кН/см2;

Стержень 1-2 (опорный раскос):

см2;



Определяем требуемые радиусы инерции:

л=70ч100; ;

Принимаем сечение стержня 1-2, из 2-х уголков 125х12 (А = 2•28.9 = 57.8см2, ix=3,82см, iy = 5.55 см при t1 = 12мм). Определяем гибкости стержня:

; ;

Значения гибкостей элемента не превосходят предельной гибкости [] = 120. По максимальной гибкости max = x = 78 находим коэффициент цmin = 0,699. Проверяем напряжения в стержне:

кН/см2 - верно;

Стержень 4-5

см2;

Принимаем сечение стержня 5-6 из 2-х уголков 90х6 (А = 2•10,6 = 21,2см2, ix = 2,78см, iy = 4,11см при t1 = 12мм). Определяем гибкости стержня:

;;



Значения гибкостей элемента не превосходят предельной гибкости [] = 150. По максимальной гибкости max = x = 123 находим коэффициент цmin = 0,403. Проверяем напряжения в стержне:

кН/см2 - верно;

Стержни 3-4;

Определяем требуемые минимальные радиусы инерции:

;

Гибкость стержня слишком большая, необходимо изменить сечение. Принимаем сечение стержня 3-4 из 2-х уголков 90х6 (А = 2•10,6 = 21,2см2, ix = 2,7см, iy =4,04см при t1 = 12мм). Определяем гибкости стержня:

; ;

Значения гибкостей элемента не превосходят предельной гибкости [] = 150. По максимальной гибкости max = x = 90 находим коэффициент цmin = 0,612. Проверяем напряжения в стержне:

кН/см2

;

Требуемая площадь сечения растянутых стержней определяется по формуле:

,

где N - расчетное усилие в стержне;

Ry - расчетное сопротивление стали;Rу= 23кН/см2;

c - коэффициент условий работы, определяемый по табл.29 «Нормативных и справочных материалов»; для нижнего пояса фермы c = 0,95; для растянутых раскосов c = 0,95;

По сортаменту определяем ближайшие большие по площади уголки, компонуем в соответствии с рекомендациями, сечение и выписываем геометрические характеристики сеченияA, ixиiy. После этого определяем гибкости стержня в плоскости и из плоскости фермы x, y по формулам:

; .

Гибкость растянутых стержней не должна превышать [] = 400. Далее проверяем прочность стержней по формуле:

,

где N - расчетное усилие в стержне;

А - площадь сечения двух принятых уголков;

Ry - расчетное сопротивление стали;Rу= 23кН/см2;

c - коэффициент условий работы; c = 0,95 (для всех растянутых элементов).

Стержень Н-5:



см2;

Принимаем сечение стержня 1-5 из 2-х уголков 125х12(А = 2•28.9 =87.8см2, ix= 3,82см, iy = 5,55см при t1 = 12мм). Определяем гибкости стержня:

; ;

Значения гибкостей элементов не превосходят предельной гибкости [] = 400. Проверяем прочность стержня:

кН/см2 .

Стержень 2-3:

см2;

Принимаем сечение стержня 3-5 из 2-х уголков 100х8 (А = 2•15.4 = 30.8см2, ix= 3.07см, iy = 4,47см при t1 = 12мм). Определяем гибкости стержня:

; ;

Значения гибкостей элементов не превосходят предельной гибкости [] = 400. Проверяем прочность стержня:



кН/см2

Подбор и проверка сечений стержней фермы

При конструировании стержней следует обратить внимание на размещение соединительных прокладок, обеспечивающих совместную работу двух уголков, составляющих стержень.

Соединительные прокладки в сжатых стержнях ставятся на расстояниях lп ? 40•iyои не менее двух прокладок на стержне, а в растянутых ставятся на расстояниях lп ? 80•iyо и не менее одной прокладки на стержне (iyо- радиус инерции одного уголка относительно оси, параллельной плоскости прокладки).

Таблица 6.2

Элемент фермы	Обозначение стержня	Сечение (2 уголка)	Площадь А, см2	Расчетное усилие N, кН	Расчетные длины, см	Радиусы инерции, см	Гибкости	Коэффициент условий работы c	Коэффициент ц для сжатых стержней	Напряжение у, кН/см2
					lx	ly	ix	iy	x	y	[]			-	+
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16
Пояса	верхний	A-1	160х12	74.8	237.4	300	300	4.94	6.95	61	43	120	0,95	-	0	-
		B-3			-979	300	300	4.94	6.95	61	43	120	0,95	0,799	17.5	-
		C-4			-979	300	300	4.94	6.95	61	43	120	0,95	0,799	17.5	-
	нижний	H-2	125x12	87.8	+568	600	600	3.82	5.55	1555	104	400	0,95	-	-	13.3
		H-5		87.8	+1143	600	600	3.82	5.55	1555	104	400	0,95	-	-	13.3
Раскосы	1-2	125х12	87.8	-830.8	214	428	3.82	5.55	56	78	120	0,95	0,699	21.7	-
	2-3	100х8	30.8	+568.4	342	428	3.07	4.47	111	85	400	0,95	-	-	20.6
	4-5	90х6	21,2	-273.7	342	428	2,78	4,11	123	104	150	0,8	0,403	17.8	-
		75х7	20,2	0	342	428	3,47	2,53	149	123	400	0,95	-	20,1	0
Стойки	3-4	90х6	21,2	-43.1	244	305	2,78	4,04	90	76	150	0,8	0,612	10.8	-

6.4 Расчет и конструирование узлов стропильных ферм

Порядок конструирования и расчета узлов стропильных ферм следующий:

- провести осевые линии элементов гак, чтобы они сходились в центре узла;

- к осевым линиям «привязать» поясные уголки. Для этого определить по сортаменту размер Zo от центра тяжести уголка до обушка и округлить его по правилу округления до 5 мм, получив тем самым расстояние от обушка уголка до осевой линии. Таким же образом нанести контурные линии стержней решетки. Расстояние между краями элементов решетки и пояса в узлах следует принимать равным a = 6•t - 20 мм, но не более 80 мм (здесь t - толщина фасонки, мм);

- рассчитать прикрепление стержней решетки к фасонкам угловыми швами. Усилие N, действующее в прикрепленном стержне, распределяется между швами по перу и обушку уголка (рис. 6.6).

Рис. 6.6. К расчету сварных швов.

Усилия, действующие на сварные швы по обушку и по перу, определяются по формуле:



,

где N - расчетное усилие в стержне;

б - коэффициент распределения усилий по сварным швам, принимаемый приближенно: для равнобоких уголков б = 0,3; для неравнобоких уголков, прикрепляемых узкой полкой, б = 0,25; для неравнобоких уголков, прикрепляемых широкой полкой, б = 0,35.

Требуемая длина сварных швов определяется по формулам:

- для шва по перу:

;

- для шва по обушку:

,

где Nоб - расчетное усилие на шов по обушку;

Nп - расчетное усилие на шов по перу;

вf- коэффициент глубины проплавления шва, определяемый по табл.20 «Нормативных и справочных материалов». Для полуавтоматической сварки при катете шва до 8мм вf = 0,9;

- катет углового шва по обушку, принимаемый равным: для опорного раскоса 1,0см; для следующего раскоса 0,8см; для третьего раскоса 0,6см; для остальных раскосов и стоек 0,4см;

- катет углового шва по перу, принимаемый равным: для опорного раскоса 0,8см; для следующего раскоса 0,6см; для остальных раскосов и стоек 0,4см;

Rwf- расчетное сопротивление углового шва, определяемое по табл.19 «Нормативных и справочных материалов». Для сварки электродами Э-42 Rwf = 18кН/см2.

Расчет сварных швов в узлах фермы для удобства выполним в табличной форме (табл. 6.2). Размеры фасонок зависят от длины швов крепления к ней стержней решетки.

Таблица 6.2.

Элемент	Обозначение стержня	Расчетные усилия N, кН	Шов по обушку	Шов по перу
			, кН	, см	, см	, кН	, см	, см
Раскосы	1-2	879,8	0	1	0,00	263,94	0,8	11,18
	2-3	635,4	0	0,8	0,00	190,62	0,6	10,81
	4-5	188,7	132,09	0,6	6,79	56,61	0,4	5,37
Стойки	3-4	139,7	45,934	0,4	3,54	41,91	0,4	4,23

Должны соблюдаться следующие условия: lw ? 85• вf•Kf; lw? 4•Kf;lw? 40мм. Первое условие выполняется во всех случаях. Где не выполняется второе и третье условие, длину швов принимаемlw= 40мм. Полученные значения длин швов округляются в большую сторону до целого числа.

Расчет и конструирование опорных узлов

Верхний опорный узел (рисунок 3.7).

В опорном сечении фермы возникает отрицательный момент (-Mmax). Для расчета узла опорный момент заменяем парой сил H:

H=I-MmaxI/h0,

где: h0=2,15м - плечо для двускатных ферм.

H=510.443/2,15=249 кН.

Требуемую площадь болтов нормальной точности определяем по формуле:

УAb=H/Rbt,

где: Rbt - расчетное сопротивление болта на растяжение, принимаемое в зависимости от класса болта. Принимаем класс болтов 5.6 (Rbt=210 МПа).

УAb=249*1000/210=1190мм2.

Минимальное количество болтов:

n=УAb/A,

где А=303 мм2 - площадь сечения одного болта по нарезке резьбы болта с наружным диаметром dнар=22 мм.

n=1190/303=3,6, принимаем n=4.

Болты устанавливают симметрично относительно центра узла с соблюдением конструктивных требований, в результате определяется длина фланца. Толщину фланца определяем из условия прочности на изгиб, рассматривая его как балку с защемленными опорами пролетом b (а - длина фланца):

,

tфл=(3*249*90*1000/(4*280*240))0,5=15.8 мм <tфлmin=16 мм, принимаем tфл=16 мм.

Швы, прикрепляющие фасонку к фланцу, работают на срез. Так как длина швов известна, то при заданной толщине шва kf можно проверить прочность:

,

или из условия прочности определить kf:

,

kf?249*103/(0.9*180*2*(280-10)=2.8 мм, принимаем kf=5 мм.

Требуемая длина сварных швов из условия прочности угловых швов на условный срез по металлу шва определена в таблице 6 для стержня В-1.

Рисунок 6.7 Верхний опорный узел

Нижний опорный узел (рисунок 6.2).

Толщину фланца нижнего опорного узла принимаем равной толщине фланца верхнего опорного узла: tфл=16 мм. Ширину фланца принимаем конструктивно: bфл=180 мм.

Проверяем условие прочности торцевой поверхности на смятие:

,

где Rр - расчетное сопротивление на смятие торцевой поверхности с пригонкой по ГОСТ 27772-88, Rр=360 МПа;

V=367,65 кН - опорная реакция фермы.

у=367,65*103/(180*16)=116.7 МПа <Rр=360 МПа.

В швах, прикрепляющих фасонку к фланцу, возникают срезающие напряжения:

- от опорной реакции вдоль шва:

,

фwv=367,65*103/[2*(450-10)*0.9*6]=70.7 МПа;

- от распора Н перпендикулярно шву:

,

фwH=173,4*103/[2*(450-10)*0.9*6]=52.0 МПа;

- от изгибающего момента вследствие эксцентричного действия силы H, создающей момент M=e*H:

,

фwM=6*150*173,4*103/[2*(450-10)2*0.9*6]=106.3 МПа.

Прочность швов при условном срезе проверяют по формуле:

,

фef=[70.72+(52.0+106.3)2]0.5=173.4 МПа <Rwf=180 МПа - условие прочности выполняется.

Для крепления фермы к колонне предусматривают болты нормальной точности, которые работают на растяжение. С целью унификации наружный диаметр болтов нижнего узла принимают, как и для верхнего - dнар=22 мм.

Опорный столик передает опорную реакцию V на колонну. Из условия прочности сварных швов на срез при известном значении катета шва определяем длину столика:

мм,

где 2/3 - учитывает возможный эксцентриситет приложения опорной реакции.

lст=2/3*36065*103/(0.9*10*180)+10=148.3 мм.

Принимаем lст=160 мм.

Ширину столика принимаем конструктивно:

bs=bфл+(50…100) мм,

bs=180+40=220 мм.



7. Расчет и конструирование подкрановой балки

вес поднимаемого груза - Q=50 кН,

пролет крана - 14,5 м,

база крана -5600 мм,

ширина крана - 3150 мм,

нагрузка на колесо 380 кН,

вес тележки Gт=132 кН,

вес крана с тележкой G=475 кН,

Нормативный вес подкрановой балки

Fк,max=380

Tk=380*0,1=38

Fк= 380*1,1*1,1=459.8кН,

Tk=1,1*38=41.8 кН



Mx= б? Fkyi; Mу= ? Tkyi;

б=1,05;

Mx=1.05*0.95*459.8*5.57=2554.68кНм

Mx=0,95*41.8*5.57=221.19кНм

Qх=1,02*0,95*459.8*2.856=1272.5кН

Qy=0,95*41.8*2.856=113.4кН

Подбор сечения балки

W=Mгв/R=255468*1.14*0.95/24=11528см3

Л=h/t=120

Минимальная высота балки

Где Мх-момент от загружения балки одним краном



Принимаем

Зададимся толщиной поясов

Определяем минимальную толщину стенки

- из условия среза

Принимаем толщину стенки

Находим требуемую площадь поясов

Принимаем

Геометрические характеристики принятого сечения главной балки равны:



А затем, геометрические характеристики тормозной балки относительно оси у-у ( в состав тормозной балки входит верхний пояс, тормозной лист и швеллер)

Проверка нормального напряжения

Прочность стенки на действие касательных напряжений на опоре обеспечена, так как принятая толщина стенки больше определенной из условия среза.

Жесткость балки также обеспечена, так как принятая высота балки

Проверим прочность стенки балки от действия местных напряжений под колесом крана

Проверка стенки на совместное действие нормальных, касательных и местных напряжений на уровне верхних поясных швов

При проверке прочности стенок подкрановых балок особого режима работы следует учитывать все компоненты напряженного состояния

Устойчивость стенки подкрановой балки проверяется с учетом нормальных напряжений



Список литературы

1. Кудишин Ю.И. Металлические конструкции. 2007.

2. Металлические конструкции. Под ред. Г. С. Веденикова. М., 1998.

3. СНиП II-23-81*. Нормы проектирования. Стальные конструкции. М.,1996.

4. СНиП 2.01.07-85*.Нормы проектирования. Нагрузки и воздействия.М.,2003.

5. Пособие по проектированию стальных конструкций (к СНиП II-23-81*.Стальные конструкции). М., 1985.

6. Справочник проектировщика. Металлические конструкции. КузнецовВ.В. и коллектив. М., изд-во АСВ, 1998.

7. Свод правил СП 53-102-2004. Общие правила проектированиястальных конструкций., 2005.

Размещено на Allbest.ru