика рассчитываем на усилие
F = 1,2FR = 1,2 ∙ 479,3 = 575,16 кН,
где коэффициент 1,2 учитывает возможный эксцентриситет передачи вертикального усилия, непараллельность торцов опорного фланца фермы и столика (неточность изготовления), вызывающую неплотность опирания фланца (его перекос в своей плоскости), что приводит к неравномерности распределения реакции между вертикальными швами.
Высота опорного столика lст устанавливается по требуемой протяженности сварных швов:
lст =lw + 1 = F/(2βzkfRwγwzγc) + 1 =
= 575,16 / (2 ∙ 1,05 ∙ 16,65 ∙ 1 ∙ 1) + 1 = 17,45 см.
Принимаем столик из листа 220×180×30 мм.
В узле крепления верхнего пояса сила Н1 = 370,4 кН стремится оторвать фланец от колонны и вызывает его изгиб (рис. 5.11).
а) б)
Рис. 5.11. К расчету узла крепления верхнего пояса фермы к колонне:
а – работа фланца на изгиб; б – расчетная схема
Рекомендуется проектировать верхний узел так, чтобы линия действия силы Н1 проходила через центр фланца. В этом случае усилие растяжения во всех болтах распределяется равномерно.
Принимаем болты класса прочности 5.6 с расчетным сопротивлением болтов, работающих на растяжение,Rbt = 210 МПа = 21 кН/см2 (табл. 5.11).
|
Скачать 7.53 Mb.