обушка уголка что это

Особенности расчета угловых швов при прикреплении уголков

При расчете прикрепления уголков угловыми сварными швами учитывают, что усилие, действующее на уголок, прикладывается к его центру тяжести и при приварке уголка к фасонке рас­пределяется между швами, выполненными по обушку и по перу уголка (рис. 8.8). Распределение усилия происходит пропорционально площадям, отсеченным у уголка на разрезе линией цент­ра тяжести. В равнополочных уголках на швы по обушку приходится 70% усилия, на швы по перу 30%. Соответственно, при одинаковых по высоте катетах шва длина шва по обушку составит 70%, а по перу 30% от общей длины шва. Общая длина шва опре­деляется по формулам расчета угловых сварных швов.

Высота катета шва по перу уголка обычно принимается мень­ше на 2 мм толщины уголка t, по обушку уголка высота катета назначается не более 1,2t. Высоты катетов швов по перу уголка и по обушку могут назначаться одинаковыми с учетом требований п.12.8 СНиП П-23-81*. Расчетная длина углового сварного шва принимается не менее 4k_fw не менее 40 мм.

4. Расчет сварных соединений на действие изгибающего момента Вслучае воздействия изгибающего момента на сварное соеди­нение расчет производится в зависимости от вида сварных швов. При воздействии на стыковые швы момента М в плоскости, пер­пендикулярной плоскости шва (рис. 8.9, а), расчет выполняется по формуле

(8.4)

где W_w — момент сопротивления расчетного сечения шва; a_w — нормальное напряжение в стыковом шве, возникающее при изгибе.

В случае прикрепления элемента угловыми швами и при воз­действии на соединение изгибающего момента, перпендикуляр­ного плоскости швов, расчет производится по двум сечениям по формулам (рис. 8.9, б):

по металлу шва (8.5)

по металлу границы сплавления (8.6)

где W_f— момент сопротивления расчетного сечения по металлу шва; W_z — то же по металлу границы сплавления.

Источник

§ 6. Вопросы прочности при разработке чертежей КМД

Все основные вопросы прочности и устойчивости конструкций решают при выполнении чертежей КМ. Заводской конструктор вопросами прочности занимается лишь при разработке стыков и узлов, часть из которых (менее ответственных) в проекте КМ иногда не разрабатывают. При разработке стыка на болтах или заклепках следует предусматривать достаточное их количество; фактическое ослабление сечений отверстиями не должно превосходить принятое в расчете.
Степень ослабления элементов отверстиями может быть снижена за счет смещения с одной плоскости сечений с отверстиями в разных полках уголков (рис. 26, а), а также в полках и стенках балок (рис. 26, б). Смещение с должно быть таким, чтобы площадь ослабленного сечения (показанного на рисунке волнистой линией) была не менее Fнетто, принятой в расчете. При конструировании элементов с широкими полками, в которых отверстия располагают по четырем или более рискам, степень ослабления может быть снижена размещением в крайних ослабленных сечениях полунакладок меньшего числа отверстий. В сечениях 1—1 и 2—2 на рис. 26, в по два отверстия. Таким образом, поясной лист в сечении 1—1, а накладка в сечении 2—2 ослаблены двумя отверстиями. В промежуточных сечениях допущено ослабление четырьмя отверстиями, но здесь при подсчете Fнетто следует учитывать совместную работу пояса и накладки.
Можно вообще избежать ослабления сечений, применяя на участках с отверстиями короткие детали большей толщины или ширины (рис. 26, г). Если утолщение или уширение деталей конструктивно недопустимо, можно на участке ослаблений поставить деталь 1, выполненную из стали более высокой прочности, с тем, чтобы она могла выдержать с учетом ослабления те же усилия, что и основная деталь 2 без ослабления. Ослабление отверстиями поясов ферм может быть компенсировано фасонкой (рис. 26, д), которую следует выводить за крайние отверстия на длину l; при этой длине швы, прикрепляющие фасонку к поясным уголкам, будут передавать на нее усилие, приходящееся на площадь ослабления.
При конструировании узлов решетчатых конструкций особое внимание должно быть обращено на размеры и толщины фасонок и сварных швов. Для стропильных и подстропильных ферм пролетом до 36 м включительно толщину фасонок можно принимать по рекомендациям ЦНИИ Проектстальконструкция, приведенным в табл. 12. Опирание стропильных ферм на подстропильную выполнено в уровне ее нижнего пояса в узле, где подходят два раскоса. Ширину и длину фасонок определяют графически, согласно длинам швов, прикрепляющих стержни фермы к фасонке. Практика показала, что фасонки с указанными размерами надежно обеспечивают прочность ферм.

Таблица 12. Толщины фасонок для ферм

Обозначения: N — максимальное усилие в элементах решетки, сходящихся в рассматриваемом узле; б — толщина фасонок.

Рис. 26. Ослабление деталей конструкций отверстиями и варианты его уменьшения

В фермах пролетами свыше 36 м, а также в фермах пролетами до 36 м включительно, но при особо больших нагрузках (подвесные краны большой грузоподъемности) размеры фасонок следует назначать расчетом по методике, рекомендуемой п. 431 «Технических условий проектирования железнодорожных, автодорожных и городских мостов и труб» (СН 200-62). Сущность этой методики заключается в следующем. При расчете узловых фасонок на прочность по различным разрезам (сечениям) расчетные сопротивления материала фасонок принимают: а) для сечений, направленных нормально к оси прикрепляемого стержня, равным расчетному сопротивлению R0; б) для сечений, направленных наклонно к оси прикрепляемого стержня, 0,75/R0.
При расчетах фасонок вводится коэффициент условий работы, равный 0,9.

Рис. 27. Конструирование узлов ферм

При назначении размеров швов, прикрепляющих уголки к фасонкам, должно быть обеспечено правильное распределение между швами усилия, передаваемого с уголка на фасонку.
Приварка уголков к фасонкам может быть выполнена тремя способами (рис. 27, а): с наложением швов только по перу и обушку уголка; то же, с заведением на 20 мм этих швов на торец уголка; с наложением швов по перу, обушку и по торцу уголка. Первый способ менее предпочтителен, так как в концах швов (см. стрелки) возникает концентрация напряжений.
Если уголки приваривают к фасонкам только фланговыми швами или фланговыми швами плюс короткими швами по торцам, то усилия распределяются между швами, как показано на рис. 27, б. На этом рисунке распределение усилий между швами дано для следующих случаев: при присоединении к фасонке неравнобокого уголка узкой полкой, широкой полкой и для равнобокого уголка.
Если уголки присоединяют к фасонкам не только фланговым, но и лобовым швом, распределение усилий между фланговыми швами существенно меняется и должно быть учтено при назначении размеров швов. Это распределение может быть найдено следующим образом. Обозначим усилия: приходящееся на фланговый шов по обушку уголка — A, на фланговый шов по перу уголка — В; на лобовой шов — С, а в уголке от расчетной нагрузки — N (см. рис. 27, в).
Усилия A, В и С должны удовлетворять следующим уравнениям:

Толщина лобового шва может быть назначена в зависимости от толщины полки уголка. Зная ее, можно вычислить усилие С. Совместное решение уравнений (9) и (10) дает возможность определить значения усилий А и В:

В большинстве случаев усилие В оказывается очень малым, поэтому СНиП допускают приварку уголков решетки двумя швами — одним фланговым (со стороны обушка) и лобовым (рис. 27, г).

Таблица 13. Формулы для определения усилий в стыках ферм

Примечания: 1. При расчете стыковых элементов (Н и Ф) и сварных швов, прикрепляющих эти элементы к основным, усилия в стержнях ферм следует увеличивать на 20%. Таким образом, расчетное усилие N1c-1.2N1 аналогично S1c-1.2S1.
2. Коэффициент распределения усилия в стержне между швами по перу и обушку уголка а при любом сечении уголков и любом расположении их полок рекомендуется принимать равным 0,3.

В ряде случаев стыки поясных уголков в фермах устраивают в зоне узлов. В качестве стыковых элементов используют не только накладки, но и узловые фасонки (рис. 27, д, е). При конструировании таких узлов важно знать, как распределяются усилия, действующие в стыке, между стыковыми элементами и сварными швами. ЦНИИ Проектстальконструкцией разработаны типовые узлы ферм и приложены к ним удобные формулы для определения усилий в стыковых элементах и в сварных швах. Эти формулы для двух узлов со стыками по рис. 27, д, е приведены в табл. 13.

Источник

Конструирование ферм. Детали узлов

Центрирование стержней. Очертание и прикрепление фасонок

Конструирование фермы начинают с вычерчивания осевых линий, образующих геометрическую схему конструкции. При этом следует строго следить за тем, чтобы сходящиеся в узлах осевые линии элементов пересекались в центре узла; только в этом случае сходящиеся в узле силы могут уравновеситься.

Центрирование стержней по фигуре недопустимо, так как в этом случае силы, сходящиеся в узле, не уравновешиваются и появляется дополнительный момент M — Re, который изгибает пояс. Пренебрегать этим дополнительным моментом нельзя, так как он влияет на условия равновесия узла и напряжения от него относятся к категории основных (смотрите раздел Методика расчета стальных конструкций).

Центрирование стержней в узлах фермы

Далее на чертеж наносят контурные линии стержней так, чтобы осевые линии по возможности совпадали с центром тяжести сечения или были как можно ближе к нему. При этом в сварных фермах расстояние от центра тяжести до обушка z округляется в большую сторону до ближайшего целого числа, кратного 5 мм; в клепаных фермах уголки центрируют по заклепочным рискам.

Обрезку уголков решетки, как правило, следует производить перпендикулярно оси, не доводя концов стержней до пояса на 10 — 20 мм. Очертание фасонок в узлах определяется условиями размещения сварных швов или заклепок, прикрепляющих элементы решетки, и должно быть по возможности простым.

Поскольку фасонка передает усилие с одного стержня на другой, каждое ее сечение должно быть прочным и способным воспринять соответствующий силовой поток.

Конструирование фасонок

На фигуре а показана неправильная конструкция фасонки, которая по сечению I — I имеет меньшую площадь, чем площадь сечения присоединяемого раскоса из двух уголков, и потому может разорваться. Кроме, того, шов k, расположенный у обушка, уголков стойки и воспринимающий большую часть усилия стойки, не может передать его на фасонку вследствие отсутствия места для нормального силового потока.

На этом участке фасонка будет испытывать большое перенапряжение. На фигуре б показана правильно сконструированная фасонка, имеющая угол α между краем фасонки и стержнем около 20° (от 15 до 25°).

Прикрепление фасонки к поясу фермы

Прикреплять фасонки к поясным уголкам лучше с двух сторон — со стороны обушка и пера, так как в противном случае поясные уголки легко могут отогнуться в результате случайных причин (например, при транспортировке).

Однако не всегда конструктивно удобно выпускать фасонку за грань пояса, например, при установке по верхнему поясу прогонов, прикрепляемых к уголковым коротышам. В этом случае фасонку не доводят до обушка уголков на 5 мм и прикрепляют только швами у пера.

Желательно при этом производить заварку щели, образующейся между обушками уголков и фасонкой, однако этот шов нельзя рассматривать как расчетный, так как трудно обеспечить его хороший провар (шов наплавляется, а не проваривается). Таким образом, основными рабочими расчетными швами в этом случае являются швы, наложенные у пера.

Усилие, на которое рассчитывается прикрепление фасонки и которое стремится сдвинуть ее относительно пояса, представляет собой равнодействующую усилий в элементах решетки, сходящихся в данном узле.

В частном случае, при отсутствии в узле внешней нагрузки, это усилие равно разности усилий в смежных панелях пояса:

где N_ф — усилие, сдвигающее фасонку вдоль пояса;

N₂ и N₁ — усилия в смежньих панелях пояса.

Усилие N_ф приложено в центре узла по направлению оси пояса. В случае, если фасонка не выпущена за грань пояса, это усилие будет вызывать в швах, расположенных у пера поясных уголков, не только срез по их длине, но также и изгиб, вызванный моментом M = N_фе.

Обычно нормальные напряжения от изгиба невелики, и потому проверку шва производят только на срез при уменьшенном расчетном сопротивлении шва (примерно на 15 — 20%).

Принципы конструирования клепаных узлов по существу остаются теми же, только вместо сварных швов ставятся заклепки.

Размеры, определяющие фасонку, диктуются, так же как и в сварных фермах, условиями прикрепления раскосов; при этом особо мощные раскосы можно прикреплять при помощи дополнительного коротыша (фигуре Прикрепление уголков и швеллеров к фасонкам). В этом случае количество заклепок на одной из полок коротыша увеличивается на 50% против расчетного.

Минимальное количество заклепок, которым допускается прикреплять элемент в узле, — две заклепки. Поэтому в прикреплениях элементов с малыми усилиями заклепки ставят конструктивно, с максимально допустимым шагом (смотрите Расчет и конструирование заклепочных соединений); при этом сначала размещают заклепки по концам прикрепления, а потом уже устанавливают промежуточные размеры, по возможности кратные 5 мм.

«Проектирование стальных конструкций»,
К.К.Муханов

Вследствие ограниченности длин проката, а также по транспортным условиям фермы больших пролетов (l > 18 м) приходится разбивать на отдельные отправочные элементы, назначая монтажные стыки, как правило, в середине пролета….

Источник

Особенности расчета угловых швов при прикреплении уголков

При расчете прикрепления уголков угловыми сварными шва­ми учитывают, что усилие, действующее на уголок, прикладыва­ется к его центру тяжести и при приварке уголка к фасонке рас­пределяется между швами, выполненными по обушку и по перу уголка (рис. 3). Распределение усилия происходит пропорцио­нально площадям, отсеченным у уголка на разрезе линией цент­ра тяжести. В равнополочных уголках на швы по обушку прихо­дится 70% усилия, на швы по перу 30%. Соответственно, при оди­наковых по высоте катетах шва длина шва по обушку составит 70%, а по перу 30% от обшей длины шва. Общая длина шва опре­деляется по формулам расчета угловых сварных швов.

Высота катета шва k_f по перу уголка обычно принимается мень­ше на 2 мм толщины уголка t, по обушку уголка высота катета назначается не более 1,2t. Высоты катетов швов по перу уголка и по обушку могут назначаться одинаковыми с учетом требований п.12.8 СНиП II-23-81*. Расчетная длина углового сварного шва принимается не менее 4k_f ине менее 40 мм.

4. Расчет сварных соединений на действие изгибающего момента

В случае воздействия изгибающего момента на сварное соеди­нение расчет производится в зависимости от вида сварных швов. 11ри воздействии на стыковые швы момента М в плоскости, пер­пендикулярной плоскости шва (рис. 8.9, а), расчет выполняется по формуле

где W_w − момент сопротивления расчетного сечения шва;

Пример 1. Рассчитать прикрепление двух уголков 100 х 8 к фасонке фермы толщиной t = 10 мм. Уголки и фасонка фермы вы­полнены из стали С345. На стержень действует растягивающее усилие N =300 кН; γ_n = 1,0. Сварка ручная электродуговая. Кли­матический район строительства II₄. Коэффициент условия рабо­ты γ_с = 0,95 (рис. 4).

Решение.

1. Определяем группу конструкции по табл. 50* СНиП II-23-81*: стержень фермы относится ко 2-й группе, а фасонка фермы – к 1-й группе.

2. Принимаем марку электродов: для сварки элементов, отно­сящихся к 1-й группе конструкций и учитывая, что элемент иыполнен из стали С345, по табл. 55* СниП II-23-81* принима­ем электроды Э50А. R_wf =215Мпа = 18,0 кН/см 2 (табл. 56 СниП II-23-81*). R_wz =0,45R_un = 0,45 ∙ 490 = 220,5 Мпа = 22,5 кН/см 2 (R_un = 490 Мпа – см. табл. 2.2).

3. Принимаем высоту катетов швов одинаковую по перу и по обушку уголков k_f =6 мм = 0,6 см; высота катета принята больше минимальной высоты k_f,min =5 мм (табл. 38* СНиП II-23-81*).

4. Определяем по табл. 34* СНиП II-23-81* коэффициенты: β_f = 0,7;β_z =l,0.

5. Устанавливаем для климатического района II₄ коэффициен­ты: γ_wf = 1,0; γ_wz = 1,0.

6. Определяем расчетную длину швов по металлу шва:

7. Определяем расчетную длину швов по металлу границы сплавления:

8. Длины швов принимаем по наибольшей длине (в данном случае по металлу шва). Следует учитывать, что эта длина шва требуется для прикрепления двух уголков. Распределяем швы меж­ду уголками − по перу (30%) и обушку уголка (70%):

Вывод. Принимаем швы с высотой катета k_f =6мм; сварка руч­ная электродуговая; электроды Э42А; распределение швов по обушку и перу уголка.

ЗАДАНИЕ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ №10

Задача 1. Определить длину сварных швов, прикрепляющих уголок к фасонке фермы. Климатический район строительства II4, γc = 0,9. Сварка ручная электродуговая. На стержень из уголка 70 х 6 действует растягивающее усилие N = 100 кН, γn = 0,95; фасонка выполнена толщиной t = 12 мм, сталь С245 (рис. 5).

Таблица 1 Исходные данные

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ №11

Тема: Подбор сечения стержней металлической фермы из парных уголков

В результате выполнения работы студент должен:

ü знать виды ферм, генеральные размеры, некоторые правила конструирования ферм и узлов;

ü уметь рассчитать, т.е. подобрать сечение растянутого и сжатого сечения стержня стальной фермы.

Теоретическое обоснование:

1. Расчет растянутых стержней

Растянутые стержни стальных ферм рассчитываются как цен­трально-растянутые элементы (см. раздел 6). При центральном растяжении должна обеспечиваться прочность и ограничивается гибкость стержня.

Требуемая площадь растянутых стержней определяется из фор­мулы

при отсутствии ослаблений (отверстий) площадь сечения стерж­ня А = А _n,где А _n − площадь сечения стержня нетто. Гибкость проверяется по формуле:

при статической нагрузке предельная гибкость растянутых поясов и стержней ферм λ_пред. = 400.

2. Расчет сжатых стержней

Сжатые стержни рассчитываются как центрально-сжатые эле­менты. Порядок расчета сжатых стержней ферм аналогичен рас­чету центрально-сжатой колонны (см. раздел 5). При централь­ном сжатии должны быть обеспечены прочность, устойчивость и ограничивается гибкость. Расчет по прочности производится толь­ко в случае наличия ослаблений в расчетном сечении стержней. Если ослаблений нет, то наибольшие по величине напряжения получаются при расчетах устойчивости.

В соответствии с расчетом устойчивости требуемая площадь сечения стержня фермы определяется из формулы

Гибкость сжатых поясов и стержней ферм проверяется по урав­нению (5.4, г)аналогично проверке гибкости растянутых стержней. Предельная гибкость сжатых стержней определяется по табл. 5.4.

Пример 1. Подобрать сечение стержня решетки стальной фер­мы, работающей в климатическом районе II₄ (рис. 9.12). На стер­жень действует растягивающее усилие N =200 кН (нагрузка ста­тическая). Геометрическая длина стержня (расстояние между уз­лами) l = 3000 мм. Предельная гибкость λ_max = 400. Толщина фасонки t =10 мм.

Решение.

1. Учитывая климатический район и то, что фермы относятся к конструкциям группы 2 (табл. 50* СНиП II-23-81*), принима­ем из рекомендованных сталей сталь С245.

2. Находим расчетное сопротивление стали по пределу текуче­сти (табл. 2.2): R_y = 240 МПа = 24,0 кН/см 2 (при толщине проката 2−20 мм).

3. Определяем коэффициент условий работы γ_с = 0,95 (табл. 2.3).

4. Определяем расчетные длины стержня (см. табл. 11 СНиП II-23-81*):

расчетная длина в плоскости фермы:

расчетная длина в плоскости, перпендикулярной плоскости фермы:

5. Находим требуемую площадь сечения стержня:

6. По сортаменту прокатной угловой стали (Приложение 1, табл. 3) подбираем уголки, при этом учитываем, что сечение стер­жня состоит из двух уголков; площадь одного уголка будет равна:
А_1у= 8,77/2 = 4,39 см 2 ; принимаем 2 уголка 50 х 50 х 5; А_1у=4,8 см 2 ; i_x =1,92 см; i_yl= 2,45 см.

7. Проверяем принятое сечение:
а) проверяем прочность:

б) проверяем гибкость:

гибкость в пределах норм.

Вывод. Принимаем сечение стержня из двух уголков 50 х 50 х 5, сталь С245.

Пример 2. Подобрать сечение стержня решетки фермы (рис. 9.12), работающей в климатическом районе II₄. На стержень действует сжимающее усилие N = 359 кН (нагрузка статическая). Геометрическая длина стержня l = 4520 мм. Предельная гибкость λ_max = 210 − 60α, (см. табл. 5.4). Толщина фасонки t = 10 мм.

Решение.

1. Учитывая, что климатический район строительства II₄, фер­мы относятся к конструкциям группы 2 (табл. 50* СНиП II-23-81*), из допускаемых к использованию сталей принимаем сталь С345-1.

2. Находим расчетное сопротивление стали по пределу текуче­сти R_у = 335 МПа = 33,5 кН/см 2 (при толщине проката 2−10 мм, табл. 2.2).

3. Определяем коэффициент условий работы (табл. 2.3): пред­полагая, что гибкость стержня будет больше 60, принимаем по п. 3 табл. 2.3 γ_с = 0,8; также для нашего случая подходит коэффициент условия работы по п. 6а табл. 2.3, γ_с = 0,95; принимаем в расчет меньшее значение коэффициента γ_с =0,8.

4. Определяем расчетные длины стержня: расчетная длина в плоскости фермы l_ef,x = 0,8l = 0,8 ∙ 4520 = 3616 мм; расчетная длина в плоскости, перпендикулярной плоскости фермы, l_ef,y1= l =4520 мм (табл. 11 СНиП II-23-81*).

5. Находим требуемую площадь сечения стержня из формулы устойчивости; для этого предварительно принимаем гибкость стержня λ= 100 и по гибкости находим коэффициент продольно­го изгиба φ = 0,493 (табл. 5.3):

6. Определяем требуемые радиусы инерции:

7. По сортаменту (Приложение 1, табл. 2) подбираем уголки по трем параметрам: A, i_x, i_y1; при подборе уголков не забываем, что площадь стержня состоит из двух уголков; требуемая площадь одного уголка А_1y = 27,17/2 = 13,59 см 2 ; принимаем уголки: 2 уголка 100 x 8; А_1y = 15,6 см 2 ; i_x,= 3,07 см; i_y1= 4,47 см (принятое сечение имеет площадь больше требуемой, а радиусы инерции имеют зна­чения меньше, но близкие к требуемым).

8. Проверяем принятое сечение:
а) определяем гибкости:

б) по наибольшей гибкости λ =117,59 определяем (табл. 5.3) коэффициент продольного изгиба φ = 0,473;

в) находим значение коэффициента α:

так как значение коэффициента получилось больше 0,5, прини­маем величину коэффициента α = 0,91;

г) определяем предельную гибкость:

наибольшая гибкость стержня λ_х = 117,59, что меньше предельной гибкости λ_max = 155,4, следовательно, гибкость стержня в пределах нормы;

д) проверяем устойчивость:

Вывод. Принимаем сечение стержня из двух уголков 100 x 8, сталь С345-1.

ЗАДАНИЕ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ №11

Задача 1. Подобрать сечение растянутого стержня решётки стальной фермы. На стержень действует усилие N=…кН, Геометрическая длина стержня l=…мм. Предельная гибкость λ=400. Толщина фасонки t=…мм.

Задача 2. Подобрать сечение сжатого стержня решётки стальной фермы. На стержень действует усилие N=…кН. Геометрическая длина стержня l=…мм. Предельная гибкость λ_max=210-60α. Толщина фасонки t=…мм.

Таблица 1 Исходные данные

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ №12

Тема: Расчёт центрально-загруженного столбчатого фундамента

В результате выполнения работы студент должен:

ü знать о распределении напряжений под подошвой фундамента и в массиве дисперсного грунта, конструкции фундаментов неглубокого заложения;

ü уметь рассчитать по материалу тело фундамента, подобрать количество арматуры.

Теоретическое обоснование:

Источник