Расчет и конструирование узловых соединений

Опорный узел.

Опорный узел выполняем из листовой стали марки Ст3кп по ГОСТ 14637-89. В опорном узле верхний пояс упирается в стальной башмак, состоящий из наклонной диафрагмы, приваренной к вертикальным боковым фасонкам. Снизу фасонки приварены к опорной плите. Толщину фасонок принимаем 10 мм. Толщину ребер жесткости под упорную плиту принимаем 10 мм. Верхний пояс крепится болтами, нижний пояс крепится сварными швами.

Упорная плита

Высота упорной плиты для создания принятого эксцентриситета в опорном узле должна составлять (h_в.п.=400мм –высота сечения верхнего пояса):

h_уп = h_в.п. – 2 · е = 40,0 – 2 · 10,0 = 20,0 см

Ширина упорной плиты принимается по ширине сечения верхнего пояса фермы b_уп=20,0 см.

Напряжение смятия древесины в месте упора верхнего пояса в плиту:

Rсм – по [3], табл. 3

Принимаем пролет упорной плиты, равным расстоянию между вертикальными листами в осях

l_уп = 20,0 + 2 ×0,5 = 21,0 см

Изгибающий момент в полосе 1,0 см при пролете 21,0 см (между осями ребер) рассчитывается как балка с защемленными концами:

 Необходимая толщина плиты

, принимаем толщину 36 мм

R_y = 22 кН/см2 – расчетное сопротивление стали С235 при толщине проката от 20 до 40 мм. ([7], табл. 51)

Находим длину подкрепляющих ребер из условия необходимой суммарной длины сварных швов, передающих усилие от верхнего пояса через упорную плиту и ребра на фасонки узла, при h_шв = 6 мм.

Согласно [7], п. 11.2, сварные соединения с угловыми швами при действии продольной и поперечной сил следует рассчитывать на срез по двум сечениям:

– по металлу шва

– по металлу границы сплавления

N – действующее усилие

β_f и β _z – коэффициенты, принимаемые при сварке элементов из стали с пределом текучести до 530 МПа по [7], табл. 34* β_f = 0,7 и β _z = 1,0

k_f  – высота катета шва

l_w – расчетная длина шва, принимаемая меньше его полной длины на 10 мм

γ_wf и γ_{w z} – коэффициенты условий работы шва, в зависимости от климатического района, в нашем случае γ_wf = 1,0, γ_{w z} = 1,0.

γ_С – коэффициент условий работы, в нашем случае γ_С =1,0.

R_wf – расчетное сопротивление угловых швов срезу (условному) по металлу шва

R_wun – нормативное сопротивление металла шва, R_wun = 410 МПа ([7], табл. 4*)

γ_wn – коэффициент надежности, по материалу шва принимаем 1,25 так как R_wun < 490 МПа ([7], табл. 3)

R_wz – расчетное сопротивление угловых швов срезу (условному) по металлу границы сплавления

R_un – временное сопротивление стали разрыву, принимаемое равным минимальному значению σ_В по государственным стандартам и техническим условиям на сталь.  R_un = 360 МПа

Откуда требуемая длина шва

– по металлу шва

– по металлу границы сплавления

Принимаем длину шва в 71 + 1 = 72 см. Устанавливаем 3 ребра жесткости под упорную плиту для передачи усилий через сварные швы. Требуемая длина ребер составляет см. Принимаем длину 12,0 см. Толщина ребер 1,0 см.

Проверяем подобранные элементы (упорную плиту и ребра жесткости) на их совместный изгиб, как однопролетную балку на двух защемленных опорах пролетом l_уп =21,0 см от нагрузки  (b – ширина упорной плиты, b = 20,0 см). Поперечное сечение балки для расчета принимаем тавровым.

Геометрические характеристики сечения:

Площадь поперечного сечения тавровой формы:

F_т.ф. = 7,0 · 3,6 + 12,0 · 1,0 = 25,2 + 12,0 = 37,2 см²

Статический момент поперечного сечения относительно оси х1 – х1:

S_x1 = A · z_ц.т. = 7,0 · 3,6 · 14,2 + 12,0 · 1,0 · 6,0 = 357,84+ 72,0 = 429,84см³

Расстояние от оси х1 – х1 до центра тяжести сечения:

у₁ = (3,6+12) – 11,6 = 4,0 см

Момент инерции сечения относительно оси

Момент сопротивления

Изгибающий момент:

Максимальные напряжения изгибу:

Условие выполнено.