Проектування вузлів ферми

5. Проектування вузлів ферми

При виконанні курсового проекту треба спроектувати один вузол ферми.

5.1 Розрахунок і конструювання вузлів ферми з парних кутиків

Як було вказано раніше, вузли ферм з парних кутиків проектують за допомогою фасонок. Вони являють собою стальні пластини, що розташовані у межах вузла (див. рис.5.2в). До фасонки приварюються стержні, які сходяться у вузлі, кутовими фланговими швами. Найменування елементів кутика наведене на рис.5.1.

Рис.5.1 Елементи кутику

Розглянемо розрахунок і конструювання другого зліва вузла верхнього поясу, у якому сходяться стержні В1, В2, Р1 і Р2 (див. рис 3.1). Спочатку необхідно на кресленні зобразити осьові штрих-пунктирні лінії (рис.5.2а). Вони співпадають з центрами ваги перерізу, які знаходяться у точці перетинання осей Х-Х І У-У (див рис.4.1). Осьові лінії повинні перетинатися в однієї точці – центрі вузла. Їх взаємне розташування (кути φ₁ і φ₂) треба взяти з геометричної схеми ферми.

Потім на креслення наносять контурні лінії стержнів. Для цього необхідно:

1) за сортаментом знайти відстань від центру ваги перерізу до обушка z_o (див. рис. 4.1а) для усіх стержнів, що сходяться у вузлі

2) округлити ці відстані кратно 5мм

3) паралельно осьовим лініям на відстанях z_o з верхньої сторони провести контурні лінії №1, що позначають зовнішні грані стержнів по обушку (див. рис. 5.4б)

4) паралельно лініям №1 знизу на відстанях t і b (див. рис. 4.1а і 5.1) провести контурні лінії №2 і №3, що позначають відповідно внутрішню грань полиці кутика і крайню точку пера (див. рис 5.2б).

Рис.5.2 Послідовність побудови вузла ферми з парних кутиків

Кінці кутиків розкосів Р1 і Р2 повинні бути обрізані перпендикулярно до осьової лінії. При цьому, відстань між краями розкосів і верхнього поясу у світлі а (див. рис.5.2б) повинна бути не менше (6·δ – 20)мм та не більше 80мм. Тут δ, мм – товщина фасонки (див. рис.4.1), знайдена за таблицею 4.3.

При проектуванні вузла необхідно визначити розміри зварних швів, які кріплять до фасонки стержні, що сходяться у вузлі. Розкоси кріпляться до фасонки фланговими кутовими швами, які починаються у торця стержня (у точках А, В, С і D) і розташовуються паралельно осьовим лініям біля обушка і пера (див. рис 5.2в).

Потрібна довжина зварного шва на один кутик розкосу Р1 або Р2

- біля обушка (шов1 і шов3 на рис.5.2в)

 (5.1)

- біля пера (шов2 і шов4 на рис.5.2в)

 (5.2)

де N – поздовжня сила у розкосі від повного розрахункового навантаження за табл.3.2 (по абсолютній величині)

к – доля сили N, що приходиться на зварні шви біля обушка; для рівно поличних кутиків к=0,7

k_f^об і k_f^п – катети кутових зварних швів відповідно біля обушка і пера

(β·R_ω)_min – менше із значень: β_f·R_ωf і β_z·R_ωz

β_f і β_z – коефіцієнти глибини проплавлення шва відповідно при зрізі по металу шва і металу межі сплавлення

R_ωf і R_ωz – розрахункові опори кутових швів на зріз відповідно по металу шва і металу межі сплавлення

γ_с=1 – коефіцієнт умов роботи конструкції

2 (у знаменнику) – кількість кутиків у стержні.

Значення k_f^об і k_f^п повинні задовольняти вимогам п.12.8а,б [2]. Як правило, катет шва біля обушка k_f^об приймають не більше товщини полиці (t) кутика, що приварюється. При виконанні курсового проекту можна прийняти k_f^об=t. Катет шва біля пера k_f^п=t-(1...2)мм. У будь якому випадку k_f^об≥4мм, k_f^п≥4мм.Шви, що кріплять кутики до фасонки, виконуються ручним зварюванням. Тоді, згідно з таблицею 34* [2] β_f=0,7; β_z=1.

Розрахунковий опір R_ωf у відповідності з таблицею 56 [2] складає для електрода типа

Э42 – 180МПа

Э46 – 200МПа

Э50 – 215МПа.

При виконанні курсового проекту тип електрода прийняти самостійно.

Розрахунковий опір R_ωz у відповідності з таблицею 3 [2] знаходиться за формулою:

, (5.3)

де R_un - нормативний тимчасовий опір сталі.

Якщо ферма виготовляється із сталі марки ВСт3пс6-1 за ТУ 14-1-3023-80, то за табл.51* [2] R_un=370МПа=37кН/см².

При використанні електрода типа Э42

β_f·R_ωf=0,7·180=126МПа

β_z·R_ωz=1·0,45·370=167МПа

(β·R_ω)_min=β_f·R_ωf=126МПа=12,6кН/см².

Довжини зварних швів, що розраховані за формулами (5.1) і (5.2), треба округлити у більшу сторону кратно 1см. Вони повинні бути не менше 6см.

Знайдені значення l_f^об і l_f^п для кожного розкосу треба відкласти від торця кутиків паралельно осьовій лінії стержня, тобто від точок А, В, С і D (див. рис 5.2б). Точки А₁, В₁, С₁ і D₁, що відповідають кінцям зварних швів, дозволяють визначити контур фасонки. Її необхідно проектувати таким чином, щоб на ній розмістились зварні шви, довжини яких розраховані за формулами (5.1) і (5.2). При цьому, форма фасонки повинна бути простою, наприклад у вигляді прямокутника. Щоб цього домогтися, фактичні довжини швів l_f^об і l_f^п (див. рис 5.2в) можна прийняти більше знайдених розрахункових значень l_f^об і l_f^п (див. рис 5.2б).

Креслення, наведені на рис 5.2, є пояснювальною схемою до розрахунку і конструювання, а не детальним кресленням вузла, що виконується у графічній частині проекту.