Вопросы прочности при разработке чертежей КМД

Все основные вопросы прочности и устойчивости конструкций решают при выполнении чертежей КМ. Заводской конструктор вопросами прочности занимается лишь при разработке стыков и узлов, часть из которых {менее ответственных} в проекте КМ иногда не разрабатывают. При разработке стыка на болтах или заклепках следует предусматривать достаточное их количество; фактическое ослабление сечений отверстиями не должно превосходить принятое в расчете.

Степень ослабления элементов отверстиями может быть снижена за счет смещения с одной плоскости сечений с отверстиями в разных полках уголков {рис. 26, а}, а также в полках и стенках балок {рис. 26, б}. Смещение с должно быть таким, чтобы площадь ослабленного сечения {показанного на рисунке волнистой линией} была не менее Fнетто, принятой в расчете.

При конструировании элементов с широкими полками, в которых отверстия располагают по четырем или более рискам, степень ослабления может быть снижена размещением в крайних ослабленных сечениях полунакладок меньшего числа отверстий. В сечениях 1—1 и 2—2 на рис. 26, в по два отверстия. Таким образом, поясной лист в сечении 1—1, а накладка в сечении 2—2 ослаблены двумя отверстиями. В промежуточных сечениях допущено ослабление четырьмя отверстиями, но здесь при подсчете Fнетто следует учитывать совместную работу пояса и накладки.

Можно вообще избежать ослабления сечений, применяя на участках с отверстиями короткие детали большей толщины или ширины {рис. 26, г}. Если утолщение или уширение деталей конструктивно недопустимо, можно на участке ослаблений поставить деталь 1, выполненную из стали более высокой прочности, с тем, чтобы она могла выдержать с учетом ослабления те же усилия, что и основная деталь 2 без ослабления. Ослабление отверстиями поясов ферм может быть компенсировано фасонкой {рис. 26, д}, которую следует выводить за крайние отверстия на длину l; при этой длине швы, прикрепляющие фасонку к поясным уголкам, будут передавать на нее усилие, приходящееся на площадь ослабления.

При конструировании узлов решетчатых конструкций особое внимание должно быть обращено на размеры и толщины фасонок и сварных швов. Для стропильных и подстропильных ферм пролетом до 36 м включительно толщину фасонок можно принимать по рекомендациям ЦНИИ Проектстальконструкция, приведенным в табл. 12.

Опирание стропильных ферм на подстропильную выполнено в уровне ее нижнего пояса в узле, где подходят два раскоса. Ширину и длину фасонок определяют графически, согласно длинам швов, прикрепляющих стержни фермы к фасонке. Практика показала, что фасонки с указанными размерами надежно обеспечивают прочность ферм.

Таблица 12. Толщины фасонок для ферм



Обозначения: N — максимальное усилие в элементах решетки, сходящихся в рассматриваемом узле; б — толщина фасонок.



Рис. 26. Ослабление деталей конструкций отверстиями и варианты его уменьшения

В фермах пролетами свыше 36 м, а также в фермах пролетами до 36 м включительно, но при особо больших нагрузках {подвесные краны большой грузоподъемности} размеры фасонок следует назначать расчетом по методике, рекомендуемой п. 431 «Технических условий проектирования железнодорожных, автодорожных и городских мостов и труб» {СН 200-62}.

Сущность этой методики заключается в следующем. При расчете узловых фасонок на прочность по различным разрезам {сечениям} расчетные сопротивления материала фасонок принимают:

  • а} для сечений, направленных нормально к оси прикрепляемого стержня, равным расчетному сопротивлению R0;
  • б} для сечений, направленных наклонно к оси прикрепляемого стержня, 0,75/R0.

При расчетах фасонок вводится коэффициент условий работы, равный 0,9.



Рис. 27. Конструирование узлов ферм

При назначении размеров швов, прикрепляющих уголки к фасонкам, должно быть обеспечено правильное распределение между швами усилия, передаваемого с уголка на фасонку.

Приварка уголков к фасонкам может быть выполнена тремя способами {рис. 27, а}:

  • с наложением швов только по перу и обушку уголка;
  • то же, с заведением на 20 мм этих швов на торец уголка;
  • с наложением швов по перу, обушку и по торцу уголка.

Первый способ менее предпочтителен, так как в концах швов {см. стрелки} возникает концентрация напряжений.

Если уголки приваривают к фасонкам только фланговыми швами или фланговыми швами плюс короткими швами по торцам, то усилия распределяются между швами, как показано на рис. 27, б. На этом рисунке распределение усилий между швами дано для следующих случаев: при присоединении к фасонке неравнобокого уголка узкой полкой, широкой полкой и для равнобокого уголка.

Если уголки присоединяют к фасонкам не только фланговым, но и лобовым швом, распределение усилий между фланговыми швами существенно меняется и должно быть учтено при назначении размеров швов. Это распределение может быть найдено следующим образом. Обозначим усилия: приходящееся на фланговый шов по обушку уголка — $A$, на фланговый шов по перу уголка — $B$; на лобовой шов — $C$, а в уголке от расчетной нагрузки — $N$ {см. рис. 27, в}.

Усилия $A$, $B$ и $C$ должны удовлетворять следующим уравнениям:

$A+B+C=N\tag 9$ $Az_0-B(b-z_0)+C(b/2-z_0)=0\tag {10}$

Толщина лобового шва может быть назначена в зависимости от толщины полки уголка. Зная ее, можно вычислить усилие $C$. Совместное решение уравнений {9} и {10} дает возможность определить значения усилий $A$ и $B$:

$A= \frac{N(b-z_0)+C \frac{b}{2} }{b} \tag {11}$ $B= \frac{Nz_0-C \frac{b}{2} }{b} \tag {12}$

В большинстве случаев усилие $B$ оказывается очень малым, поэтому СНиП допускают приварку уголков решетки двумя швами — одним фланговым {со стороны обушка} и лобовым {рис. 27, г}.

Таблица 13. Формулы для определения усилий в стыках ферм



Примечания:

  1. При расчете стыковых элементов {Н и Ф} и сварных швов, прикрепляющих эти элементы к основным, усилия в стержнях ферм следует увеличивать на 20%. Таким образом, расчетное усилие $N_{1c}=1.2N_1$ аналогично $S_{1c}=1.2S_1$.
  2. Коэффициент распределения усилия в стержне между швами по перу и обушку уголка $\alpha$ при любом сечении уголков и любом расположении их полок рекомендуется принимать равным $0,3$.

В ряде случаев стыки поясных уголков в фермах устраивают в зоне узлов. В качестве стыковых элементов используют не только накладки, но и узловые фасонки {рис. 27, д, е}.

При конструировании таких узлов важно знать, как распределяются усилия, действующие в стыке, между стыковыми элементами и сварными швами. ЦНИИ Проектстальконструкцией разработаны типовые узлы ферм и приложены к ним удобные формулы для определения усилий в стыковых элементах и в сварных швах. Эти формулы для двух узлов со стыками по рис. 27, д, е приведены в табл. 13.