Расчет сварных швов прикрепления стержней фермы

 

Сварка полуавтоматическая в среде углекислого газа по [27] сварочной проволокой марки СВ08-Г2С по [28] диаметром 2 мм.

Материал фермы – сталь С245, материал опорных фланцев верхнего и нижнего поясов – сталь С245: кН/см².

Сварные швы угловые без разделки кромок сечения поясов. Для стали С245: расчетное сопротивление углового шва срезу (условному) по металлу шва кН/см²; расчетное сопротивление углового шва срезу (условному) по металлу границы сплавления кН/см².

Расчетные сопротивления, принимаемые при расчете по металлу шва:

кН/см².

Расчетное сопротивление, принимаемое при расчете по металлу границе сплавления:

кН/см².

Принимается условие расчета соединений по металлу границы сплавления:

.

Верхний пояс (стержень В2):

Принимаем катет шва мм. Проверяем прочность шва по формуле:

,

где кН/см² – усилие в стыке;

см;

см – эксцентриситет;

см³–момент сопротивления вертикальных сварных швов.

Прочность шва обеспечена.

Верхний пояс (стержень В1):

Принимаем катет шва мм.  Нормальные напряжения в сварном шве, соединяющем верхний пояс с фланцем:

кН/см².

Касательные напряжения в сварном шве:

кН/см²,

где – опорная реакция фермы:

кН.

Прочность шва по приведенным напряжениям:

Прочность сварного шва обеспечена.

Нижний пояс (стержень Н4):

Принимаем катет шва мм. Проверяем прочность шва по формуле:

кН/см²,

где см;

.

Прочность шва обеспечена.Проверяем фланец на отрыв в околошовной зоне:

,

где кН/см², кН/см² – расчетное сопротивление стали по временному сопротивлению.

Условие прочности соблюдается.

Растянутый раскос Р1:

Принимаем катет шва мм. Длина продольных швов:

мм.

Отношение величин:

.

Расчетная длина швов:

см.

Нормальное напряжение:

,

где кН/см² – расчетное сопротивление стыкового соединения по пределу текучести.

Условие выполняется.

Касательное напряжение:

,

 где кН/см² – расчетное сопротивление стыкового соединения сдвигу, кН/см² – нормативное сопротивление стали по пределу текучести,  - коэффициент надежности по материалу.

Условие выполняется.

Приведенное напряжение:

.

Условие выполняется.

Проектирование узлов фермы

Узел 1. Сварные швы крепления верхнего пояса и раскоса к надколоннику рассчитаны ранее. Принимаем конструктивно опорный двутавр 40К1

Для крепления надколонника к колонне принимаем болты М36 согласно СТ СЭВ 180-75.

Рисунок 2.3 - Опорный узел фермы

 

Узел 2. Монтажный стык работает на сжатие. Фланцы принимаем толщиной 20 мм и размерами 300 × 200 мм из стали С245. Болты М30 класса 5.6. Болты размещаем так, чтобы соблюдались конструктивные требования. Принимаем диаметр шайб мм, диаметр отверстий – 34 мм.

 Проверяем конструктивные условия размещения болтов:

;

;

;

мм,

 где – расстояние от грани пояса до оси болта;

– наружный диаметр шайбы;

– расстояние от грани фланца до оси болта;

– ширина фланца на один болт.

 Рисунок 2.4 - Верхний монтажный узел фермы

Для недопущения сдвига во фланцевом соединении должно выполняться условие:

кН,

где – коэффициент трения;

– условная поперечная сила:

кН.

Условие выполняется. Проверяем стык верхнего пояса с фланцем:

.

Прочность шва обеспечена.

Узел 3. Рассчитываем фланцевое соединение нижнего пояса. Растягивающее усилие кН.

Принимаем высокопрочные болты М30 из стали 40Х «Селект». Диаметр шайб мм, диаметр отверстий – 34 мм. Толщина фланцев 30 мм.

Площадь сечения болта см².

Расчетное сопротивление растяжению высокопрочного болта:

кН/см²,

где кН/см²– нормативное сопротивление стали болта.

Рисунок 2.5 Нижний монтажный узел фермы

Прочность соединения обеспечена, если выполняется условие: ,

где кН;

– расчетное усилие на j -й болт наружной зоны:

.

– расчетное усилие на j -й болт, определяемое из условия прочности

соединения по болтам: 

кН.

и – коэффициенты, принимаемые по в зависимости от отношения ;

– параметр жесткости болта, определяемый по формуле:

;

мм – расстояние между осью болта и краем сварного шва.

– расчетное усилие на j -й болт, определяемое из условия прочности фланца на изгиб:

кН,

где – параметр, определяемый по [7, табл. 81];

.

кН.

Прочность соединения обеспечена.

Проверяем соединение на сдвигающее усилие. Контактное усилие на сдвиг:

кН.

Поперечная сила:

кН.

Проверяем условие:

кН.

Прочность обеспечена.

                    Рис 2.6 - Промежуточный узел фермы

Узел 4. При проектировании примыкания раскосов к поясу фермы пересечение их осей смещается с оси пояса на величину e. Это делается с целью выполнения требуемого зазора между «носками» раскосов. Изгибающий момент, возникающий от внецентренного приложения нагрузки, допускается не учитывать при величине эксцентриситета e не более 0,25 высоты сечения пояса. 

Проверим прочность узла фермы. Величина углов наклона раскосов .

Определяем проекции высот раскосов на пояс:

мм;

мм.

Величина зазора между полками раскосов мм.

.

 ;

.

Определяем несущую способность:

для сжатого раскоса Р2:

кН,

где мм.

для растянутого раскоса Р3:

кН,

где мм.

Несущая способность узла считается обеспеченной для каждого элемента, рассчитываемого отдельно, если выполняются условия из формулы (2.1):

,                                                (2.1)

где – проекция усилия в примыкающем к поясу элементе (раскосе или стойке), но перпендикулярная к его оси из формулы (2.2):

;                                            (2.2)

– коэффициент, учитывающий вид напряженного состояния пояса, вычисляемые по формуле (2.4);  при растяжении или при сжатии, если выполняется условие по формуле (2.3): [6, стр.171];   

;                                                (2.3)

;                                            (2.4)

;                                                (2.5)

, – усилие соответственно в раскосе и поясе.

Несущая способность стержня Р2 на продавливание (так как раскос сжат):

кН/см²;

, следовательно ;

кН;

.

Условие выполняется.

Несущая способность стержня Р3 на вырывание (так как раскос растянут):

кН/см².

, следовательно ;

кН;

.

Условие выполняется. Прочность грани пояса обеспечена.

Выполняем проверку местной устойчивости боковых граней пояса под сжатым раскосом.

При соотношении:

;

где коэффициент  то, тогда

кН/см²;

.

Устойчивость боковых граней пояса обеспечена. Производим проверку боковых граней сжатого раскоса на устойчивость:

; .

Должно выполняться условие:

,

где – коэффициент влияния знака усилия в примыкающем элементе, принимаемый равным 1,2 при растяжении и 1,0 - в остальных случаях.

.

Условие местной устойчивости боковых граней выполняется. Производим проверку местной устойчивости боковых граней растянутого раскоса.

; .

.

Условие выполняется.

Расчет поперечной рамы