Расчет и конструирование опорных узлов

Верхний опорный узел (рисунок 16).

В опорном сечении фермы возникает отрицательный момент (-M_max). Для расчета узла опорный момент заменяем парой сил H:

H=I-M_maxI/h_0,

где: h₀=3.1 м - плечо для двускатных ферм.

H=765.8526/3.1=247.05 кН.

Требуемую площадь болтов нормальной точности определяем по формуле:

ΣA_b=H/R_bt,

где: R_bt - расчетное сопротивление болта на растяжение, принимаемое в зависимости от класса болта. Принимаем класс болтов 5.6 (R_bt=210 МПа).

ΣA_b=247.05/210=1176.4 мм².

Минимальное количество болтов:

n=ΣA_b/A,

где А=303 мм² - площадь сечения одного болта по нарезке резьбы болта с наружным диаметром d_нар=22 мм.

n=1176.4/303=3.9, принимаем n=4.

Болты устанавливают симметрично относительно центра узла с соблюдением конструктивных требований, в результате определяется длина фланца. Толщину фланца определяем из условия прочности на изгиб, рассматривая его как балку с защемленными опорами пролетом b (а – длина фланца):

,

t_фл=(3*247.05*90*1000/(4*280*240))^0,5=15.8 мм < t_фл^min=16 мм, принимаем t_фл=16 мм.

Швы, прикрепляющие фасонку к фланцу, работают на срез. Так как длина швов известна, то при заданной толщине шва k_f можно проверить прочность:

,

или из условия прочности определить k_f:

,

k_f≥247.05*10³/(0.9*180*2*(280-10)=2.8 мм, принимаем k_f=5 мм.

Требуемая длина сварных швов из условия прочности угловых швов на условный срез по металлу шва определена в таблице 6 для стержня В-1.

Рисунок 16. Верхний опорный узел

Нижний опорный узел (рисунок 17).

Толщину фланца нижнего опорного узла принимаем равной толщине фланца верхнего опорного узла: t_фл=16 мм. Ширину фланца принимаем конструктивно: b_фл=180 мм.

Проверяем условие прочности торцевой поверхности на смятие:

,

где R_р – расчетное сопротивление на смятие торцевой поверхности с пригонкой по ГОСТ 27772-88, R_р=360 МПа;

V=V_s+V_g=336.10 кН – опорная реакция фермы.

σ=336.10*10³/(180*16)=116.7 МПа < R_р=360 МПа.

В швах, прикрепляющих фасонку к фланцу, возникают срезающие напряжения:

– от опорной реакции вдоль шва:

,

τ_w^v=336.10*10³/[2*(450-10)*0.9*6]=70.7 МПа;

– от распора Н перпендикулярно шву:

,

τ_w^H=247.05*10³/[2*(450-10)*0.9*6]=52.0 МПа;

– от изгибающего момента вследствие эксцентричного действия силы H, создающей момент M=e*H:

,

τ_w^M=6*150*247.05*10³/[2*(450-10)²*0.9*6]=106.3 МПа.

Прочность швов при условном срезе проверяют по формуле:

,

τ_ef=[70.7²+(52.0+106.3)²]^0.5=173.4 МПа < R_wf=180 МПа - условие прочности выполняется.

Для крепления фермы к колонне предусматривают болты нормальной точности, которые работают на растяжение. С целью унификации наружный диаметр болтов нижнего узла принимают, как и для верхнего - d_нар=22 мм.

Опорный столик передает опорную реакцию V на колонну. Из условия прочности сварных швов на срез при известном значении катета шва определяем длину столика:

мм,

где 2/3 - учитывает возможный эксцентриситет приложения опорной реакции.

l_ст=2/3*336.10*10³/(0.9*10*180)+10=148.3 мм. Принимаем l_ст=160 мм.

Ширину столика принимаем конструктивно:

b_s=b_фл+(50…100) мм,

b_s=180+40=220 мм.

Рисунок 17. Нижний опорный узел