2.3.1. Пример расчета узла

Рассчитать и запроектировать опорный узел на действие расчетных нагрузок, взятых из таблицы 2.3. Расчетная нормальная сила N = -17274.7 кг (поперечная сила Q = 3749.10 кг (таблица 2.3). Высота сечения 882 мм, ширина 160 мм.

Материалы шарнирного соединения в пяте, сталь марки ВСт3кп2 по ГОСТ 380-71* и гнутый профиль из трубы диаметром 50 мм с толщиной стенки 5 мм по ГОСТ 8732-78*.

Решение

Проверка напряжений в шарнире на смятие производится по формуле (199), п.15.12.2, СП 16.13330.2011:

;

Требуемый радиус шарнира:

Конструктивно принимаем стержень d = 40 мм. При этом для гнутого профиля башмака принимаем половину трубы d = 50 мм с толщиной стенки 5 мм.

Производим проверку торцевого упора арки на смятие. Расчетное сопротивление смятию R_см = R_с = R_и = 140,4 кг/см²;

Требуемая площадь смятия:

F_см = N/ R_см = /140,4 = 123 см²,откуда при b =16cм

lпринимаем l = 40 см.

Исходя их этих размеров, назначаем ширину и длину башмака соответственно 20 и 30 см. Усилие от шарнира передается на башмак через сварной профиль из пластин, имеющий два боковых и одно среднее ребра (рис.2.38). Тогда площадь смятия торца арки под башмаком:

F_см =16∙50 = 800 см²;

Напряжение смятия:

Площадь смятия ребер под сварным профилем:

F_см = (2∙4+12)δ = 20δ;

Требуемая толщина ребер башмака:

Принимаем ребра толщиной 10 мм.

В пределах башмака оголовок работает как плита, защемленная с трех сторон и свободная короткой стороной, с размером в плане 150х140 мм. Максимальный изгибающий момент определяем по формуле:

М = αql² = 0,112∙14²∙28,8 =632,2 кг∙см

q = N/F_см =/800 = 21,6 кг/см²

где d - один из размеров участка: α - коэффициент, принимаемый в зависимости от соотношения сторон участка.

Для консольного участка d -вылет консоли и α = 0.5 .

Для участка опертого по четырем сторонам d-меньшая из его сторон, а α - принимается по таблице 2.6. Для участка опертого по трем сторонам, d - длина свободного края, а α - принимается по таблице 2.7. Здесь при отношении менее 0.5 плита рассчитывается как консольная с вылетом, равным длине закрепленного края.

Для участка, опертого по двум смежным сторонам d-размер диагонали участка и α - принимается по таблице 2.7.

Таблица 2.6

Коэффициент α для расчета плит, опертых на четыре

1	1.1	1.2	1.3	1.4	1.5	1.6	1.7	1.8	1.9	2	> 2
0.048	0.055	0.065	0.069	0.075	0.081	0.086	0.091	0.094	0.098	0.1	0.125

Коэффициент α для расчета плит, опертых на три стороны, при отношениях длины опертой стороны к длине свободного края (или на две стороны при отношениях длины перпендикуляра, опущенного из угла на диагональ, к длине диагонали).

Таблица 2.7

0.5	0.6	0.7	0.8	0.9	1.0	1.2	1.4	2.0	>2
0.06	0.074	0.088	0.097	0.107	0.112	0.120	0.126	0.132	0.133

Требуемый момент сопротивления:

W = δ²/6 = M/R_у = 632,2 /2300 =0,275 см³,откуда:

δ =

Принимаем лист толщиной 1,4 см.

Концевые части пластины оголовка подвергаются изгибу как консольные от равномерно распределенной нагрузки интенсивностью, соответствующей напряжениям смятия по всей внутренней площадке оголовка от нормальной силы.

Рис. 2.38. Опорный узел арки

1 – стальной шарнир; 2 – боковые ребра опорного башмака; 3 – оголовок; 4 – гнутый профиль; 5 – среднее ребро башмака; 6 – болты; 7 – опорная плита; 8 – накладка; 9 – фундамент

q = Nb_пл/F_см =∙20/(50∙16) = 431,87 кг/см

Безопасное расстояние х от края пластины оголовка до ребер башмака определяем из равенства:

W = М_конс/(1,2 R_у) =bt²/6 = 20∙1,4²/6=431,87 ∙ х²/(1,2∙2∙R_и), откуда:

х =

Таким образом, конструктивно длину башмака принимаем:

а =50-2∙10=30см.

На болты, присоединяющие оголовок, действуют усилия, вызываемые поперечной силой при третьей схеме нагружения:

N_б =3749.1∙(16+1,4+13,2/3)/50 = 2009,5 кг .

Необходимый диаметр болта определим исходя из его несущей способности по изгибу согласно СП 64.13330.2011, п. 7.16:

Т_б = n∙250∙d²= N_б при n=2;

d =

Принимаем болты диаметром 24 мм.