5.3 Проектирование нижнего опорного узла

а. Проверка поясных швов опорного узла:

- характер силового воздействия при жестком сопряжении фермы с колонной (M=-275,52кHм, Nриг=-1,86кH).

,где H=M^-/h_оп=-125,24кH – усилие, разгружающее пояса.

б. Расчет угловых швов, соединяющих фасонку и фланец:

Сварные швы 8 элемента:

Сварные швы 5 элемента:

A_w=2β_fk_fl_w=2∙0,7∙0,010∙0,325=4,55∙10^-3м² ,где l_w=l_ф-1см, l_ф=33,5см, k_f=δ_ф=10мм;

W_x=2 β_fk_fl_w²/6=0,246∙10^-3м³;

Напряжения, действующие на шов:

τ_Nв=N_в/Aw=230,9∙10³/4,55∙10^-3=50,75 мПа, где

N_в= N_оп cos49=351,95∙0,656=230,9кH;

σ_p’=P’/A_w=127,1∙10³/4,55∙10^-3=27,93мПа, где Р’= Nриг+H=1,86+125,24=127,1кH;

σ_м^max=M_x/W_x=8,26∙10³/0,246∙10^-3=33,58 мПа , где M_x= Р’e=127,1∙10³∙0.065=8,26∙10³ кНм.

Проверка прочности запроектированных швов:

в. Расчет швов, соединяющих опорный столик с колонной:

Опорный столик выполнен из листа толщиной 30мм.

l= (0,65N_в/β_fk_fR_wfγ_c)+1см – геометрическая длина каждого шва с учетом дефектных концов шва, где k_f≤1.2δ_п. Примем k_f=12мм.

l= (0,65∙230,9∙10³/0,7∙0,012∙180∙10⁶)+1см=0,11м=11см.

г. Конструирование болтового соединения:

Расстояние между болтами b=δ_ф+2∙2d₀ ,где 2d₀ – расстояние «под ключ» между фасонкой и осью болта.

Наибольшие усилия в болтах: N_max=(P/N_δ)+(M+Pz)e_max/(e₁²+e₂²+…+e_i²)m ,

где N_δ – количество болтов;

m- количество болтов в каждом горизонтальном ряду (m=2);

M=Pe – дополнительный момент за счет эксцентриситета силы Р,

z – расстояние от оси приложения P до оси крайнего болта;

Пусть N_δ =4, эксцентриситет силы e=65мм– определяется из эскиза;

N_max=(P/N_δ)+(M+Pz)e_max/((e₁²+e₂²+…+e_i²)m) = =(127,1/4)+(127,1∙0.065+127,1∙0,203)∙0,203/(0.203²∙2)=115,67 кН.

А_нетто^тр= N_max/R_бр , где R_бр=0,7∙110=77,0 кН/см²– расчетное сопротивление болта из стали марки 40Х «селект» на растяжение.

А_нетто^тр= 115.67∙10³/77∙10³=1,50см². Выбираем болты диаметром 20мм с d₀=23мм, А_н=2,45см².

Требуемая ширина фланца: С≥ δ_ф+2∙2d₀+2∙1,5d₀= 171мм. Принимаем С=180мм.

Требуемая толщина фланца: δ^тр= N_в/СR_см γ_c=230,9∙10³/(0.18∙345∙10⁶∙0.95)=0.004м, принимаем толщину фланца минимальную из рекомендуемых методическим пособием – 16мм.

Проверка прочности: σ=M_max/W_x≤R_yγ_c;

σ=(Pb/8)/(tδ²/6)≤R_yγ_c;

σ=(P(δ_ф+2∙2d_o)/8)/((l_ф+1см)δ²/6)≤345∙0.8=276;

σ=(127,1∙10³∙(0,10+4∙0,023)/8)/(0.365∙0,016²/6)=207,2 ∙10⁶≤345∙10³∙0.8=276∙10⁶ – проходит.

5.4 Проектирование верхнего опорного узла

а. Проверка поясных швов опорного узла:

,где H=M^-/h_оп=125,24kH – усилие, разгружающее пояса.

б. Расчет угловых швов, соединяющих фасонку и фланец:

Сварные швы 1 элемента

Сварные швы шпренгеля:

A_w=2β_fk_fl_w=2∙0,7∙0,010∙0,145=2,03∙10^-3м² ,где l_w=l_ф-1см, l_ф=15,5см, k_f=δ_ф=10мм;

W_x=2 β_fk_fl_w²/6=0,05∙10^-3м³;

Напряжения, действующие на шов:

τ_Nb=N_b/Aw=0 МПа, т.к. вертикальная нагрузка полностью передается на торец колонны.

σ_p=P/A_w=125,24∙10³/2,03∙10^-3=61,69 мПа, где Р= H=125,24кН;

σ_м^max=M_x/W_x=0,025∙10³/0,05∙10^-3=0,5 мПа , где M_x= Р’e=125,24∙10³∙0.0002=0,025∙10³кНм, где e=0,2мм – расстояние между центральной осью фланца и осью верхнего пояса.

Проверка прочности запроектированных швов:

в. Конструирование болтового соединения:

Расстояние между болтами b=δ_ф+2∙2d₀ ,где 2d₀ – расстояние «под ключ» между фасонкой и осью болта.

Диаметр болтов принимаем конструктивно 20мм, т.к. Р направлена к узлу и прижимает его к колонне.

Для d=20мм: d₀=23мм, А_н=2,45см².

Требуемая ширина фланца: С≥ δ_ф+2∙2d₀+2∙1,5d₀= 171мм. Принимаем С=180мм.

Требуемая толщина фланца:

Прочность при изгибе σ=M_max/W_x≤R_yγ_с, где W_x= l_фδ²/6, γ_с=0,8.

σ=(Hb/8)/(tδ²/6)≤R_yγ_c;

σ=(H(δ_ф+2∙2d_o)/8)/( l_ф δ²/6)≤345∙10⁶∙0.8=276∙10⁶Па;

σ=(125,24∙10³∙(0,010+4∙0,023)/8)/(0.155∙ δ²/6)=2444/δ² ≤ 276∙10⁶Па;

δ²≥0,0089. δ≥0,09м. Принимаем толщину фланца δ=16мм.