Обушок и перо уголка что это

Конструирование ферм. Детали узлов

Центрирование стержней. Очертание и прикрепление фасонок

Конструирование фермы начинают с вычерчивания осевых линий, образующих геометрическую схему конструкции. При этом следует строго следить за тем, чтобы сходящиеся в узлах осевые линии элементов пересекались в центре узла; только в этом случае сходящиеся в узле силы могут уравновеситься.

Центрирование стержней по фигуре недопустимо, так как в этом случае силы, сходящиеся в узле, не уравновешиваются и появляется дополнительный момент M — Re, который изгибает пояс. Пренебрегать этим дополнительным моментом нельзя, так как он влияет на условия равновесия узла и напряжения от него относятся к категории основных (смотрите раздел Методика расчета стальных конструкций).

Центрирование стержней в узлах фермы

Далее на чертеж наносят контурные линии стержней так, чтобы осевые линии по возможности совпадали с центром тяжести сечения или были как можно ближе к нему. При этом в сварных фермах расстояние от центра тяжести до обушка z округляется в большую сторону до ближайшего целого числа, кратного 5 мм; в клепаных фермах уголки центрируют по заклепочным рискам.

Обрезку уголков решетки, как правило, следует производить перпендикулярно оси, не доводя концов стержней до пояса на 10 — 20 мм. Очертание фасонок в узлах определяется условиями размещения сварных швов или заклепок, прикрепляющих элементы решетки, и должно быть по возможности простым.

Поскольку фасонка передает усилие с одного стержня на другой, каждое ее сечение должно быть прочным и способным воспринять соответствующий силовой поток.

Конструирование фасонок

На фигуре а показана неправильная конструкция фасонки, которая по сечению I — I имеет меньшую площадь, чем площадь сечения присоединяемого раскоса из двух уголков, и потому может разорваться. Кроме, того, шов k, расположенный у обушка, уголков стойки и воспринимающий большую часть усилия стойки, не может передать его на фасонку вследствие отсутствия места для нормального силового потока.

На этом участке фасонка будет испытывать большое перенапряжение. На фигуре б показана правильно сконструированная фасонка, имеющая угол α между краем фасонки и стержнем около 20° (от 15 до 25°).

Прикрепление фасонки к поясу фермы

Прикреплять фасонки к поясным уголкам лучше с двух сторон — со стороны обушка и пера, так как в противном случае поясные уголки легко могут отогнуться в результате случайных причин (например, при транспортировке).

Однако не всегда конструктивно удобно выпускать фасонку за грань пояса, например, при установке по верхнему поясу прогонов, прикрепляемых к уголковым коротышам. В этом случае фасонку не доводят до обушка уголков на 5 мм и прикрепляют только швами у пера.

Желательно при этом производить заварку щели, образующейся между обушками уголков и фасонкой, однако этот шов нельзя рассматривать как расчетный, так как трудно обеспечить его хороший провар (шов наплавляется, а не проваривается). Таким образом, основными рабочими расчетными швами в этом случае являются швы, наложенные у пера.

Усилие, на которое рассчитывается прикрепление фасонки и которое стремится сдвинуть ее относительно пояса, представляет собой равнодействующую усилий в элементах решетки, сходящихся в данном узле.

В частном случае, при отсутствии в узле внешней нагрузки, это усилие равно разности усилий в смежных панелях пояса:

где N_ф — усилие, сдвигающее фасонку вдоль пояса;

N₂ и N₁ — усилия в смежньих панелях пояса.

Усилие N_ф приложено в центре узла по направлению оси пояса. В случае, если фасонка не выпущена за грань пояса, это усилие будет вызывать в швах, расположенных у пера поясных уголков, не только срез по их длине, но также и изгиб, вызванный моментом M = N_фе.

Обычно нормальные напряжения от изгиба невелики, и потому проверку шва производят только на срез при уменьшенном расчетном сопротивлении шва (примерно на 15 — 20%).

Принципы конструирования клепаных узлов по существу остаются теми же, только вместо сварных швов ставятся заклепки.

Размеры, определяющие фасонку, диктуются, так же как и в сварных фермах, условиями прикрепления раскосов; при этом особо мощные раскосы можно прикреплять при помощи дополнительного коротыша (фигуре Прикрепление уголков и швеллеров к фасонкам). В этом случае количество заклепок на одной из полок коротыша увеличивается на 50% против расчетного.

Минимальное количество заклепок, которым допускается прикреплять элемент в узле, — две заклепки. Поэтому в прикреплениях элементов с малыми усилиями заклепки ставят конструктивно, с максимально допустимым шагом (смотрите Расчет и конструирование заклепочных соединений); при этом сначала размещают заклепки по концам прикрепления, а потом уже устанавливают промежуточные размеры, по возможности кратные 5 мм.

«Проектирование стальных конструкций»,
К.К.Муханов

Вследствие ограниченности длин проката, а также по транспортным условиям фермы больших пролетов (l > 18 м) приходится разбивать на отдельные отправочные элементы, назначая монтажные стыки, как правило, в середине пролета….

Источник

Особенности расчета угловых швов при прикреплении уголков

При расчете прикрепления уголков угловыми сварными швами учитывают, что усилие, действующее на уголок, прикладывается к его центру тяжести и при приварке уголка к фасонке рас­пределяется между швами, выполненными по обушку и по перу уголка (рис. 8.8). Распределение усилия происходит пропорционально площадям, отсеченным у уголка на разрезе линией цент­ра тяжести. В равнополочных уголках на швы по обушку приходится 70% усилия, на швы по перу 30%. Соответственно, при одинаковых по высоте катетах шва длина шва по обушку составит 70%, а по перу 30% от общей длины шва. Общая длина шва опре­деляется по формулам расчета угловых сварных швов.

Высота катета шва по перу уголка обычно принимается мень­ше на 2 мм толщины уголка t, по обушку уголка высота катета назначается не более 1,2t. Высоты катетов швов по перу уголка и по обушку могут назначаться одинаковыми с учетом требований п.12.8 СНиП П-23-81*. Расчетная длина углового сварного шва принимается не менее 4k_fw не менее 40 мм.

4. Расчет сварных соединений на действие изгибающего момента Вслучае воздействия изгибающего момента на сварное соеди­нение расчет производится в зависимости от вида сварных швов. При воздействии на стыковые швы момента М в плоскости, пер­пендикулярной плоскости шва (рис. 8.9, а), расчет выполняется по формуле

(8.4)

где W_w — момент сопротивления расчетного сечения шва; a_w — нормальное напряжение в стыковом шве, возникающее при изгибе.

В случае прикрепления элемента угловыми швами и при воз­действии на соединение изгибающего момента, перпендикуляр­ного плоскости швов, расчет производится по двум сечениям по формулам (рис. 8.9, б):

по металлу шва (8.5)

по металлу границы сплавления (8.6)

где W_f— момент сопротивления расчетного сечения по металлу шва; W_z — то же по металлу границы сплавления.

Источник

Расчет и конструирование узлов фермы

Общие требования к конструированию. Конструирование ферм начинается с вычерчивания осевых линий, образующих геометрическую схему конструкции, в соответствии с конфигурацией фермы и ее основными размерами. Сходящиеся в узлах осевые линии элементов должны пересекаться в центре узла.

На осевые линии наносятся контуры стержней, которые привязываются к осям по центрам тяжести сечения, при этом в сварных фермах расстояние от центра тяжести до обушка (привязка) округляется в большую сторону до целого числа, кратного 5 мм. В фермах с болтовыми соединениями уголки привязываются к осям по рискам, ближайшим к обушку.

Когда сечение пояса по длине фермы меняется, в геометрической схеме принимается одна осевая линия, при этом верхняя грань пояса сохраняется на одном уровне для удобства опирания примыкающих элементов. Смещение

осей поясов ферм при изменении сечения допускается не учитывать, если оно не превышает 1,5% меньшей высоты сечения пояса.

Обрезка стержней решетки производится перпендикулярно к оси стержня. Чтобы снизить сварочные напряжения и уменьшить концентрацию напряжений, возникающих в зазоре между элементами при перегибе фасонки в процессе транспортирования и монтажа, концы стержней решетки не доводят до пояса на расстояние а = 6t_ф – 20 мм, но не более 80 мм (t_ф – толщина фасонки в мм). Между торцами стыкуемых элементов поясов ферм, перекрываемых накладками, оставляется зазор не менее 50 мм.

Приварку раскосов и стоек к фасонке рекомендуется выполнять лишь фланговыми швами по обушку и перу, заводя сварочный шов на торец элемента на длину 20 мм для снижения концентрации напряжений.

Фасонки, с помощью которых образуются узлы ферм, принимаются простого очертания, чтобы упростить их изготовление и уменьшить количество обрезков.

Фасонки выпускаются за обушки поясных уголков на 15 – 20 мм для возможности наложения сварных швов. В местах установки прогонов, прикрепленных к уголковым коротышам, и в местах усиления пояса накладками при опирании железобетонных плит на верхний пояс фасонку не доводят (утапливают) до обушка уголков на 10 – 15 мм.

Угол между краем фасонки и элементами решетки принимается не менее 15º для обеспечения плавной передачи усилия и снижения концентрации напряжений.

Подбор сечений элементов строительной фермы. Материал – сталь С245,

расчетное сопротивление R_y = 240 МПа

Элемент фермы	Номер элемента (рис. 5.1)	Расчетное усилие N, кН	Принятое сечение	Площадь А, см 2	Толщина фасонки tф, мм	Расчетные длины	Радиусы инерции	Гибкости	φmin	Коэффициент условий работы γc	Коэффициент использования несущей способности α
lx	ly	ix	iy	λmax	λu	сжатие	растяжение
Верхний пояс	1 – 2	┐┌ 63×63×5	12,26	1,94	3,12	–	–
2 – 3	– 820	┐┌ 160×160×14	87,14	4,92	7,14	0,730	0,95	0,896
3 – 4	– 820
4 – 5	–1300
5 – 6	–1300
Нижний пояс	10 – 9	┘└ 90×90×7	24,56	–	2,77	–	–	0,95	0,804
9 – 8	┘└160×100×12	60,08	–	2,18	–	–	0,95	0,950
8 – 7
Раскосы	10 – 2	– 670	┐┌ 160×100×9	45,74	2,85	7,82	0,655	0,95	0,981
2 – 9	┐┌ 90×90×7	24,56	–	2,77	–	–	0,95	0,955
4 – 9	–380	┐┌ 125×125×8	39,38	3,87	5,63	0,556	0,8	0,904
4 – 8	┐┌ 75×75×5	14,78	–	2,31	–	–	0,95	0,683
8 – 6	–75	┐┌ 75×75×5	14,78	2,31	3,57	0,282	0,8	0,940
Стойки	3 – 9	–110	┐┌ 75×75×5	14,78	2,31	3,57	0,452	0,8	0,858
4 – 8
Подкос	1 – 11	┐┌ 63×63×5	12,26	1,94	3,12	–	–

Толщина узловых фасонок выбирается в зависимости от максимального усилия, действующего в стержнях решетки (как правило, в опорном раскосе), причем обычно принимается одинаковой для всей фермы. При значительной разнице усилий в стержнях решетки можно применять две толщины в пределах отправочного элемента, допуская разность толщин в смежных узлах 2 мм. Фасонки в опорных узлах ферм рекомендуется выполнять на 2 мм толще, чем фасонки промежуточных узлов.

Рекомендуемые толщины фасонок ферм приводятся в табл. 5.6.

Размеры фасонок (длина и ширина) определяются по необходимой длине швов прикрепления элементов решетки к фасонке и округляются до 10 мм. Швы, прикрепляющие элементы решетки к фасонке, рассчитываются на собственное усилие в элементе, швы, прикрепляющие фасонку к поясу, – на разность усилий в смежных панелях пояса.

Если к узлу верхнего пояса приложена сосредоточенная нагрузка, то швы, прикрепляющие фасонку к поясу, рассчитываются на совместное действие продольного усилия (от разницы усилий в смежных панелях пояса) и сосредоточенной нагрузки.

При опирании на верхний пояс ферм крупнопанельных железобетонных плит, когда толщина полок уголков при шаге ферм 6 м составляет менее 10 мм, а при шаге 12 м менее 14 мм, поясные уголки для предотвращения отгиба полок в местах опирания ребер плит усиливаются накладками толщиной 12 мм. Накладки привариваются швами вдоль поясных уголков во избежание ослабления сечения.

Фермы пролетом 18 – 36 м разбиваются на два отправочных элемента с укрупнительными стыками в средних узлах.

При пролетах ферм покрытий свыше 36 м предусматривается строительный подъем, равный прогибу от постоянной и длительной временной нагрузок. При плоских кровлях строительный подъем предусматривается независимо от величины пролета и принимается равным прогибу от суммарной нормативной нагрузки плюс 1/200 пролета. На практике строительный подъем задается по упрощенной кривой за счет устройства перегибов в монтажных узлах.

Коэффициент условий работы γ_c = 1,0; коэффициенты условий работы шва γ_wf = γ_wz = 1,0 (конструкция эксплуатируется при t >­ –40 о С). Сварка выполняется в нижнем положении. Коэффициенты глубины провара шва для механизированной сварки: β_f = 0,9 при расчете по металлу шва; β_z = 1,05 при расчете по металлу границы сплавления (см. табл. 3.4).

Рис. 5.4.Заводской стык нижнего пояса фермы (к примеру 5.5)

следовательно, расчет производим по металлу границы сплавления.

Узел 9 является промежуточным узлом. При пролете фермы более 24 м в этом узле меняется сечение нижнего пояса.

Определяем длины швов, прикрепляющих к фасонке раскосы и стойку.

Раскос 2 – 9. Расчетное усилие N_2-9 = 535 кН.

Во избежание дополнительного момента площадь сечения каждого шва назначается так, чтобы равнодействующая передаваемых ими усилий совпадала с осью прикрепления элемента, т.е. усилие в элементе N распределялось обратно пропорционально расстояниям от сварных швов до оси центра тяжести сечения.

Усилия, воспринимаемые швами:

где α – коэффициент, учитывающий долю усилия, приходящегося на перо в элементах таврового сечения, выполненного из двух уголков (табл. 5.9).

Значения коэффициента α

Коэффициент	Тип сечения
α	0,3	0,25	0,35
1 – α	0,7	0,75	0,65

Принимаем максимальный катет сварного шва, который можно допустить при сварке вдоль пера уголка толщиной t_уг = 7 мм (табл. 5.10):

этот же катет шва отвечает минимальному размеру катета шва при механизированной сварке наиболее толстого листа в соединении (t_ф = t_mах = 14 мм).

Конструктивные длины швов:

округляя длину шва до 10 мм, принимаем l_w,n = 110 мм;

– у обушка, принимая катет k_f = 8 мм,

Раскос 4 – 9. Расчетное усилие N_4-9 = – 380 кН.

Усилия, воспринимаемые швами:

Максимальные катеты швов k_f, _max у скруглений прокатных профилей

Конструктивные длины швов:

l_w,n = 114 / (2 ∙ 1,05 ∙ 0,5 ∙ 16,65 ∙ 1 ∙ 1) + 1 = 7,5 см, принимаем 80 мм;

– у обушка, принимая катет шва k_f = 7 мм,

l_w,об = 266 / (2 ∙ 1,05 ∙ 0,7 ∙ 16,65 ∙ 1 ∙ 1) + 1 = 11,8 см, принимаем 120 мм.

Стойка 3 – 9. Расчетное усилие N_3-9 = – 110 кН.

Усилия, воспринимаемые швами:

Максимальный катет шва вдоль пера уголка толщиной t_уг = 6 мм принимается:

Конструктивные длины швов:

l_w,об = 77 / (2 ∙ 1,05 ∙ 0,5 ∙ 16,65 ∙ 1 ∙ 1) + 1 = 5,4 см, принимаем 60 мм;

l_w,n = 33 / (2 ∙ 1,05 ∙ 0,5 ∙ 16,65 ∙ 1 ∙ 1) + 1 = 2,9 см, принимаем 50 мм;

По крайним точкам швов, прикрепляющих элементы решетки к фасонке, очерчиваем контур фасонки, принимая ее простейшей формы и округляя размеры в большую сторону до 10 мм. Высота фасонки h_ф = 350 мм.

Из-за различной толщины уголков стык осуществляется при помощи листовых накладок с включением части фасонки высотой, равной удвоенной ширине прикрепляемой полки уголка. Уголки с большим усилием заводятся за центр узла (в сторону панели с меньшим усилием) на 300 …500 мм для облегчения работы фасонок.

Расчетное усилие, передаваемое в стыке через фасонку, принимается как часть усилия в поясе, приходящаяся на перья поясных уголков:

где 1,2 – коэффициент, учитывающий сложность передачи усилия в стыке.

Проверяем прочность фасонки упрощенным методом:

Сварные швы (Ш1), прикрепляющие уголки слева к фасонке по перу, рассчитываются на усилие 1,2αN_9-10 = 162 кН.

Задаемся максимальным катетом шва у пера k_f = 5 мм.

Определяем конструктивную длину швов (Ш1):

= 10,3 см, принимаем 110 мм.

Приварка к фасонке уголков по обушку производится конструктивными швами длиной l_w,об = 110 мм и k_f = 6 мм.

Расчетное усилие в накладках принимается как часть усилия в поясе, приходящаяся на обушки поясных уголков:

Ширину каждой накладки назначаем, исходя из ширины полки поясного уголка b₁ = 160 мм, зазора между кромкой накладки и фасонкой 40 мм, свеса накладки 20 мм:

b_н = 160 – 40 + 20 = 140 мм.

Определяем требуемую площадь накладок:

Толщина одной накладки

Размеры накладок и фасонки должны обеспечить прочность ослабленного сечения в зазоре между поясными уголками.

Прочность стыка, сечение которого представляет собой тавр, можно проверить на внецентренное растяжение (центр тяжести стыка не совпадает с центром тяжести пояса, рис. 5.5).

Рис. 5.5. К расчету стыка нижнего пояса фермы (к примеру 5.5)

Фасонку выпускаем за обушки поясных уголков на 15 мм. Привязка нижнего пояса к оси z = 2,5 см.

Площадь таврового сечения

Определяем центр тяжести сечения относительно центральной оси фасонки х_о-х_о.

Смещение оси относительно центра тяжести фасонки

Момент инерции сечения

Сечение воспринимает усилие N_9-10 = 450 кН, приложенное на расстоянии e = 15 + z = 15 + 25 = 40 мм от нижнего края фасонки, и усилие N_2-9 = 535 кН – на расстоянии d = 20 мм от верхнего края фасонки.

Горизонтальная проекция усилия N_2-9

N_2-9cosα = 535 ∙ 0,7 = 374,5 кН, где cosα = 300 / 430 = 0,7.

Сечение работает на внецентренное растяжение под действием нормальной силы

и изгибающего момента

= 374,5 ∙ (35 / 2 + 4,2 – 2) – 450 ∙ (35 / 2 – 4,2 – 4) = 3192,7 кН∙см.

Проверяем наибольшее напряжение, которое имеет место на верхнем краю фасонки:

Крепление накладок к горизонтальным полкам поясных уголков рассчитывается из условия равнопрочности на полное усилие, которое может выдержать накладка:

Требуемая конструктивная длина одного шва (Ш2) толщиной k_f = 5 мм (для уголков левой панели при толщине уголка 7 мм)

Длину накладки принимаем:

Сварные швы для прикрепления правых уголков к фасонке рассчитываются на усилие:

где (N_8-9 – N_9-10) – разность усилий в смежных панелях пояса.

Требуемая конструктивная длина шва у обушка (при k_f,min = 5мм)

– от узловой нагрузки

Прочность шва обеспечена с большим запасом.

Пример. 5.7. Рассчитать и запроектировать укрупнительный (монтажный) узел верхнего пояса фермы (рис. 5.7). Сечение верхнего пояса с усилием N_5-6 = – 1300 кН выполнено из 2∟160×160×14, сечение раскоса, примыкающего к узлу, – с усилием N_8-6 = – 75 кН из 2∟75×75×5.

Материал конструкций – сталь С255, имеющая расчетное сопротивление

Коэффициент условий работы γ_c = 1,0; коэффициенты условий работы шва γ_wf = γ_wz = 1,0 (конструкция эксплуатируется при t > –40 о С). Коэффициенты глубины проплавления шва: β_f = 0,7 – для ручной сварки при расчете по металлу шва; β_z = 1,0 – при расчете по металлу границы сплавления.

Рис. 5.7. Укрупнительный узел верхнего пояса фермы (к примеру 5.7)

Расчет монтажных швов производим по металлу шва.

Стык осуществляется при помощи двух горизонтальных листовых накладок, перекрывающих полки поясных уголков, и двух вертикальных листовых накладок, перекрывающих фасонки смежных полуферм.

Горизонтальные накладки рассчитываются на часть усилия от равнодействующей усилий в поясе N_5-6 = – 1300 кН и раскосе N_8-6 = – 75 кН, приходящихся на обушки уголков:

где β = 46 о – угол между раскосом и поясом.

Требуемая площадь двух горизонтальных листовых накладок

Принимая накладку шириной b_нг = b_уг + 20 = 160 + 20 = 180 мм, определяем толщину накладки:

Задавшись катетом шва k_f = 8 мм, определяем конструктивную длину сварного шва (Ш1), прикрепляющего одну горизонтальную накладку к поясному уголку по внешней стороне накладки (у пера уголка):

Приняв максимальный катет шва k_f = t_н = 14 мм, определяем конструктивную длину шва (Ш2), прикрепляющего накладку к поясу с внутренней стороны накладки (по скосу):

l_w ׳ = 1136,1 / (2 ∙ 2 ∙ 1,4 ∙ 18 ∙ 1 ∙ 1) + 1 = 17,1 см, принимаем 170 мм.

Усилие для расчета вертикальных накладок определяется как часть усилия от равнодействующей усилий в поясе и раскосе, приходящихся на перья уголков:

На это усилие проверяется фасонка фермы толщиной t_ф = 14 мм и условной шириной b_ф = 2b_уг = 2 ∙ 160 = 320 мм:

Размеры двух вертикальных накладок принимаются конструктивно: толщина t_нв = t_ф = 14 мм; длина l_нв = 2b_уг = 2 ∙ 160 = 320 мм, минимальная ширина b_нв = 2 ∙ 4d_о + 50 = 2 ∙ 4 ∙ 23 + 50 ≈ 250 мм, где d_о = 23 мм – диаметр отверстий под монтажные болты d = 20 мм.

Определяем катет сварных швов, прикрепляющих вертикальные накладки к фасонке (Ш3) с одной стороны стыка:

принимаем k_f = 6 см = k_f,min при сварке более толстого листа t = 14 мм.

Рассчитываем прикрепление уголков раскоса к фасонке на усилие в элементе N_8-6 = – 75 кН. Приняв k_f,min = 5 мм, определяем конструктивную длину шва вдоль обушков:

= 75 (1 – 0,3) / (2 ∙ 1,05 ∙ 0,5 ∙ 16,65 ∙ 1 ∙ 1) + 1 = 4 см.

Производим прикрепление раскоса к фасонке конструктивными швами (Ш4) длиной 50 мм и толщиной k_f = 5 мм каждый.

Сварные швы для прикрепления поясных уголков к фасонке рассчитываем:

– по перьям уголков на усилие

– по обушкам уголков на часть усилия в раскосе N_8-6, приходящуюся на обушки уголков раскоса:

Конструктивная длина швов вдоль перьев поясных уголков (Ш5)

Конструктивная длина швов вдоль обушков поясных уголков (Ш6)

Привариваем фасонку к обушкам поясных уголков швами с k_f = 5 мм по всей ее длине.

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник