Расчет и проектирование сварных ферм

Расчет и проектирование сварных ферм

Содержание

Введение

Раздел 1. Определение усилий стержней фермы по линиям влияния

.1      Построение линий влияния в подвесках и стойках

.2      Построение линий влияния в опорных реакциях

.3      Построение ЛВ всех стержней фермы кроме стен и подвесок

.4 Схема для построения линии влияния

Раздел 2. Подбор сечения стержней

.1 Определяем геометрическую длину стержней

.2. Выбор материала и определение расчётного сопротивления

.3 Назначение фермы сечений и толщины фасонки

.4. Определяем сечение элементов фермы

.5. Проектирование количества профилей уголков

Раздел 3. Расчет сварных соединений

.1 Выбор способа сварки и типа сварных соединений

.2 Распределение усилий (площадей швов или их длин при одинаковых катетах) между швами при приварке уголков к фасонке

.3 Назначение катетов швов

.4 Определение расчётного сопротивления сварных соединений

.5 Определение расчётных и рабочих длин сварных швов

.6 Конструирование узлов фермы

.7 Расчёт и конструирование опорного узла фермы

.7.1 Опирание фермы на железобетонную колонну

.7.2 Опирание фермы на металлическую колонну (сбоку)

3.8 Расчёт и конструирование стыков элементов ферм

.9 Конструирование прокладок

Заключение

Список литературы

Введение

Сварные конструкции изготовляются на специализированных заводах или в цехах металлических конструкций машиностроительных заводов - вагоностроительных, крано-строительных, заводах, изготавливающих прокатное оборудование, и др.

В настоящее время сварные конструкции применяются при изготовлении тракторов, сельскохозяйственных машин, автомобилей, вагонов, тепловозов, электровозов, котлов, турбин, подъемных кранов и других изделий.

Ферма - это система, состоящая из стержней, соединенных в узлах шарнирами.

Фермы применяются в железнодорожных и других мостах в качестве поддерживающих конструкций перекрытий различных сооружений (промышленных цехов, гражданских и общественных зданий, ангаров, эллингов и пр.), для остовов подъемных кранов и т.д.

По конструктивному признаку различаются фермы пространственные и плоские; последние могут быть одностенчатыми легкими и двустенчатыми тяжелыми.

Легкие одностенчатые фермы применяются в качестве стропильных ферм, поддерживающих кровельное покрытие зданий, а также в крановых мостах малой и средней грузоподъемности.

Тяжелые двухстенчатые фермы - для несущей конструкции большепролетных железнодорожных мостов.

По способу изготовления различаются фермы сварные и клепаные. В настоящее время фермы изготавливаются главным образом при помощи сварки и лишь монтажные стыки и соединения часто исполняются на заклепках или болтах

Известно, что в стенках сплошных балок материал в отношении напряжений никогда не используется полностью: даже в сечениях с наибольшим изгибающим моментом средняя напряженность материала в стенках не превышает 50%.

Материалы, применяемые для фермы:

Стали 09Г2С, 10ХСМД, 17ГС и заменители.

В основном сейчас практикуют фермы из квадратных труб,

Это самое главное достоинство такого рода конструкций, которые получили сегодня широкое распространение, и мало какая серия готовых изделий обходится без этого сортамента металлопроката. На самом деле прямоугольные трубы (в том числе квадратного сечения) применяются в строительстве довольно давно, именно потому, что правильный профиль позволяет создавать прочные и надежные узлы простыми методами и при минимальных трудозатратах.

При изготовление фермы создаются кондуктора и приспособления, способствующие сохранению геометрических форм согласно чертежу.

Кондуктор - приспособление повторяющее чертеж конструкции, кондуктор должен быть сделан до максимальной точности, чтобы в дальнейшем были точно сделаны другие фермы.

Ферма состоит из следующих элементов:

)        Верхний пояс

)        Нижний пояс

)        Стойка

)        Восходящие раскосы

)        Подвеска

)        Опорный раскос

)        Нисходящие раскосы

)        Расстояние между стойками «Панель»

Рисунок

ферма сварной конструкция

При конструировании ферм приходится решать вопрос о том, какое число стержней необходимо иметь, чтобы связать заданное число узлов в геометрически неизменяемую систему. Простейшая жесткая геометрическая неизменяемая система получается, если три узла связать между собой тремя стержнями, т.е. представляет собой шарнирный треугольник. Каждый новый узел можно жестко присоединить к полученной системе при помощи двух стержней, не расположенных по одной прямой.

Цель работы: Расчет и проектирование сварной фермы

Структура работы: Работа состоит из ведения, общей части, разделы 1, 2, 3.

Раздел 1. Определение усилий в стержнях фермы по линиям влияния

.1 Построение линий влияния в подвесках и стойках

Определяем опорные реакции.

R=;

Ra=RB==3520 кН

Реакция в опорах определяется по правилам теоретической механики, при этом ферму рассматривают как балку, распределённую на двух опорах.

Определение усилий в стержнях фермы.

Продольные усилия в элементах фермы от статических нагрузок, приложенных узлах определяют графическим или аналитическим способом.

Мы используем аналитические способы, которые основаны на методе вырезания узлов. Метод линий влияний (ЛВ)

Выделяем узел, в котором должно быть минимальное число стержней с неизвестными усилиями.

Внутренние силы в стержнях с неизвестными усилия, заменяют внешними и направляют их от узла предполагая, что все стержни растянуты. Уравновешивают систему, т.е. определяют усилие в стержнях из условия равновесия для плоской фермы.

∑

Проводим общую линию и от нее откладываем базовую линию и от не откладываем в низ единицу по узлом А1.

Линию влияния от узла А1 к узлу С, устремляем к 0. Рис2

Груз вне узла: ƩFiy=0-N10-11=0

Груз в узле: ƩFiy=0-N10-11-1=0

N10-11=-1

От базовой линии откладываем в низ единицу.

Линию Влиянию устремляем к узлам С, К.

.2 Построение линии влиянии в опорных реакциях

Линия Влияния Rа:

ƩMB(Fi)=0; Ra·L-1(L-x)=0

Линии влияния реакции R_B

ƩMa(Fi)=0; RB·L-1(L-x)=0

.3 Построение ЛВ всех стержней фермы кроме стен и подвесок

ЛВ выражают через ЛВ опорных реакций.

При определении усилий используют метод Риттера.

. Груз справа от сечения - берем силы, расположенные слева от сечения.

. Груз слева от сечения - берём силы, расположенные справа от сечения.

Рис. 1.1

Рассекаем груз влияние № 4-8

.        Груз слева от сечения 1-1

ƩMa=0; -N4-8·h-RB·l=0

. Груз справа от сечения 1-1

ƩMa=0; N4-8·h=0→ N4-8=0-8=-·RB=-·RB=-16·RB

N4-8=-56320 кН

Стремление ЛВ в пределах R. Расчетной панели ЛВ с пазовой линией.

Линии влияния реакции № 8-9

Груз справа от сжатия ƩMo(Fi)`=0; -N8-9·h1-Ra·OA' =0

N8-9-·RA

Определение OA'

=; =→OA'=4

Определение: h'

Tgб = =  =0,5→б=26°34'-OC·sinб=6·sin26°34'8-9=-·Ra=-5246Ra

Груз слева от сечения 1-1

∑М=0; N8-9∙h-RB ∙OB`=0

 ∙ RB =  ∙ RB = 26231 кН

Ординаты линий влияния под силами определяем из подобия треугольника.

Линии влияния от продольной № 2-9

Груз справа 1-1

∑М(Fi)=0; -N2-9 ∙h2 + Ra ∙ A`C =0-9 = -  ∙ Ra

Определяем h2

tgв =  = 0,25

в = 14°2`

д= 2+в = 26°34` +14°2`=40°36

AC= = ; h2 = AC sinб =

N2-9=  ∙ Ra =  ∙ Ra = 1,374 ∙ 3520 = 4836 кН

Груз слева от сечения 1-1

.4 Схема для построения линий линия

Построение Линий влияния усилий N5-10 и N9-10

Рассекаем ферму сечением 2-2

Рис. 1.2.

Линия влияние

Груз справа от сечения 2-2

∑=0

∙

Груз слева от сечения 2-2

∙

Справа от 2-2

Справа от сечения 2-2

Груз слева от сечения 2-2

Линия влияния

Груз справа от сечения 3-3

Груз слева от сечения 3-3

.

Линия влияния

Груз справа от сечения 3-3

Груз слева от сечения 3-3

Линия влияния

Груз справа от сечения 3-3

.

Груз слева от сечения 3-3

Рис. 1.3.

Линия влияния  Рис.6

Груз справа от сечения 4-4

Груз слева от сечения 4-4

.

Линия влияния

Груз справа от сечения 4-4

.

Линии влияния усилий в стержнях правой половины фермы будут аналогичны линиям влияния симметричных стержней левой половины фермы.

Раздел 2. Подбор сечения стержней

Определяем расчётные усилия в стержнях

Расчётное усилие определяется умножением нормативного усилия на коэффициент перегрузки.

Принимаем для всех элементов фермы , т.к. нагрузка постоянная

=1,1∙(-56320)=-61952кН

=1,1∙4836=5319кН

=1,1∙()=-7744кН

=1,1∙=3649кН

=1,1∙()=-7744кН

=1,1∙(-)=-5475кН

=1,1∙()=-15488кН

=1,1∙=11616кН

.1 Определяем геометрическую длину стержней

Определяем расчётную длину элементов фермы

Расчётные длины элементов фермы определяем используя таблицу 2.1

Таблица 2.1

Направление продольного изгиба	Пояса	Решётка
		Стойки и раскосы опорные	Прочие элементы
В плоскости фермы
Из плоскости фермы

Принимаем расположение связей:

по верхнему поясу в узлах

по нижнему поясу в узлах

Расчётная длина стержней:

Верхний пояс

Нижний пояс Наклонный стержень

Горизонтальный стержень

Опорная стойка

Промежуточные стойки

Опорный-раскос

Промежуточные раскосы

2.2 Выбор материала и определение расчётного сопротивления

Для снижения веса фермы принимаем сталь из группы повышенной прочности класса С 46/33 марку 10Г2С2.

Расчётное сопротивление определяется по таблице 1.2 с учётом коэффициента условия работы -

Принимаем для всех элементов фермы коэффициент условия работы

Расчётное сопротивление при растяжении, сжатии

при смятии торцевых поверхностей:

Расчётные сопротивления сталей строительных конструкций

Таблица 2.2

Вид деформации	Группы прочности
	обычной		повышенной			высокой
	С 33/23	С 44/29		С 46/33	С 52/40	С 60/45	С 70/60	С 85/73
Растяжение, сжатие и изгиб	21	26		29	34	38	44	53
Срез	13	15		17	20	23	26	31
Смятие торцевых поверхностей /при наличии прогонки/	32	39		43	51	57	65	80

.3 Назначение фермы сечений и толщины фасонки

При выборе фермы сечения необходимо стремиться к тому, чтобы гибкости стержней в плоскости и из плоскости фермы были приблизительно равны, т.е.

Для верхнего пояса и нижнего пояса принимаем сечение составленного из двух неравнобоких уголков, составленных узкими полками, т.к.

Для опорного раскоса и опорной стойки - из двух неравнобоких уголков, составленных широкими полками, т.к.

Для остальных элементов - из двух равнобоких уголков, т.к.

Толщину фасонки определяем в зависимости от наибольшего расчётного усилия в стенках решётки /по таблице 8.3./

Принимаем:

Таблица 2.3

Наибольшее расчётное усилие в решётке (кН)	До 150	151-- 250	251-- 400	401-- 600	601-- 1000	1010 -- 1400	1410 -- 1800	1810 -- 2200	2210-- 2610
Толщина фасонок (мм)	6	8	10	12	14	16	18	20	22

.4 Определяем сечение элементов фермы

Верхний пояс:

Задаёмся коэффициентом продольного изгиба (в пределах 0,6…0,9).

Определяем требуемую площадь уголков

Принимаем: 2 ;

При выписке данных из таблиц сортамента надо понимать, что обозначение осей в сортаменте и в расчётах не всегда совпадают.

Определяют радиус инерции составного сечения относительно оси .

Гибкость: в плоскости фермы

из плоскости фермы

Сравниваем гибкость с предельной гибкостью элементов стальных конструкций по таблице 1.4

Определяем коэффициент продольного изгиба по наибольшей гибкости, используя таблицу.

Таблица 2.4

Элементы фермы	Сжатые элементы	Растянутые элементы при статической нагрузке
Пояса, опорные стойки и опорные раскосы	120	400
Прочие элементы	150	400

Производим проверочный расчёт:

Вывод: принятый номер уголка удовлетворяет условию устойчивости и недозапряжённые составляет:

Замечание: задача о подборе сечения сжатых элементов является статистически неопределимой, поэтому её надо решать методом последовательных приближений.

Нижний пояс:

Определяем требуемую площадь уголков

Принимаем:

;

Производим проверочный расчёт:

Вывод: принятый номер уголка удовлетворяет условию устойчивости и недозапряжённые составляет:

Опорная стойка:

Задаёмся

Определяем требуемую площадь уголков

Наименьшее сечение уголков применяемых в сварных фермах ограничивается:

для равнобоких

для неравнобоких

Принимаем возможно меньший номер уголка

 

.

Условие устойчивости выполнено.

Промежуточные стойки:

Задаёмся

Определяем требуемую площадь уголков

Принимаем 2  

.

Производим проверочный расчёт:

Вывод: принятый номер уголка удовлетворяет условию устойчивости и недозапряжённые составляет:

Опорный раскос:

Задаёмся

Определяем требуемую площадь уголков

Принимаем 2  

.

Производим проверочный расчёт:

Вывод: принятый номер уголка не удовлетворяет условию устойчивости и перенапряжение составляет:

Промежуточный раскос (11-12; :

Задаёмся

Определяем требуемую площадь уголков

Принимаем 2

 

Производим проверочный расчёт:

Вывод: принятый номер уголка удовлетворяет условию устойчивости и недозапряжённые составляет:

Промежуточный раскос (9-10):

Определяем требуемую площадь уголков

Принимаем 2

 

Производим проверочный расчёт:

Вывод: принятый номер уголка удовлетворяет условию прочности.

Промежуточный раскос (12-13; :

Определяем требуемую площадь уголков

Принимаем 2  

Производим проверочный расчёт:

Вывод: принятый номер уголка удовлетворяет условию прочности и недозапряжённые составляет:

.5 Проектирование количества профилей уголков

Количество профилей уголков, идущих на изготовление фермы, должно быть по возможности меньше. Это достигается за счёт замены части профилей большими, но так, чтобы общий вес фермы при этом не увеличился более чем на 3 %.

Количество разных профилей уголков в одной ферме обычно не превышает 5-6.

Пояса нижний и верхний принимаем постоянного сечения по всей длине, т.к. ферма пролётом менее 24 м.

Уменьшаем количество профилей уголков в ферме, производя две замены.

Заменяем сечение опорной стойки )

 на 2

промежуточного раскоса )

Раздел 3. Расчёт сварных соединений

.1 Выбор способа сварки и типа сварных соединений

Т.к. протяжённость и толщина сварных швов сравнительно не велики, то принимаем однопроходную полуавтоматическую сварку, с электродами типа Э50А (рекомендуемый для стали 10Г2С2).

Таблица 3.1 Общие сведения Сталь 10Г2С1

Заменитель

сталь 10Г2С1Д

Вид поставки

сортовой прокат, в том числе фасонный: ГОСТ 19281-73, ГОСТ 2590-71, ГОСТ 2591-71, ГОСТ 8509-86, ГОСТ 8239-72, ГОСТ 8240-72, ГОСТ 8510-86. Лист толстый ГОСТ 19282-73, ГОСТ 19903-74, ГОСТ 5520-79. Лист тонкий ГОСТ 17066-80, ГОСТ 19903-74, ГОСТ 19904-74. Полоса ГОСТ 82-70. Трубы ОСТ 14-21-77.

Назначение

различные детали и элементы сварных металлоконструкций, работающих при температуре от -70 °С; аппараты, сосуды и части паровых котлов, работающих при температуре от -70 до +475 °С под давлением.

Таблица 3.2 Химический состав

Химический элемент	%
Кремний (Si)	0.8-1.1
Медь (Cu), не более	0.30
Мышьяк (As), не более	0.08
Марганец (Mn)	1.3-1.65
Никель (Ni), не более	0.30
Фосфор (P), не более	0.035
Хром (Cr), не более	0.30
Азот (N), не более	0.008
Сера (S), не более	0.040

Таблица 3.3 Механические свойства

Термообработка, состояние поставки	Сечение, мм	0,2, МПа	B, МПа	5, %	4, %
Сортовой и фасонный прокат	<5	355	490	21
Сортовой и фасонный прокат	5-10	345	490	21
Сортовой и фасонный прокат	10-20	335	480	21
Листы и полосы (образцы поперечные)	20-32	325	470	21
Листы и полосы (образцы поперечные)	32-60	325	450	21
Листы и полосы (образцы поперечные)	60-100	295	430	21
Листы после закалки, отпуска (образцы поперечные)	10-40	390	530	19
Листы горячекатаные	2-3,9		490		17

Таблица 3.4. При этом коэффициент катета шва  

Способ сварки	Коэффициенты катета шва
Ручная и многопроходная (более трёх) автоматическая и полуавтоматическая
Двух и трёхпроходная полуавтоматическая
Двух и трёхпроходная автоматическая и однопроходная полуавтоматическая
Однопроходная автоматическая

Тип сварных соединений принимаем нахлёстанные, выполняемые угловыми швами без выводных планок, поэтому рабочая длина швов увеличивается на 10 мм. Каждый уголок приваривается к фасонке двумя фланговыми швами, при этом минимальная длина углового шва должна быть для швов с катетом  равна 40 мм, а при  - .

Максимальная длина фланговых швов должна быть не более

.2 Распределение усилий (площадей швов или их длин при одинаковых катетах) между швами при приварке уголков к фасонке

При распределении пользуемся таблицей 3.5.

Таблица 3.5

Тип профилей	Схема приварки	Распределение усилий, площадей или длин швов при одинаковых катетах
		у обушка	у пера
Уголок равнобокий
Уголок неравнобокий

Распределяем усилия между швами у обушка уголка и у пера.

Например: усилие промежуточного раскоса )

у обушка

у пера

.3 Назначение катетов швов

Размеры катетов угловых швов должны быть назначены возможно меньшими, но не менее указанных в табл. 3.6.

Исключение составляют швы у пера мелких прокатных профилей, но не менее 4 мм, меньше у тонких деталей.

Наибольшие размеры катета угловых швов у кромок прокатных профилей принимаются по табл. 3.7.

Таблица 3.6

Толщина более толстого из сварных элементов в мм.	Минимальные размеры катета шва в конструкциях из стали класса
	С 38/23 - С 44/29	С 46/33 - С 85/75
7 - 10	4	6
11 - 22	6	8
23 - 32	8	10
33 - 50	10	12
51 - и более	12	-

Таблица 3.7

Уголок	Толщина полки, мм
	Толщина шва
Двутавр	№ профиля	10 - 30	33	36	40 - 45		50	55 - 60
	Толщина шва	5	6	7	8		9	10
Швеллер	№ профиля	5 - 20	22 - 30	33, 36		40
	Толщина шва	4	5	6		7

При обрезке кромок у уголка  катет шва у обушка  а также по кромке более толстого элемента.

.4 Определение расчётного сопротивления сварных соединений

Расчётное сопротивление углового шва при срезе определяем по таблице 3.8 с учётом коэффициента условия работы, принятого ранее для всей конструкции

Расчётное сопротивления сварных соединений строительных конструкций, кН/см².

Таблица 3.8

Тип шва	Вид деформации	Классы сталей
		С38/23	С44/29	С46/33	С52/40	С60/45	С70/60	С85/70
Стыковой	Сжатие, 21262934384453

  Растяжение,

сварка автомат., полуавтомат. и ручная с физическим контролем качества21262934384453

  Растяжение,

сварка полуавтомат. и ручная182225----
	Срез, 13151720232631
Угл	Срез, 18202021242834

.5 Определение расчётных и рабочих длин сварных швов

Требуемые расчётные длины угловых швов при сварке уголков к фасонкам определяем из расчёта на один уголок по формуле:

Нижний пояс, стержень 2 - 9 (2- 9) при сварке к фасонке в узле А (В). Требуемая расчётная длина швов:

у обушка

у пера

Требуемая рабочая длина швов:

у обушка

у пера

Принимаем

Опорная стойка, стержень 3 - 8 (3- 8) при сварке к фасонкам в узлах А и А (В и В).

Требуемая расчётная длина швов:

у обушка

у пера

Конструктивные требования не удовлетворяются, следовательно, принимаем:

Промежуточные стойки, стержни 10 - 11, 13 - 13 (10- 11) при сварке к фасонкам в узлах .

Принимаем  

Опорный раскос, стержень 8 - 9 (8 - 9) при сварке к фасонкам в узлах А и С (В и С).

Принимаем  

Промежуточные раскосы, стержень 9 - 10 (910) при сварке к фасонкам в узлах С и Е (С и Е).

Принимаем  

Промежуточный раскос, стержень 11 - 12 (11-12 при сварке к фасонкам в узлах К и Е (К

Принимаем  

Промежуточный раскос, стержень 12 - 13 (12 - 13 при сварке к фасокам в узлах К и L (КL

Принимаем  

Принятую рабочую длину сварных швов уточняем при конструировании узлов фермы из условия получения фасонок простейшей фермы.

.6 Конструирование узлов фермы

Конструирование узлов фермы производится при составлении деталировочного рабочего чертежа фермы и заключается, помимо вычерчивания узлов, в определении размеров фасонок, взаимного расположения стержней, длин сварных швов, расстояние между прокладками и пр., т.к. все эти размеры должны быть поставлены на чертеже. Все размеры должны быть определены в пределах точности изготовления стальных конструкций, которая обычно составляет 2…5 мм. Конструирование фермы начинается с проведения осевых линий стержней, соответствующих геометрической схеме фермы. В сварных фермах осью стержня является ось, проходящая через центр тяжести сечения, расстояние которого от обушка берётся по сортаменту с округлением последующей цифры до 0 или 5 в целых миллиметрах. Вдоль осей наносятся в масштабе контуры сечений.

В тех случаях, когда изображение элементов и узлов в масштабе, принятом для геометрической схемы, получаются очень мелкими, то для полученных размеров стержней принимается более крупный масштаб, сохраняемый и для длин стержней, и элементов в пределах узлов. Изображение фермы получается при этом таким, как будто длины стержней между узлами сокращены по сравнению с размерами узла. При таком изображении длины стержней получают вычислением.

Для увеличения жёсткости узлов и уменьшения размеров фасонок стержни подводят друг к другу возможно ближе, но не ближе 30 - 50 мм. Это расстояние на чертежах не проставляется, а проставляется расстояние от центра узла до начала стержня. Расстояние от центра узла до начала стрежня выбирают так, чтобы зазор между стержнями оставался , а длина стержня выражалась бы в сантиметрах, что удобно при изготовлении. Форму и размеры фасонки устанавливают после нанесения принятых рабочих длин сварных швов, прикрепляющих стержни к фасонкам. При нанесении контура фасонки надо стремиться к простейшему её очертанию в виде прямоугольника или трапеции, для того, чтобы при изготовлении фасонки требовалось наименьшее количество резов. При традиционном очертании фасонка должна быть обращена к поясу большим основанием или высотой.

При конструировании фасонок надо стремиться к симметричному расположению их относительно центра узла, для чего в несимметричных фасонках конструктивно развивают их длину у поясов.

Очертания фасонок в узлах пояса в случае примыкания одной стойки /подвески/ или стойки /подвески/ с одним раскосом принимают трапецеидальным с двумя прямыми углами. Фасонки сварных ферм выпускают за пределы пояса на расстояние 10-15 мм, достаточное для наложения шва у обушка.

Сварные швы, прикрепляющие фасонки к поясам, рассчитываются на равнодействующую усилий в стержнях решётки, сходящиеся в узле.

Для промежуточных узлов фермы равнодействующая усилий невелика и поэтому сварные швы, крепящие фасонку к поясам проверки не требуют. Сварные швы здесь назначаются конструктивно с катетом около 6 мм.

В ближайшим к опоре узлам равнодействующая усилий может оказаться значительной, и сварные швы здесь требуют проверки.

Узел С (С).

Рис. 3.1.

Принимаем К = 10 мм.

Определяем требуемую длину сварных швов:

у обушка

у пера

Конструктивно принимаем рабочую длину швов равную длине прокладки в узле.

В остальных узлах фермы сварные швы назначаем конструктивно с катетом К = 10 мм.

.7 Расчёт и конструирование опорного узла фермы

При конструировании опорных узлов фермы должны быть соблюдены условия:

·        направление реакции должно проходить через центр опорного узла;

·        сжатый пояс должен проходить над опорой не прерываясь;

·        узел должен обладать достаточной жёсткостью.

3.7.1 Опирание фермы на железобетонную колонну

Толщина опорной плиты принимается обычно равной . Расстояние от горизонтальной полки нижнего пояса до опорной плиты принимается не менее ширины полки для удобства сварки. Центрирование узла и опорной плиты производится на ось ребра жёсткости, толщина ребра жёсткости принимается равной толщине прокладки.

В опорной плите просверливают два отверстия , под анкерные болты М 24…М 27.

Ширина опорной плиты принимается .

Длина - определяется из условия прочности бетона при смятии.

Принимаем .

Рис. 3.2.

Проверка прочности при срезе сварных швов, прикрепляющих фасонке и рёбра жёсткости к опорной плите, приняв катет швов .

Расчётная длина сварных швов с учётом не провара:

Рабочее напряжение в швах.

Вывод: принятые размеры сварных швов удовлетворяют условию прочности при срезе.

.7.2 Опирание фермы на металлическую колонну (сбоку)

Для обеспечения жёсткости к колонне крепят опорные узлы нижнего и верхнего пояса.

Опорный узел верхнего пояса состоит из фасонки фермы и опорного листа. Опорный узел нижнего и верхнего пояса центрируется на ось опорного листа. Опорный узел нижнего пояса состоит из фасонки фермы, опорного листа и опорного столика.

Зазор между стержнями фермы и опорным листом принимается не менее 50 мм.

Толщина опорного листа принимается не менее 20 мм, ширина - из условия расположения болтов, крепящих опорный лист к колонне, высота - из условия прочности сварных швов, крепящих фасонку фермы к опорному листу.

Опорный столик изготовляется в виде планки из листа или уголка с обрезной полкой. Ширина опорного столика больше ширины опорного листа на 10…20 мм, высота определяется из условия прочности сварных швов, крепящих опорный столик к колонне.

Нижний опорный узел.

Толщину опорного листа принимаем , ширину  с отверстиями  под болты М 24. Высоту принимаем на 50 мм больше высоты опорной фасонки .

Проверяем прочность сварных швов, прикрепляющих опорную фасонке к опорному листу, приняв катет шва , расчётную длину шва

.

Вывод: принятые размеры сварных швов удовлетворяют условию прочности при срезе.

Проверяем прочность опорного листа при смятии. Расчётное сопротивление при смятии определяем по таблице 8.2. с учётом коэффициента условия работы

Вывод: принятые размеры опорного листа удовлетворяют условию прочности при смятии. Ширину опорного столика принимаем:

Определяем высоту опорного столика из условия прочности сварных швов, крепящих опорный столик к колонне. Толщину опорного столика принимаем . Сварные швы, крепящие опорный столик принимаем с катетом .

Учитывая некоторый эксцентриситет в передаче нагрузки, расчёт ведём на опорную реакцию увеличенную на 25%, тогда требуемая расчётная длина одного сварного шва будет равна:

Рисунок 3.3

Рабочая длина сварного шва .

Принимаем высоту опорного столика .

Верхний опорный узел.

Размеры опорной фасонки принимаем конструктивно, из условия размещения сварных швов, крепящих верхний пояс, т.к. усилие в верхнем поясе равно нулю, то длину швов принимаем не менее ширины полки уголка .

Зазор между опорным листом и стержнем верхнего пояса не менее 50 мм. Высота фасонки определяется из условия наложения шва у обушка уголка, т.е. выпуск фасонки за обушок = 20 мм и развитие высоты фасонки в направлении узловой нагрузки (. Толщину опорного листа принимаем 20 мм, высоту - 270 мм, ширину 200 мм.

Проверяем прочность сварных швов, крепящих опорный лист к фасонке,приняв катет шва , расчётную длину шва

Вывод: принятые размеры сварного шва удовлетворяют условию прочности при срезе.

.8 Расчёт и конструирование стыков элементов ферм

Стыки проектируются в поясах фермы, если их длина превышает нормальную длину прокатных профилей (12-14 м), а так же в местах переломов поясов.

Пояс в месте стыка должен быть перекрыт накладками, обеспечивающими не только прочность стыка, но и достающую жёсткость его как в плоскости фермы, так и из плоскости фермы.

Для обеспечения прочности суммарная площадь накладок должна быть не меньше площади поясных уголков, а для обеспечения жёсткости стыка и во избежание создания эксцентриситета при передаче усилия с пояса на накладки, необходимо перекрыть обе полки уголков пояса накладками.

Наиболее удобны для перекрытия угловые накладки. Накладки берутся того же сечения, что и перекрываемые ими элементы и срезаются фаски у обушка, для того чтобы их можно было плотно прижать у пояса; и вертикальную полку на 20…30 м с тем, чтобы её можно было плотно приварить к вертикальной полке пояса.

При такой конструкции стыка расчёту подлежат только сварные швы угловых накладок, т.к. прочность самих накладок обеспечивается, потому что расчётная их площадь равна площади накладок и части площади фасонки с высотой, равной высоте постоянных уголков.

Усилие, приходящееся на половину угловой накладки, распределяется между всеми четырьмя сварными швами поровну.

Узел Е (E)

Принимаем накладку, состоящую из двух уголков  со срезанной фаской у обушка и со срезанной на 20 мм узкой полкой.

Определяем расчётную длину одного сварного шва, крепящего накладку к к поясу, приняв катет шва .

Рабочая длина шва  см.

Определяем длину накладок

Принимаем накадку 2 ,  с углом загиба .

.9 Конструирование прокладок

При расчёте элементов фермы, сечения которых составлены из двух углоков предполагается совместная их работа, как одного стержня.

Для обеспечения совместной работы уголков достаточно соединить их между собой прокладками. Определяем требуемое расстояние между прокладками для всех элементов фермы и сравниваем с расстоянием между центрами сварных швов, крепящих стержни к узловым фасонкам в противоположных узлах фермы.

По верхнему поясу

По нижнему поясу

Опорная стойка

Промежуточная стойка

Опорный раскос

Вывод: в стержнях верхнего и нижнего пояса, опорной стойке, опорном раскосе и промежуточном раскосе 9 - 10 (прокладки ставить нужно конструктивно по одной.Рис.11

В промежуточных стойках и промежуточном раскосе ставим прокладки  по одной, накладывая сварные швы с катетом К = 5 мм.

В промежуточном раскосе 12 - 13 ( ставим прокладку , накладывая сварные швы с катетом К=10 мм.

 

Рис. 3.4.

 

Таблица 3.9

Наименование параметров		Размеры параметров
Расстояние между прокладками	для сжатых стержней
	для растянутых стержней
Толщина прокладок		толщина фасонок
Ширина прокладок		мм
Высота прокладок		ширина полки уголка + 15…20 мм
- радиус инерции одного уголка относительно оси

 

Заключения

В своем курсовом проекте согласно заданию произвел расчеты усилий опорных реакция, рассчитали усилия и построили Линии Влияния. Произвел расчеты конструкционных элементов фермы и подобрал их сечения. Выбрал способ сварки - полуавтоматическая сварка, I= 60-80А на постоянном токе обратной полярности, проанализировал свойства материала фермы. Сконструировал свою ферму, что отражено в графической части.

Список литературы

1. Овчинников В.В. Расчет и проектирование сварных конструкций: учебник для студ. учреждений сред. проф. образования. - 3-е изд., стер. - М.: Издательский центр «Академия», 2013. - 256 с.

2. Овчинников В.В. Расчет и проектирование сварных конструкций: Практикум и курсовое проектирование: Учебное пособие для студ. сред. проф. образования - М.: Издательский центр «Академия», 2010. - 224 с.

3. Маслов Б.Г., Выборнов А.П. Производство сварных конструкций: Учебник для сред. проф. образования. - 3-е изд., перераб. - М.: Издательский центр «Академия», 2010. - 288 с.

4. СНиП 3.03.01-87. Несущие и ограждающие конструкции.

5. СНиП II. 23-81* Стальные конструкции.

6. Пособие по проектированию стальных конструкций к СНиП II. 23-81