Сварные конструкции. Расчет и проектирование

ТИПЫ СОПРЯЖЕНИЙ

Взаимные сопряжения элементов выполняют жесткими, частично жесткими и шарнирными. Абсолютно жестких н идеально шарнирных сопряжений не существует. Каждое соединение является частично жестким. Однако в зависи­мости от степени приближения соединения к абсолютно жесткому или шарнирному их условно рассматривают как жесткие или шарнирные.

Отнесение к категории жесткого, частично жесткого или шарнирного соединения зависит от способа конструктив­ного оформления и от общей расчетной схемы конструкции. Поясним сказанное следующими примерами:

1. Балка большого пролета с малым моментом инерции поперечного сечения относительно горизонтальной оси кре­пится к двум коротким стойкам, обладающим большой жест­костью в плоскости изгиба (рис. 11.1, а).

Элемент работает под нагрузкой Р, как брус с защемлен­ными концами.

2. Короткая и жесткая балка прикреплена к длинным стойкам, имеющим малые моменты инерции поперечных се­чений в плоскости изгиба. При любой конструкции соеди­нения брус работает как свободный, опертый по концам, так как шарнирность создается гибкостью стоек (рис. 11.1, б).

3. При различных соотношениях между жесткостями соединяемых элементов конструкция (рнс. 11.1, а) работает под нагрузкой, как рама. Необходимо произвести ее ста­тический расчет прочности. Изгибающие моменты и попереч­ные силы являются расчетными усилиями при проверке прочности соединения.

4. Балка (рис. 11.1, г), соединенная с двумя другими, имеет частично жесткие сопряжения. Величины изгибаю­щего момента соединения зависят от соотношения между жесткостью при изгибе средней балки и жесткостью при кручении крайней. При жесткой средней балке и маложест­ких крайних изгибающий момент в соединении мал; при жестких крайних балках и гибкой средней он приобретает заметную величину.

5. Конструкция (рнс. 11.1, б) представляет собой нераз­резную многопролетную балку. На средних опорах обра­зуются изгибающие моменты; сопряжения работают как жесткие. В крайних опорах изгибающие моменты отсутст­вуют, сопряжения работают как шарнирные.

Раньше, чем приступить к проектированию соединения элементов, необходимо произвести его статический расчет.

Рис. 11.1. Схема сопряжений балок: а — балка жестко аащемлена яа опорах: 6 — балка имеет шарнирные опоры: а — жесткость соединения определяется усилиями в ране; а — аакреплення балки приближаются к шарнирным; д — соединении иа крайних опорах приближаются к шарнирным, на промежуточных — к жестким

В тех случаях, когда можно сделать выбор между жесткими и шарнирными сопряжениями, следует иметь в виду следую­щие обстоятельства:

шарнирные сопряжения проще в изготовлении; жесткие требуют наложения большого количества швов;

жесткие сопряжения повышают жесткость всей конст­рукции, а также ее устойчивость; например, прогиб балки,

свободно опертой на опоры, значительно больше, чем той же балки, у которой концы защемлены;

жесткие сопряжения повышают степень статической не­определенности системы, что в ряде случаев оказывается целесообразным; например, в балке при шарнирных опорах и равномерной нагрузке расчетный изгибающий момент М=(//’/8; в балке с защемленными концами при том же нагружении — M—qPI 12.

В сварных конструкциях наиболее часто применяют со­пряжения жесткого типа. Расчетным усилием для них, как правило, является изгибающий момент. Если момент не может быть определен на основе статического расчета, то сопряжение целесообразно конструировать равнопрочным основным сечением изгибаемых элементов. При этом рас­четный момент

М = [о]рГ,

где W — момент сопротивления поперечного сечения при­крепляемого элемента; 1о]р — допускаемое напряжение.

Условие прочности сопряжения записывается на основе методов сопротивления материалов следующим образом: сумма моментов внутренних сил в элементах, составляющих сопряжение, равна или больше расчетного момента Л!.