Расчет острых опорных узлов

4.12. К опорным узлам относятся концевые узлы ферм, работающие на изгиб (рис. 4.4).

Рис. 4.4. Острый опорный узел

Класс острого опорного узла главной фермы пролетного строения определяется:

по нормальным напряжениям от изгиба в сечениях (см. рис. 4.4): а) 1-1 – вместе ответвления поясов; б) 2-2 – удаленном от сечения 1-1 на расстояние 0,4 – 0,5 м; в) у обрыва горизонтальных листов;

по касательным напряжениям на опоре по прочности вертикальных пакетов у нейтральной оси и по прочности горизонтальных поясных заклепок.

Все расчетные сечения принимаются вертикальными.

Допускаемая временная нагрузка по нормальным напряжениям, кН/м пути (тс/м пути), для острого опорного узла рассчитывается на:

прочность

; (4.24)

выносливость

; (4.25)

где c=1,05 – поправочный коэффициент принимается по п. 2.12; W₀ – расчетный момент сопротивления рассматриваемого поперечного сечения пояса, см³ (п. 3.3); l – расчетный пролет, м; a₀ – расстояние от оси опирания фермы до рассматриваемого сечения, м.

При расчете по касательным напряжениям допускаемая временная нагрузка, кН/м пути (тс/м пути),

; (4.26)

Другие обозначения в формулах (4.24) – (4.26) см. пп. 3.2, 3.7, 3.13, 4.1.

Класс элемента определяется по формуле (1.1) при и .

Допускаемая временная нагрузка по прочности поясных заклепок или поясных заклепок или поясных швов определяется по указаниям п. 3.9.

5. Расчет связей и портальных рам расчет связей

5.1. Продольные связи главных ферм пролетных строений проверяют по гибкости .

Максимальная допускаемая гибкость связей принимается:

для элементов продольных связей, расположенных в плоскости растянутых поясов, 200;

для элементов продольных связей, расположенных в плоскости сжатых поясов, а также для поперечных и тормозных связей – 150.

Свободная длина элементов связей l₀ определяется так же, как при расчете решетки главных ферм (п. 4.5). При двустенчатых поясах за геометрическую длину элементов связей принимается длина их между внутренними стенками поясов.

Для перекрещивающихся диагоналей связей из одиночных уголков проверка выполняется в двух предположениях:

радиус инерции сечения r принимается относительно оси, проходящей через центр тяжести сечения и параллельной плоскости связей, а свободная длина – как для решетки сложных систем (п. 4.5).

радиус инерции сечения принимается минимальным, а свободная длина – равной половине расстояния между центрами прикрепления диагонали.

Расчет портальных рам

5.2. При определении грузоподъемности опорных раскосов или стоек главных ферм, как ног портальных рам, учитываются постоянные нагрузки, вертикальная нагрузка от подвижного состава и горизонтальная нагрузка от поперечного ветра.

5.3. Допускаемая временная нагрузка, кН/м пути (тс/м пути), при расчете ноги портальной рамы на прочность

, (5.1)

где - доля вертикальной нагрузки от подвижного состава, приходящаяся на одну ферму (см. п. 2.15); - коэффициент надежности к вертикальной нагрузке от подвижного состава, принимается в соответствии с указаниями п. 2.8; - коэффициент сочетания к вертикальной нагрузке от подвижного состава, равный 0,95 (п. 2.10); - коэффициент размерности, равный 0,10 при расчетах в системе СИ и 1,0 – в СГС (см. п. 2.16); m – коэффициент условий работы, принимаемый равным 1,0 (см. п. 2.11); R – основное расчетное сопротивление металла, МПа (тс/см²), см п. 2.1; - напряжение от ветровой нагрузки в рассчитываемом сечении ноги портальной рамы, определяемое в соответствии с изложенными ниже указаниями, МПа (тс/см²); G – площадь поперечного сечения ноги портальной рамы в рассчитываемом сечении, равная , см² (см. пп. 1.8 и 4.2); - площадь линии влияния осевого усилия в опорном раскосе (опорной стойке), м; - доля постоянной нагрузки, приходящаяся на одну ферму (см. п. 2.2); - расчетная постоянная нагрузка ( - коэффициент надежности к постоянным нагрузкам; - интенсивность каждой из нормативных постоянных нагрузок, принимаемых согласно пп. 2.2 и 2.7), кН/м пути (тс/м пути);

Напряжение от расчетной ветровой нагрузки в рассчитываемом сечении ноги портальной рамы, МПа (тс/см²),

, (5.2)

где , - соответственно напряжения от продольной силы и изгибающего момента, МПа (тс/см²); - продольная сила в ноге портальной рамы от расчетной ветровой нагрузки, кН (тс); значение определяется по формуле (5.3); - коэффициент сочетания к ветровой нагрузке, равный 0,5 (см. п. 2.10); , - коэффициенты размерности; принимаются равными при расчетах в системе СИ соответственно 0,1 и 0,001, в СГС – 1,0 и 0,01; - площадь нетто поперечного сечения ноги портальной рамы в рассчитываемом сечении, см²; - изгибающий момент при расчетах на прочность в проверяемом сечении ноги портальной рамы от расчетной ветровой нагрузки, кНм (тсм); c – поправочный коэффициент, равный 1,05 (см. п. 2.12); - момент сопротивления рассчитываемого поперечного сечения ноги рамы при изгибе из плоскости фермы, см³.

Продольная сила в ноге портальной рамы от расчетной ветровой нагрузки, кН (тс),

, (5.3)

где - опорная реакция от расчетной ветровой нагрузки, кН (тс) (с учетом коэффициента надежности ); опорная реакция определяется, как для горизонтальной ветровой фермы пролетом , м, равным расстоянию между верхними узлами портальных рам; - нормативная интенсивность ветровой нагрузки на верхний пояс фермы, кН/м (тс/м), принимается по п. 2.5; - расстояние от места заделки ¹ ноги портальной рамы до уровня приложения равнодействующей ветрового давления на верхний пояс, м (рис. 5.1 и 5.2):

;

- длина ноги рамы, равная для рамы со сплошным портальным заполнением расстоянию от места заделки до оси ригеля, а для рамы со сквозным заполнением – расстоянию от места заделки до оси верхней распорки, м; - стрела подъема полигонального верхнего пояса фермы (разница в высоте фермы в середине пролета и в верхнем узле портальной рамы, для фермы с параллельными поясами ), м; - угол наклона портальной рамы к горизонту, град; - расстояние от места заделки ноги до нулевой точки эпюры моментов в ноге, м.

При сплошном портальном заполнении (см. рис. 5.1)

. (5.4)

При сквозном портальном заполнении (см. рис. 5.2)

. (5.5)

В формулах (5.4) и (5.5): - расстояние от оси ноги портальной рамы до вершины тупого угла, образованного нижней плоскостью ригеля и внутренним контуром сплошного портального заполнения, м (см. рис. 5.1); - расстояние от места заделки ноги до нижней точки портального заполнения на внутренней ветви ноги портальной рамы, м (см. рис. 5.2 и 5.2); - момент инерции брутто поперечного сечения ноги рамы относительно оси, перпендикулярной плоскости портала, см⁴; - момент инерции брутто поперечного сечения ригеля рамы относительно оси, параллельной продольной оси моста, см⁴; остальные обозначения величин, входящих в формулы (5.4) и (5.5) приведены выше.

¹ Место заделки ноги портальной рамы условно принимается:

для наклонных рам при наличии портальной распорки трубчатого сечения в уровне нижнего пояса – в центре тяжести этой распорки; то же, при отсутствии нижней портальной распорки – в геометрическом центре опорного узла;

для вертикальных рам – в уровне центра тяжести опорной поперечной балки.

Изгибающий момент в наиболее ослабленном сечении ноги портальной рамы от расчетной ветровой нагрузки определяется по эпюре моментов в ноге рамы (см. рис. 5.1 и 5.2) и принимается равным ординате эпюры , кНм (тсм); при необходимости проверки другого сечения ноги портальной рамы (при наличии обрывов горизонтальных или вертикальных листов, повреждений и т.п.) – по эпюре моментов (см. рис. 5.1 и 5.2) на уровне рассчитываемого сечения. Ординаты, определяющие очертание эпюры моментов (см. рис. 5.1 и 5.2), кНм (тсм):

в сечении 1-1

; (5.6)

в месте заделки ноги рамы (сечение 2-2)

(5.7)

Рис. 5.1. Портальная рама со сплошным ригелем и эпюра моментов в ноге рамы.

Рис. 5.2. Портальная рама со сквозным заполнением ригеля и эпюра моментов в ноге рамы.

5.4. Допускаемая временная нагрузка, кН/м пути (тс/м пути), при расчетах ноги портальной рамы на устойчивость определяется по формулам:

если гибкость ноги из плоскости фермы (совпадающей с плоскостью действия момента) больше гибкости в плоскости фермы ,

; (5.8)

если гибкость ноги из плоскости фермы меньше или равна гибкости в плоскости фермы ,

; (5.9)

где m – коэффициент условий работы (п. 2.11); - коэффициент продольного изгиба (п. 2.13 и приложение 8) в плоскости наибольшей гибкости; - коэффициент продольного изгиба при проверке устойчивости из плоскости изгибающего момента, определяемый в соответствии с указаниями, изложенными ниже; - площадь брутто поперечного сечения ноги портальной рамы в расчетном сечении, см²; остальные обозначения в формулах (5.8) и (5.9) те же, что в формуле (5.1).

Коэффициент продольного изгиба для проверки устойчивости элемента в плоскости, перпендикулярной плоскости изгибающего момента,

,

где i₁ – приведенный относительный эксцентриситет из плоскости фермы в рассчитываемом сечении:

;

- изгибающий момент при расчетах на устойчивость в рассчитываемом сечении ноги рамы, кНм (тсм); - максимальное продольное усилие в ноге портальной рамы, кН (тс); - ядровое расстояние по направлению, противоположному эксцентриситету, см; W_бр – момент сопротивления брутто в рассматриваемом сечении для сжатого волокна поперечного сечения ноги рамы при изгибе из плоскости фермы, см³.

Изгибающий момент определяется по эпюре моментов в ноге рамы (см. рис. 5.1 и 5.2) и принимается равным наибольшей ординате этой эпюры, расположенной в средней трети длины ноги рамы. В формуле для определения подставляется значение в плоскости фермы, а значение i - из плоскости фермы.