СВАРНЫЕ КОНСТРУКЦИИ ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ

Поперечные сечения стержней

Стержни должны обладать достаточной прочностью и жест­костью. Превышение расчетного напряжения относительно допу­скаемого ни в коем случае не должно быть более 5%. Стержни следует конструировать по возможности экономично, т. е. расчет­ные напряжения должны быть близкими к допускаемым. Однако поперечные сечения стержней, нагруженных небольшими продоль­ными силами, часто подбирают из условий жесткости, поэтому в этих стержнях напряжения могут быть незначительны.

Наибольшее значение гибкости X стержней стальных ферм про­мышленных сооружений (см. гл. 19) не должна превышать дан­ных табл. 20.1. В фермах гибкость ограничивается не только в сжатых, но и в растянутых стержнях, чтобы устранить их прови­сание при весьма большой гибкости и вибрации при динамических нагрузках. Сортамент применяемого металла должен быть по возможности однообразным, т. е. следует иметь как можно мень­шее количество разнородных элементов (позиций). Это упрощает и удешевляет изготовление ферм на заводе. Фермы в значитель­ном большинстве случаев конструируют из прокатных профиль­ных элементов. Лучше применять гнутые элементы: они имеют малую толщину и повышенную жесткость по сравнению с про­катными.

При конструировании ферм следует стремиться сократить объ­ем сварочных работ, располагать швы в элементах симметрично и обеспечивать удобное выполнение сварки как на заводе, так и на монтажной площадке.

Рассмотрим определение сечений сжатых поясов. Типы попе­речного сечения сжатых поясов, имеющие наибольшее распрост­ранение, приведены на рис. 20.2. Сечения в форме уголков (рис. 20.2,а) применяют в слабонагруженных фермах или в нера­бочих элементах. Сечения в форме двух уголков (рис. 20.2,6) часто проектируют в фермах с небольшими усилиями (в легких стропильных фермах, мачтах). Замкнутые сечения (рис. 20.2,б) целесообразны в тонкостенных конструкциях и в конструкциях,

где требуется повышенное сопротивление кручению. Сечения, по­казанные на рис. 20.2,г, д, встречаются в крановых фермах, в ко­торых верхние пояса помимо силы сжатия испытывают изгибаю­щие моменты. Двустенчатые конструкции (рис. 20.2,е, ж) приме­няют при средних и больших усилиях (в стропильных и крановых фермах). Конструкцию, представленную на рис. 20.2,з, применяют в мостовых пролетных строениях. Трубчатая конструкция (рис. 20.2,и) рациональна в отношении требований прочности и экономична. Возможно применение и других видов сечений.

Требуемая площадь сжатого элемента пояса при отсутствии момента определяется из условия (19.13):

FTp=Nj( [а]рф). (20.4)

При подборе сечения следует предварительно задаться коэф­фициентом ф = 0,5ч-0,7. Свободную длину стержня выбирают в зависимости от конструкции сооружения. Например, горизонталь­ная жесткость строительных ферм обеспечивается постановкой горизонтальных связей. Свободную длину пояса принимают рав­ной расстоянию между центрами узлов. Подбор сечения сжатого пояса производят так же, как и сжатой стойки (см^тл. 19).

В стержнях, сечения которых приведены на рис. 20.2, соедини­тельные швы конструируют непрерывными. Их выполняют обычно автоматической сваркой под флюсом, при этом катет шва прини­мают К= (0,4+0,6)s листа. Нередко К = А~Ъ мм.

Для повышения устойчивости элементов применяют соедини­тельные планки, диафрагмы, ребра жесткости, расположенные в плоскости, перпендикулярной оси элемента. В фермах с больши­ми пролетами, рассчитанных на тяжелые нагрузки, например в мостовых, поперечные сечения пояса иногда меняются от панели к панели и площадь сечения подбирают отдельно для каждой па­нели. Так поступают, когда длина панелей, например, превышает 6—8 м. В крановых фермах средней и малой грузоподъемности, в стропильных и других типах легких ферм сечения поясов обычно 248 неизменны по длине. Следует иметь в виду, что перемена сечения не должна значительно изменять положения центра тяжести, так как это вызывает образование эксцентриситета усилий. Последнее приводит к появлению добавочного изгибающего момента в узле. Это иногда вынуждает отказаться от изменения сечения и сохра­нять его одинаковым по всей длине фермы. Допустимый эксцентри­ситет зависит от наибольшей высоты соединяемых элементов: e^0,02h. Если е превышает указанный предел, то необходимо учесть дополнительные напряжения от изгибающего момента.

Конструирование поперечных сечений растянутых поясов зна­чительно проще, чем сжатых, так как в этом случае допускаемое напряжение в металле не зависит от гибкости элементов. Требуе­мая площадь поперечного сечения при растяжении определяется по формуле

^тр = Л/у [ст]р. (20.5)

Типы поперечных сечений растянутых поясов приведены на рис. 20.3. Тип сечения нижнего пояса обычно соответствует типу сечения верхнего пояса.

Соединительные швы стержней, изображенных на рис. 20.3,б—ж, нерабочие, катеты швов /С=4 5 мм, швы непрерывные.

Типы поперечных сечений раскосов и стоек приведены на рис. 20.4.

Уголки (рис. 20.4,а) применяют тогда, когда элементы поясов сконструированы тоже из уголков; парные уголки с зазором (рис. 20.4,6) применяют весьма часто в фермах, работающих под легкими и средними нагрузками; сечения элементов, приведенные на рис. 20.2,в—ж, могут быть рекомендованы для стержней, если пояса имеют двустенчатые сечения.

В растянутых раскосах и стойках требуемая площадь попереч­ного сечения элемента определяется по формуле (20.5), а в сжа­тых раскосах и стойках — по формуле (20.4), где <р предваритель­но принимают равным 0,4—0,7. Порядок подбора сечений анало­гичен описанному в гл. 19.

При определении гибкости раскосов и стоек в плоскости, пер­пендикулярной ферме, свободную длину I принимают равной тео­ретической, т. е. расстоянию между центрами узлов. При вычис­лении гибкости этих элементов в плоскости фермы допускается принимать расчетную длину, равную 0,8 теоретической длины рас­косов и стоек; это объясняется наличием частичного защемления элементов в узлах.

Рис. 20.4. Поперечные сечения сжатых и растяну­тых раскосов и стоек

Если поперечное сечение элемента состоит из двух ветвей, как показано на рис. 20.4,д, е, то определяют гибкости: Хх— относи­тельно ОСИ X', Ху— относительно оси у приведенную Я0=|/~Яа^—(—Л*1,

где Яі — гибкость ветви, которую для сжатых элементов берут не больше 40.

Для определения коэффициента ср берется наибольшая из най­денных величин. Площадь сечения каждого раскоса и стойки под­бирают независимо от других. Однако нередко, чтобы сохранить однообразие сортамента, для ряда элементов решетки фермы (раскосы, стойки) площадь сечения принимают одинаковой.

Прочность соединительных швов в растянутых элементах не рассчитывается; в сжатых элементах (рис. 20.4,в, г, ж) она про­веряется, как указано в гл. 19. По условиям технологии катет шва, как правило, в обоих случаях назначается размером 4—5 мм, но не менее 0,3s. Расстояние между планками берется таким, чтобы гибкость ветви растянутого элемента А,^200. Расчет прочности соединительных планок (рис. 20.4,д, е) в сжатых элементах про­изводится так же, как планок на сжатых стойках (см. гл. 19).