1. Які перерізи застосовують при виготовлені зварних колон?

2. Назвіть основні етапи проектування зварних колон.

Тема: Складання розрахункової схеми та визначення внутрішніх зусиль.

План:

1. Складання розрахункової схеми.

Література:

Обов'язкова: [1] Чертов І.М. Зварні конструкції: Підручник.- К.: Арістей, 2006. с.260 - 261

Додаткова: [2] Клименко Ф.Є. Металеві конструкції: . Львів: Світ 2002

Основним завданням при складанні розрахункової схеми є схематизація умов закріплення кінців стояка, що суттєво впливає на значення розра­хункової (вільної) довжини стояка:

l₀ = μL

де l₀ - вільна довжина стояка; L - проектна довжина стояка; μ- коефі­цієнт, залежний від умов закріплення кінців стояка (рис. ).

Рис. Розрахункові схеми стояків

Для будь-якого випадку закріплення кінців центральностиснутого стояка у ньому виникає тільки осьова сила N. Крім того, приймається, що внаслідок неможливості забезпечити на практиці ідеальне осьове навантаження, на стояк діє умовна поперечна сила Q_ум (рис. ).

Питання для самоконтролю:

1. Як визначається вільна довжина стояка?

2. Намалюйте розрахункову схему стояка.

Тема: Конструювання стояка наскрізного перерізу.

План:

1. Основні елементи наскрізного стояка.

2. Компонування перерізу з однією вільною віссю.

3. Компонування перерізу з двома вільними осями.

Література:

Обов'язкова: [1] Чертов І.М. Зварні конструкції: Підручник.- К.: Арістей, 2006. с.261 – 272.

Додаткова: [2] Клименко Ф.Є. Металеві конструкції: . Львів: Світ 2002

Стояк наскрізного пе­рерізу складається з двох або декількох прокатних профілів (стержнів), з'єднаних між собою в площинах полиць планками, якщо розмір h < 800 мм (рис. ж), або фатами, якщо розмір h ≥ 800 мм (рис. д, є).

Основною перевагою наскрізних стояків є можливість дотримання умови рівностійкості.

Наскрізні стояки досить економічні за витратами металу. У той же час вони більш трудомісткі у виготовленні, тому що наявність великої кіль­кості коротких швів затрудняє застосування автоматичного зварювання.

Перерізи наскрізного стояка з двох швелерів утворюються звичайно з розташуванням полиць всередину перерізу (рис. а). Розташу­вання швелерів полицями назовні (рис. б) при тих самих габаритних розмірах перерізу менш вигідне з погляду витрати матеріалу і застосо­вується тільки в клепаних колонах з розумінь зручності клепки.

Рис. Приклад стояків наскрізного перерізу

Переріз, складений із двотаврів (рис. в) застосовується тільки при значних навантаженнях, що виключають застосування швелерів.

Переріз, складений з чотирьох кутників (рис. г), застосовується в стиснутих елементах великої довжини (щоглах, стрілах кранів і т. п.), що вимагають стійкості в обох напрямках. Цей переріз достатньо еконо­мічний, і конструкція виходить порівняно легкою, але наявність фат у чотирьох площинах робить її трудомісткою.

Ґратки наскрізних стояків звичайно конструюються з одиночних кутників. Застосовуються ґрати трикутні прості (рис. д) і з розпірками або роз­косами (рис. є), Кріплення фат до стержнів стояка здійснюється шля­хом зварювання. Стояки з планками (рис. г) простіші у виготовленні, більш красиві; стояки з ґратами значно жорсткіші, особливо проти крутіння.

Як і в суцільних колонах, підбір перерізу стояка наскрізної колони починають з вибору типу перерізу та визначення його необхідної площі.

Спочатку задаються величиною коефіцієнта φ = 0,7...0,9, приймаючи його стосовно гнучкості відносно матеріальної осі х—х або стосовно будь-якої вільної осі для випадку. Після цього за таблицею визначають відповідне значення гнучкості - відносно матеріальної осі х—х гнучкість λ_х, а відносно вільної осі, наприклад теж х—х так звану приведену гнучкість λ_х^пр, яка за значенням більша за гнучкість, якби була матеріальною, через відсутність суцільного тіла між зв'язками.

Визначаємо необхідну площу перерізу за формулою:

За знайденою площею підбирають за сортаментом найближчий но­мер профільного матеріалу і переходять до компонування перерізу.

Компонування перерізу з однією вільною віссю. Для визначен­ня розміру перерізу h_у в напрямку осі у—у використовують наступну залежність:

де r_х = µl/λу радіус інерції відносно матеріальної осі, а - числовий коефі­цієнт (див. таблицю ).

Таблиця Приблизні значення радіусів інерції перерізів наскрізних стояків

Розмір перерізу h_х в напрямку осі х—х потребує так розставити стерж­ні стояка і так сконструювати зв'язки між ними, щоб задовольнялася умова рівностійкості:

Якщо прийняти. що стержні стояка з'єднаються планками, то:

а якщо за допомогою ґратки:

де λ_y = µl/r_x- гнучкість стояка щодо вільної осі у, приймаючи, що вона

матеріальна; λ_с - гнучкість ділянки стержня між планками, λ_с - ЗО...40; F- площа перерізу всього стояка; F_р - площа перерізу двох розкосів ґратки (у двох площинах); к - коефіцієнт, прийнятий у залежності від величини кута а, між розкосами ґрат і стержнем:

при α =30° 40° 45-60°

k = 45 31 27

Враховуючи, що λ^пр = λ_x, отримуємо у разі планок:

у разі ґратки:

Знаходимо потрібний радіус інерції:

і відповідно розмір h_x -

де b - числовий коефіцієнт (див. таблицю ).

Можливий інший шлях визначення розміру h_x, а саме. Знаючи вели­чину λ_у^пр, знаходять необхідний радіус інерції r_у, за яким може бути знай­дений необхідний момент інерції І_у = Fr² _у і відповідно розмір х (рис. ) з формули:

I_y = 2(I₀+х² F_c)

Компонування перерізу з двома вільними осями. Для визначен­ня розмірів перерізу h_х і h_у знаходять відповідні значення приведеної гнучкості за формулами для планок:

для ґратки:

де λ- гнучкість, що визначається за попередньо прийнятим коефіцієн­том φ, λ_с] і λ_с2 - гнучкість окремих стержнів перерізу; к₁ і к₂ - теж саме, що і к для відповідних площин 1-1 та 2-2; F_С1 і F_с2- площа перерізу двох розкосів для відповідних площин 1-1 та 2-2. Потім визначають:

Розміщення планок, тобто відстань між ними, у стояках призначають таким чином, щоб забезпечити прийняту раніше гнучкість стержня, тобто λ_с = ЗО...40. При цьому розрахункову довжину стержня приймають рівною l_с = λ_сr_с

Елементи, що зв'язують стержні стояка (планки або ґратки) в цент­рально стиснутих стояках, розраховують на умовну поперечну силу, що може виникнути при вигині, що, як відомо, для даного матеріалу залежить тільки від геометричних розмірів стояка. За нормами величина цієї умовної поперечної сили поздовжнього вигину визначається в залежності від площі перерізу стояка за формулами:

• для сталі 3: Q_σм = 20Fкг;

• для сталі 5 і низьколегованої: Q_σм = 40Fкг де F- переріз стояка брутто в см².

Поперечна сила Q_σм приймається постійною по висоті стояка і роз­поділяється нарівно Q_σм /2 між площинами планок (ґратки) (рис. а).

Рис. До розрахунку елементів зв'язку

Під дією поперечної сили стояк згинається, причому планки працю­ють на вигин від моменту:

і зріз у своїй площині (рис. б) від перерізуючої сили:

де b- відстань між осями стержнів стояка, а елементи ґратки на осьові зусилля (рис. в):

• для розпорок N_розп= Q _σм/2;

для розкосів N_розп= Q _σм/2cоsα.

При призначенні розмірів планки товщина планок δ_пл приймається від 6 до 12 мм і, крім того, повинно бути задоволене співвідношення δ_пл ≥ b₀ /50 (b_о - відстань між стержнями у світу). Висоту планки b_ш знаходять з умови міцності від дії моменту М_пл:

і перевіряють на зріз:

Перерізи елементів ґратки звичайно проектують зі стандартних кут­ників розмірами не меншими, ніж 45 х 45 х 5 мм, виходячи з формули:

приймаючи φ = 0,5...0,7, при цьому гнучкість елементів ґратки не повинна перевищувати 150.

Питання для самоконтролю: