- •Оглавление
- •1. Введение
- •2. Содержание и оформление работы
- •3. Применение и конструктивные решения стальных ферм покрытий
- •3.1. Общая компоновка и основные решения
- •Минимальную высоту ферм можно определять из условия жесткости:
- •3.2. Конструктивные решения отправочных марок
- •3.3. Конструктивные решения монтажных соединений
- •4. Расчет стальных ферм покрытий
- •4.1. Определение расчетной нагрузки
- •4.2. Определение усилий в стержневых элементах
- •4.3. Подбор сечений стержневых элементов
- •4.4. Расчет монтажных соединений
- •4.5. Определение прогибов и оценка деформативности
- •5. Пример расчета и проектированиЯ стальной фермы покрытия
- •5.1. Исходные данные
- •5.2. Статический расчет плоской фермы
- •5.3. Унификация и расчет стержней
- •5.4. Конструирование и расчет монтажных стыков
- •5.5. Расчет фермы на деформативность
- •Библиографический список
4.4. Расчет монтажных соединений
Монтажные стыки растянутых поясов стальных ферм покрытий на фланцах (рис. 5) проверяют расчетом на прочность:
- болтов;
- фланцев на изгиб;
- соединения при воздействии поперечных сил;
- сварного соединения фланца с профилем.
Болтовые соединения располагают безмоментно относительно центра тяжести сечения, как можно ближе к нему и с учетом минимально допустимых расстояний от профиля до оси болта bв и от оси до края фланца св в зависимости от диаметра болта dв (табл. 6).
Табл. 6. Минимальные расстояния от оси болта до элемента и края фланца
dв, мм |
16 |
18-20 |
22 |
24 |
27 |
30 |
36 |
42 |
48 |
bв, мм |
35 |
40 |
45 |
50 |
55 |
60 |
75 |
85 |
100 |
св, мм |
25 |
30 |
35 |
40 |
45 |
50 |
55 |
65 |
75 |
Прочность болтов фланцевых соединений элементов замкнутого профиля (рис. 10, а) обеспечена, если
F/(0,9nвNвt)≤1, (30)
где F - внешнее усилие на фланцевое соединение, равное продольному усилию поясного элемента; nв – общее число болтов; Nвt –расчетное усилие, воспринимаемое одним болтом на растяжение и вычисляемое по формуле
Nвt=RвtАвn , (31)
где Rвt –расчетное сопротивление болтовых соединений растяжению, (табл.7) Авn – площадь сечения «нетто» болта (табл. 8).
Во фланцевых стыках типа Б (без предварительного натяжения болтов) болтовые соединения могут испытывать не только растягивающие, но и срезающее воздействия. Поэтому каждый из болтов должен быть проверен расчетом:
- из условия прочности на срез
Nвs=RвsАвns; (32)
- из условия прочности на смятие
Nвр=Rврdв(∑t)min , (33)
где Rвt и Rbp – расчетные сопротивления болтовых соединений соответственно срезу (табл. 7) и смятию (табл. 3); db и Ab – соответственно наружный диаметр и расчетная площадь сечения болта (табл. 8); (∑t)min – наименьшая суммарная толщина элементов, сминаемых в одном направлении; ns – число расчетных срезов одного болта; – коэффициент условий работы болтового соединения, при равенстве растягивающих и срезающих усилий = 0,85, в остальных случаях = 0,9.
Табл. 7. Расчетные сопротивления растяжению и срезу болтов
Обозначения |
Расчетное сопротивление, МПа (кгс/см2), болтов классов | ||||||
4.6 |
4.8 |
5.6 |
5.8 |
6.6 |
8.8 |
10.9 | |
Rbt |
170 (1700) |
160 (1600) |
210 (2100) |
200 (2000) |
250 (2500) |
400 (4000) |
500 (5000) |
Rbs |
150 (1500) |
160 (1600) |
190 (1900) |
200 (2000) |
230 (2300) |
320 (3200) |
400 (4000) |
Табл. 8. Площади сечения болтов
dв, мм |
16 |
18 |
20 |
22 |
24 |
27 |
30 |
36 |
42 |
48 |
Abn, см2 |
1,75 |
1,92 |
2,45 |
3,03 |
3,52 |
4,59 |
5,60 |
8,16 |
11,20 |
14,72 |
Аb, см2 |
2,01 |
2,54 |
3,14 |
3,80 |
4,52 |
5,72 |
7,06 |
10,17 |
13,85 |
18,09 |
Болты фланцевых соединений элементов открытого профиля (рис. 10, б) рассчитывают с учетом неравномерности распределения внешних усилий между болтами наружной и внутренней зон. Прочность фланца и болтов, относящихся к внутренней зоне, обеспечена, если толщина фланца tfl=20…40 мм, болты расположены с учетом минимально допустимых расстояний, а нагрузка на болт от действия внешних усилий не превышает 0,9Nbt. Прочность всех болтов фланцевого соединения обеспечена, если
F/[0,9Nbt(nbi+nbe/kb)]≤1, (34)
где nbi и nbe – число болтов соответственно наружной и внутренней зон; kb –отношение внешнего усилия на один болт внутренней зоны к внешнему усилию на один болт наружной зоны, kb=Nbi/Nbe (табл. 9).
Табл. 9. Значения отношения внешнего усилия на один болт внутренней зоны к внешнему усилию на один болт наружной зоны
db, мм |
tfl, мм |
kb=Nbi/Nbe |
М20 |
16 20 25 30 |
2,5 1,7 1,4 1,2 |
М24 |
20 25 30 40 |
2,6 1,8 1,5 1,1 |
М27 |
25 30 40 |
2,1 1,7 1,3 |
При конструировании фланцевых соединений рекомендуются следующие сочетания диаметров болтов и толщин фланцев: М20 - tfl =20 мм; М24 - tfl =25 мм; М27 - tfl =30 мм.
Во фланцевых соединениях типа А усилие предварительного напряжения болтов должно быть на 10% больше усилия в стыке при расчетных нагрузках.
Прочность фланцев на изгиб обеспечена, если
σfl/(Ryfl)=М/(WflRyfl)≤1, (35)
где - коэффициент условий работы,= 1;σfl, Wfl и Ryfl – соответственно нормальное напряжение, расчетное сопротивление стали и момент сопротивления сечения фланца; М – наибольшее значение расчетного изгибающего момента.
Рис. 10. Схемы монтажных стыков стальных ферм из замкнутых (а) и открытых (б) профилей. |
Во фланцевых соединениях элементов замкнутого профиля, а также в наружной зоне соединений элементов открытого профиля изгибающие моменты фланцев можно определять по условной расчетной схеме, как в балке, защемленной со стороны пояса, шарнирно опертой по кромке фланца и нагруженной усилием в болте Nb (рис. 10):
М1=Nbl1bb(l1+cb)/(3l12 - cb2);
М2=Nbb2b(3l1 - bb)/(3l12- cb2), (36)
где Nb≤0,9Nbt; l1 - пролет балки, l1=bb+cb; bb и cb – минимально допустимые расстояния (табл. 6).
В такой расчетной схеме момент сопротивления сечения фланца с учетом развития неупругих деформаций вычисляют по формуле:
Wfl=b1t2fl/4, (37)
где b1 – шаг болтов.
Во внутренней зоне фланцевых соединений элементов открытых профилей изгибающие моменты фланцев определяют, принимая расчетную схему, как для балки, защемленной в опорах (рис. 10, б, разрез 3-3):
М1=М2=Nbinbi(b1-1,8db)/8, (38)
где Nbi≤0,9Nbt.
В этом случае момент сопротивления сечения фланца вычисляют без учета развития неупругих деформаций по формуле:
Wfl=hitfl2/6, (39)
где hi - высота внутренней зоны, hi = h-2tf; h и tf – соответственно высота сечения и толщина полки профиля пояса.
Прочность фланцевого соединения на действие местной поперечной силы Qloc проверяют по формуле:
, (40)
где n – число болтов наружной зоны для фланцевых соединений элементов открытого профиля или общее число болтов для соединений элементов замкнутого профиля; μ – коэффициент трения соединяемых поверхностей, зависящий от способа их обработки, без обработки μ = 0,25, при обработке
μ = 0,35...0,58; Ri – контактное усилие, принимаемое Rj= 0,1Nb≤0,09Nbt для фланцевых соединений элементов замкнутого профиля и Rj=Nbt(1-1/kb) для соединений элементов открыто профиля. При отсутствии местной поперечной силы в расчет вводят условное значение Qloc=0,1μF.
Прочность сварных швов прикрепления фланцев к элементам поясов обеспечена, если:
- по металлу шва
F/(βfkflwRwf)≤1; (41)
- по металлу границы сплавления с элементом пояса
F/(βzkflwRwz)≤1; (42)
- по металлу границы сплавления с фланцем в направлении толщины проката
F/(βzkflwRth)≤1, (43)
где kf - катет углового шва, kf≤1,2tmin (tmin – наименьшая толщина соединяемых элементов); lw – расчетная длина шва, принимаемая меньше его полной длины на 10 мм; βf – коэффициент для расчета углового шва по металлу шва, βf = 0,7…1,1 (при ручной и полуавтоматической сварке βf= 0,7); Rwf – расчетное сопротивление угловых швов условному срезу по металлу шва, для электродов Э42 (Э42А), Э46 (Э46А), Э50 (Э50А), Э60, Э70, Э85 соответственно Rwf =180 МПа (1800 кгс/см2), 200 (2000), 215 (2150), 240 (2400), 280 (2800), 340 (3400); = 1 (для районов с плохими климатическими условиями= 0,85);- коэффициент условий работы конструкции;βz – коэффициент для расчета углового шва границы сплавления, βz = 1…1,15; Rwz - расчетное сопротивление зоны сплавления (табл. 3); – то же, что и;Rth - расчетное сопротивление стали растяжению в направлении толщины проката, Rth = 0,5Ry.
Во фланцевых соединениях элементов замкнутого профиля для обеспечения необходимой длины сварных швов, как правило, используют дополнительные элементы в виде ребер из листового проката. Ребро должно иметь длину 1,5 меньшей стороны профиля (но не менее 200 мм) и толщину не более 1,2 толщины профиля.
В сжатых соединениях на фланцах последние, как правило, в 1,5…2 раза тоньше, чем в растянутых. При этом опорный фланец, через который опорное давление фермы передается на поддерживающую конструкцию, должен быть проверен расчетом из условия прочности на смятие:
V/(bfltflRp)≤1, (44)
где V – опорное давление (опорная реакция) фермы; bfl и tfl - соответственно ширина и толщина фланца; – коэффициент условий работы,= 1;Rp – расчетное сопротивление стали смятию торцевой поверхности (табл. 3).