Конструювання та розрахунок проміжних вузлів

Розрахунок вузлів полягає в розміщенні підібраних стержнів відносно осей ферми; визначенні розмірів зварних швів, які прикріплюють стержні у вузлах; призначенні розмірів вузлових фасонок. Конструювання супроводжується викреслюванням вузлів з одночасним розрахунком зварних швів.

Рис. 8.24. Вузли та відправні марки ферм

Послідовність розрахунку та конструювання наступна.

1. Викреслюються осі ферми, які сходяться в центрі вузла. При цьому зусилля, що сходяться у вузлі, врівноважуються без виникнення додаткових моментів (рис. 8.25,а).

2. На осі в прийнятому масштабі (як правило М1:10) наносяться контурні лінії стержнів так, щоб осьові лінії збіглися з центром ваги перерізів. Відстані від осі до обушків кутиків z₀ (“прив’язка”) приймається за сортаментом з округленням їх до значень, кратних 5 мм. Якщо верхній або нижній пояс складаються з двох різних кутиків (тобто мають вузли стику), то їх прив’язка до осі здійснюється за середнім значенням z₀ (рис. 8.25,б,в).

3. Визначаються положення торців кутиків решітки. Відстань між найближчими точками поясного кутика і кутика решітки повинна бути

Рис. 8.25. І етап конструювання проміжного вузла

але не більшою 80 мм і не меншою 40 мм. Це робиться для зменшення зварювальних напружень. Таких же відстаней необхідно дотримуватися між сусідніми стержнями решітки у вузлі. На кресленні вузла на відстані а від лінії пера поясного кутика проводиться тонка лінія паралельно верхньому поясу (рис.8.27,а). Торці кутиків стержнів решітки доводять до цієї лінії. Торці проводять, як правило, перпендикулярно до осі. Для досягнення більшої компактності вузла (тобто зменшення розмірів вузлових фасонок) в кутиках з полицями шириною більше 90 мм допускається косі зрізи торців. При цьому слід мати на увазі, що така операція в технологічному процесі збільшує трудомісткість виготовлення ферми, а отже не завжди виправдана.

Після першого етапу конструювання вузла подальший розрахунок полягає у виборі матеріалів для зварювання, розрахунку швів, які прикріплюють стержні решітки до фасонки, конструюванні фасонки, розрахунку поясних швів.

4. Вибираються матеріали для зварювання (тип електроду).

5. Розраховуються шви, які прикріплюють стержні решітки до фасонки, на дію розрахункових зусиль в стержнях.

Кожний з двох кутиків стержня приварюється двома фланговими швами (біля обушка та біля пера) з виносом їх на торець на довжину 20 мм.

Оскільки кутик є асиметричним профілем, то його прикріплення до фасонки повинно забезпечити співпадання рівнодіючої зусиль, що передається двома швами, з нейтральною віссю кутика. Виходячи з цього, розрахункове зусилля в стержні N розподіляється між швами біля обушка і біля пера обернено пропорційно відстаням від цих швів до осі кутика.

Якщо в стержні з двох кутиків діє зусилля N, то шов біля обушка одного кутика сприймає зусилля

а шов біля пера

де α_c i α_t - коефіцієнти перерозподілу зусилля відповідно на шов біля обушка і шов біля пера; – ширина полиці кутика, прилеглої до фасонки; – відстань від центра ваги кутика до обушка;

; .

Додатковим індексом “с” позначені характеристики, які відносяться до шва біля обушка, а індексом “t” – до шва біля пера.

Ці коефіцієнти практично залежить тільки від типу кутика та від того, якою полицею (більшою чи меншою) він прилягає до фасонки, тому вони мають сталі значення: для рівнобоких кутиків і ; для нерівнобоких кутиків з прилеглою до фасонки меншою полицею і ; для нерівнобоких кутиків з прилеглою до фасонки більшою полицею і .

Рис. 8.26. До визначення зусиль у швах біля обушка та біля пера

Виходячи з умови міцності шва (по металу шва) , визначається необхідна площа перерізу швів окремо для кожного стержня решітки, що входять у вузол: біля обушка , біля пера .

Площа перерізу, виражена через параметри шва, рівна

A_wf = b_f· k_f · l_w .

Знаючи площу та задаючись катетом шва (максимальним), визначають необхідну розрахункову довжину швів: біля обушка , біля пера , де (t_min – менша з товщин полиці кутика або фасонки); (t_a – товщина полиці кутика).

Перевіряються конструктивні вимоги до швів.

6. Виконується конструювання фасонки. Розміри фасонки в плані визначаються довжинами швів, які прикріплюють стержні. Для цього від торців кутиків стержнів решітки відкладаються в масштабі розраховані вище довжини швів (рис. 8.27,б) і окреслюється контур фасонки (рис.8.27,в). Її форма повинна бути найпростішою (прямокутник, паралелограм, трапеція). Для плавної передачі зусиль від стержнів решітки на пояси бокові грані фасонок проводяться під кутом не менше 15^О до осі стержня решітки.

В результаті конструювання може виникнути ситуація, коли довжина контакту деяких стержнів решітки з фасонкою біля пера або біля обушка перевищує відкладену розрахункову довжину шва (рис.8.28,а). При виготовленні ферми зварювання завжди виконується на всю довжину контакту. А тому для цих стержнів виникає необхідність у перерахунку катета та довжини шва (рис.8.28,б). Знімаючи з креслення фактичну довжину контакту l_o, обчислюють новий (фактичний) катет шва:

де l_wt = l_o – фактична довжина шва.

Остаточні розміри швів вказуються на кресленні (рис.8.28, в).

Верхній край фасонки випускають за межі обушка поясного кутика на 20 мм.

7. Розраховуються поясні шви, які з’єднують поясні кутики з фасонкою. Розрахунок виконується на дію рівнодіючої сил F_s, прикладених до пояса (до пояса належать зусилля в суміжних панелях та вузлове навантаження). Ця рівнодіюча є зрушуючою силою, яка спричиняє зсув фасонки відносно пояса (рис. 8.29).

Рис. 8.27. ІІ етап конструювання проміжного вузла

Рис. 8.28. ІІІ етап конструювання проміжного вузла

Рівнодіюча сила рівна

Якщо вузлова сила F відсутня (для нижнього пояса), то

де N₁ – зусилля в лівій від вузла панелі пояса; N₂ - зусилля в правій від вузла панелі пояса; F – вузлова сила.

Рис. 8.29. До розрахунку поясних швів у вузлі

Оскільки довжина поясних швів (рис.8.30,а) визначається конструктивно (довжиною контакту кутика з фасонкою), то обчислюються необхідні катети швів:

біля обушка

;

біля пера

де l_wc i l_wt – розрахункова довжина швів відповідно біля обушка і біля пера, яка знімається з креслення (див. рис.8.30,а) і рівна на 10 мм меншою фактичної довжини контакту обушка ( ) і пера ( ) з фасонкою:

l_wc = l_c – 1 см ;

l_wt = l_t – 1 см .

Перевіряються конструктивні вимоги до швів.

Якщо у швах призначених розмірів не забезпечується вимога

Рис. 8.30. IV етап конструювання проміжного вузла

то необхідно перерахувати катети швів, приймаючи в формулах , а саме:

;

звідси

; ;

аналогічно

Остаточне конструктивне рішення вузла з усіма необхідними розмірами наведене на рис.8.30,б. В кожному вузлі повинні бути проставлені розміри, які дозволяють визначити габарити всіх деталей вузла:

- проставляються прив’язки торців стержнів решітки до центрів вузлів з таким розрахунком, щоб чисті довжини кутиків мали розміри, кратні 10 мм;

- проставляються розміри від центрів вузлів до країв фасонок. Ці розміри бажано мати також кратними 10 мм;

- проставляються розміри зварних швів;

- для кожного кутика проставляється його прив’язка до осі z₀.

На цьому розрахунок одного проміжного вузла закінчений.

Деякі особливості в розрахунку вузлів мають місце у випадку наявності накладок по верхньому поясу. При товщині полиць кутиків верхнього поясу 10 мм та менше при кроці ферм 6 м, і 14 мм та менше при кроці ферм 12 м, верхній пояс в місцях опирання на нього несучих елементів покриття (наприклад, ребер залізобетонних плит покриття) необхідно посилювати накладками. Накладка має товщину 12 мм, довжину 240 мм (по 120 мм в кожну сторону від центру вузла) і приварюється до поясу поздовжніми швами. Фасонки в місцях постановки накладок не доводяться до кромки обушків поясних кутиків на 10…15 мм і не приварюються. Зазори між накладкою та виступами фасонки залишаються по 10 мм (рис.8.31). Якщо вузол має накладку, то поясний шов, який з’єднує кутики з фасонкою біля обушка, складається з двох окремих ділянок довжиною та .

Рис. 8.31. До конструювання фасонки за наявності

накладки по верхньому поясу

Розрахункові довжини поясних швів в цьому випадку рівні:

біля обушка

;

біля пера

Остаточне конструктивне рішення вузла при наявності накладки по верхньому поясу наведене на рис.8.32.

За такою ж послідовністю розраховуються інші проміжні вузли.

Розглянемо приклад конструювання і розрахунку вузла з одним проміжним стояком (рис.8.33).

Шви стояка:

біля обушка

; ;

біля пера – l_wt знімається з креслення (фасонка – трапеція);

Рівнодіюча зусиль в поясі .

Поясні шви:

біля обушка

; ,

де l_wc = l₁ – 1 см (l₁ - довжина контакту поясних кутиків з фасонкою біля обушка; знімається з креслення, оскільки фасонка на даному етапі вже законструйована);

біля пера

; ,