4. Методы определения расчета усилий

При расчете сварных конструкций на прочность существует два принципа расчета.

Первый — оценка несущей способности конструкций и соединений по предельным состояниям,

второй — по допускаемым напряжениям. Первый применяется при расчете строительных конструкций, второй — машиностроительных и трубопроводов.

Принцип расчета строительных конструкций по предельным состояниям заключается в том, что указанные конструкции рассчитывают на такие силовые воздействия, при которых они перестают удовлетворять требованиям, заданным при их проектировании.

В зависимости от вида конструкции, ее назначения и эксплуатационных требований различают две группы предельных состояний.

Первая группа характеризуется потерей несущей способности или непригодности к эксплуатации сварной конструкции. К ней относятся: разрушение любого характера (хрупкое, вязкое и т.д.), возникающее под воздействием силовых факторов или неблагоприятного влияния внешней среды или того и другого вместе; качественное изменение конфигурации конструкции, делающее невозможным дальнейшую ее эксплуатацию; появление ползучести, чрезмерного раскрытия трещин, текучести металла и т. п. Иными слонами, появление первой группы предельных состояний требует прекращения эксплуатации конструкции.

Вторая группа предельных состояний не прекращает, но затрудняет нормальную эксплуатацию конструкций. В этом случае снижается долговечность конструкций или в ней появляются недопустимые перемещения, на пример прогибы.

При расчете по предельным состояниям за основные характеристики сопротивления стали силовым воздействиям приняты нормативные сопротивления, которые устанавливаются исходя из механических свойств материала.

В качестве нормативных сопротивлений принимают-

назначение зависит от степени ответственности и капитальности зданий, а также значимости последствий наступления тех или иных предельных состояний. Этот коэффициент учитывают при определе­нии расчетных сопротивлений стали или для корректировки расчетных нагрузок.

Расчетное сопротивление для сварных соединений определяют в зависимости от величины расчетных сопротивлений основного металла. При этом расчетное сопротивление зависит от конструктивных особенностей соединения, технологии его выполнения и характера нагрузок.

Определение расчетных сопротивлений для угловых швов зависит от ориентации шва относительно направлении действующею усилия, причем в расчет принимаются naiifi i ice неблагоприятные условия (фланговый шов)- Установлены два расчетных сопротивления — по металлу шва R_Wf и по металлу границы оплавления R_wz, исходя из вариантов возможного характера разрушения.

Расчетные сопротивления металла шва устанавливают в зависимости от применяемых сварочных материалов.

Расчеты по допускаемым напряжениям

Расчет прочности при проектировании машиностроительных сварных конструкций и трубопроводов производится по допускаемым напряжениям. Так же, как и расчетные сопротивления при проектировании строительных конструкций, величина допускаемых напряжении зависит от следующих условий:

1. Свойства материалов могут изменяться в зависимости от способа их производства, изменения химического состава в пределах нормативных значений, методов и способов обработки. Сталь может подвергаться термообработке, изменяя при этом свои свойства. Поэтому чем выше механические свойства материала, тем выше допускаемые напряжения.

Чем выше точность производимых расчетов, допускаемые напряжения тем выше.

2. Большое значение имеет также характер нагрузок, при которых работает конструкция. Наибольшее значение допускаемые напряжения имеют при статической нагрузке, при переменных нагрузках его величина уменьшается.

В итоге допускаемое напряжение, условно принимае­мое в качестве разрушающего, рассчитывают с учетом коэффициента запаса прочности, который всегда больше I. Обычно принимают /1=1,4...1,6.

Допускаемое напряжение при растяжении [а] начинается основным, так как допускаемые напряжения при других видах усилий определяются как производные от него.

Основное допускаемое напряжение [о]_р при статическом нагружении определяется в зависимости от предела текучести:

[σ] = σ _т/n,

Где n- коэффициент, учитывающий характер переменной нагрузки.

Типовые фермы собирают с помощью механизированной инвентарной

оснастки. Фермы, изготовляемые по индивидуальным проектам, собирают по копиру или в кондукторе на сборочной плите.

Процесс сборки ферм включает следующие операции: подготовительные - ознакомление с чертежом, выбор варианта сборки, подготовку рабочего места,

приспособлений и инструмента, приемку и раскладку полуфабриката; сборку

копира или кондуктора; сборку половинки (плоскости) фермы на копире; кантовку половинки и оформление второй плоскости фермы; сдачу собранной

фермы ОТК.

Сборка копира. Копир собирают высококвалифицированные рабочие,

так как от точности размеров копира и правильности расстановки деталей

в нем зависит качество собранных ферм.

Копир собирают двумя способами. При первом способе (рис.1а) поясные уголки полкой вниз выкладывают на сборочную плиту 3 или стеллажи, размечают осевые линии и точки пересечения линий в местах установки раскосов и стоек, узловые фасонки подводят снизу, а раскосы и стойки обрешетки устанавливают сверху. В рабочее

Положение собранный копир перекантовывают. При втором способе (рис.1б)

Поясные уголки 1 устанавливают на перо (на подставку), узловые фасонки располагают сверху, а раскосы 4 и стойки подводят снизу. Первый способ

более рациональный, так как при нем не применяются подставки под поясные уголки, детали заводят снизу и поэтому сокращается количество крановых

операций, сборка идет быстрее и с большей точностью.

Сборку копира начинают с выкладки на сборочных козелках или плитах

3 поясных уголков 1 фермы. При наличии заводских стыков производят их стыковку; заваривают стык при сварке фермы.

К торцам поясных уголков 1 устанавливают на прихватках технологические планки (ТП) для разметки на них точек пересечения осевых линий в соответствии с геометрической схемой фермы (точки а, b, с, d). На

поясных уголках намечают осевую линию (риску) с помощью намеленного шнура. Затем размечают концевые фасонки фермы (рис.2) и наносят точки

пересечения осевых линий на поясных уголках с осевыми линиями раскосов,

после чего концевые фасонки поясов прихватывают в проектном положении.

При разметке поясных уголков увязывают положение точек с и d (рис.1) с отверстиями на второй полке поясного уголка по размерам чертежа.

Рис. 1. Сборка копира фермы:

а - вариант установки поясных уголков полкой вниз, б - вариант установки поясных уголков полкой вверх; 1 - поясные уголки фермы, 2 - намечаемые осевые линии фермы, 3 - сборочная плита, 4 - раскос; ТП - технологические планки, a, b, c, d - контрольные осевые точки.

Примыкание концевых фасонок нижнего пояса к колонам может осуществляться через фланцы или через фасону. В первом случае осевую линию пояса наносят на фасонке перпендикулярно стороне примыкания фланца, а во втором - ось пояса прочерчивают перпендикулярно оси монтажных отверстий.

Разметку узловых фасонок 3 (рис.3) начинают с нанесения линии положения

обушка поясного уголка (размер k) и наметки на поясных уголках положения фасонок (размеры т, n), затем фасонки прихватывают к поясным уголкам. Схема

построения копира приведена на рис.4. Фасонку поджимают к поясным уголкам струбциной или эксцентриковым зажимом (рис.5)

Следующим этапом в соответствии с геометрической схемой фиксируют на стеллажах поясные уголки. При этом необходимо выдержать длину L и высоту фермы h₁ и h₂ (см. рис.4). Пояса фермы 2 (рис.6) фиксируют к стеллажам 1 съемными винтовыми прижимами 3. После контроля геометрических размеров намечают с помощью шнура на узловых фасонках осевые линии для установки раскосов и стоек фермы. Осевыми линиями соединяют точки g (см.рис.4), размеченные на поясных уголках в соответствии с геометрической схемой. Установив раскосы и стойки по осям (рис.7) и выдержав размеры от торца уголка до точек т, n, р, с согласно чертежу, их прихватывают электросваркой.

Завершающей операцией размечают и прихватывают сухари (прокладки) на поясах и элементах решетки.

После сдачи ОТК готовый копир перекантовывают на 180⁰ и устанавливают на сборочных козелках для дальнейшей сборки ферм.

Сборка фермы по копиру. Ферму собирает то же звено, которое изготовило копир. Перед сборкой детали фермы раскладывают на рабочем месте таким образом, чтобы избежать лишних движений и перемещений в процессе сборки (рис.8).

Сначала по копиру устанавливают одноименные детали узловых фасонок и прокладок. Концевые опорные фасонки с отверстиями фиксируют сборочными пробками. Опорные узлы фермы собирают с опорными фланцами по разметке (рис.9). Затем устанавливают поясные уголки и проверяют положение полок уголков по копиру (рус.10), совмещая отверстия в уголках копира и фермы с помощью угольника 2. Уголки решетки фермы устанавливают, выдержав расстояние от торца уголка до центра узла (см. рис.7).

Закончив сборку половинки фермы (плоскости), снимают ее с копира, перекантовывают на 1800 и выкладывают на сборочные стеллажи.

Полностью ферму оформляют так же, как при сборке половины ее плоскости, кроме прокладок и фасонок.

На собранной плоскости устанавливают вторые одноименные детали - поясные уголки и уголки решетки (стойки и раскосы) - и прихватывают их.

Подстропильные фермы и связи собирают, так же как и стропильные фермы, по копиру с использованием фиксаторов. Связи имеют большое количество монтажных отверстий, расположенных под различными углами к осям продольных уголков, в то время как в большей части других конструкций монтажные отверстия расположены на осях, пересекающихся под прямым углом. Монтажные отверстия в прямоугольных координатах гораздо легче увязывать между собой, чем отверстия, лежащие на осях, пересекающихся между собой под углами, отличными от прямого. Поэтому в сборке связей наиболее сложной является увязка монтажных отверстий. Неточность в сборке связей снижает качество монтажных соединений.

Рис.2. Разметка концевых фасонок:а - опорный элемент при опирании фермы через фланцы, б - опорный элемент при опирании фермы через фасонку (стрелками указаны контролируемые размеры)

Рис.3. Разметка узловых фасонок:

1 - поясной уголок , 2 - риска, 3 - узловая фасонка; k -размер выступающей части узловой фасонки от обушка поясного уголка, mn -размеры положения узловой фасонки относительно поясного уголка.

Рис.4. Схема построения копира:

1 - длина отправочного элемента фермы, h₁ h₂ - высота фермы на опоре и в пролете, d₁ d₂ --оси расположения раскосов, g - точки пересечения осей раскосов и поясов фермы.

Рис.5. Зажимные сборочные приспособления: а - струбцина, б - эксцентриковый зажим, в - вилка

Рис.6. Закрепление поясов фермы на стеллажах: 1 - стеллаж, 2 - пояс фермы, 3 - винтовой прижим

Рис.7. Установка раскосов и стойки фермы: 0 - точка пересечения осевых линий, с, р, т, n - установленные размеры раскосов и стойки

Рис.8. Схема раскладки деталей фермы на рабочем месте (указано пунктиром):

Рис.9. Схема разметки и установки опорного фланца на нижний пояс фермы:

1 - технологические планки для навески опорного фланца, 2 - опорный фланец; 3 - концевая фасонка нижнего пояса, t - толщина концевой фасонки, h, h₁ , a , b - установочные размеры.

Рис.10. Закрепление поясов фермы на стеллажах:

1 - копир, 2 -угольник

Исходные данные

Н еобходимо рассчитать и законструировать стропильную ферму покрытия пролётом 27 м. Шаг ферм 8 м, сечение элементов решетки фермы выполнены из парных уголков, пояса из тавров. Покрытие тёплое. Климатический район по снеговому покрову – IV. Материал фермы – сталь марки 14Г2 (ГОСТ 19282 – 73*), соответствует марке С345 по ГОСТ 27772-88*, соединения стержней в узлах фермы сварные, коэффициент надёжности по назначению зданий . Высота фермы по наружным граням поясов 3150 мм.

Рис. 1. Схема стропильной фермы

Сбор нагрузок на ферму

На ферму действуют два вида нагрузок:

1. постоянная от собственного веса конструкций покрытия;

2. временная снеговая, которую можно отнести только к кратковременной с полным нормативным ее значением.

Величины расчетных нагрузок на 1 м² (горизонтальной проекции) площади покрытия от собственного веса конструкции удобно определять в табличной форме.

Таблица 1.