Расчет и конструирование узлов гнутоклееной трехшарнирной рамы

 

Опорный узел

 

Определим усилия, действующие в узле:

продольная сила: ;

поперечная сила: .

Опорная площадь колонны:

 

.

 

При этом, напряжение смятия составляет:

 

,

 

где - расчетное сопротивление смятию, которое определяется по табл.3 СНиП II-25-80. Нижняя часть колонны вставляется в стальной сварной башмак, состоящей из диафрагмы, воспринимающей распор, двух боковых пластин, воспринимающих поперечную силу, и стальной плиты - подошвы башмака. При передаче распора на башмак колонна испытывает сжатие поперек волокон, значение расчетного сопротивления которого определяется по таблице 3 СНиП II-25-80 и для принятого сорта древесины составляет:

 

.

 

Требуемая высота диафрагмы определяется из условия прочности колонны.

.

 

Конструктивно принимаем высоту диафрагмы .

Рассчитываем опорную вертикальную диафрагму, воспринимающую распор, на изгиб как балку, частично защемленную на опорах, с учетом пластического перераспределения моментов:

 

 

Найдем требуемый из условия прочности момент сопротивления сечения. При этом примем, что для устройства башмака применяется сталь С235 с расчетным сопротивлением .

 

.

 

Тогда толщина диафрагмы:

 

.

 

Принимаем толщину диафрагмы . Боковые пластины и опорную плиту принимаем той же толщины в запас прочности.

Предварительно принимаем следующие размеры опорной плиты:

длина опорной плиты:

 

,

ширина:

 

 

включая зазор "с" между боковыми пластинами и рамой по 0,5 см.

Для крепления башмака к фундаменту принимаем анкерные болты диаметром 16 мм, имеющие следующие геометрические характеристики:

 

; .

 

Анкерные болты работают на срез от действия распора. Определяем срезывающее усилие при количестве болтов равным 2 шт:

 

кН

 

Напряжение среза определим по формуле:

 

,

 

где  - расчетное сопротивление срезу стали класса С235, равное в соответствии с табл.1* СНиП II-23-81* .

Условие прочности анкерных болтов выполняется.

 

Коньковый узел

 

Коньковый узел устраивается путем соединения двух полурам нагельным соединением с помощью стальных накладок.

Максимальная поперечная сила в коньковом узле возникает при несимметричной временной снеговой равномерно-распределенной нагрузке на половине пролета, которая воспринимается парными накладками на болтах. Поперечная сила в коньковом узле при несимметричной снеговой нагрузке:

 

,

 

где  - расчетная снеговая нагрузка, вычисленная ранее.

Определяем усилия, на болты, присоединяющие накладки к поясу.

 

,

 

где  - расстояние между первым рядом болтов в узле;

 - расстояние между вторым рядом болтов.

По правилам расстановки нагелей отношение между этими расстояниями может быть  или . Мы приняли отношение 1/3, чтобы получить меньшие значения усилий.

Принимаем диаметр болтов 14 мм и толщину накладок 100 мм.

Несущая способность на один рабочий шов при направлении передаваемого усилия под углом 90⁰ к волокнам находим из условий:

Изгиба болта:

 

кН

но не более кН

 

где а - толщина накладки (см), d - диаметр болта (см).

k_a - коэф. зависящий от диаметра болтов и величины угла между направлением усилия и волокнами древесины накладки

Смятия крайних элементов-накладок при угле смятия 90⁰:

 

кН

 

Смятие среднего элемента - рамы при угле смятия a=90⁰ - 14⁰02 = 75⁰58

кН

 

где с - ширина среднего элемента рамы, равная b (см)

Минимальная несущая способность одного болта на один рабочий шов: Т_min=3,79 кН

Необходимое количество болтов в ближайшем к узлу ряду:

 

, принимаем 4 болта

 

Количество болтов в дальнем от узла ряду:

 

, принимаем 2 болта

 

Принимаем расстояние между болтами по правилам расстановки СНиП

l₁ ≥ 2*7*d = 14*1,4 = 19,6 см, принимаем 24 см, тогда расстояние

l₂ =3*l₁ = 3*24 = 72 см

 

Ширину накладки принимаем ³ 10*d, что равно 160 мм, согласно сортамента по ГОСТ 24454-80* (3) принимаем ширину накладки 175 мм, тогда расстояние от края накладки до болтов S₂ ³ 3* d = 3*1,4 = 4,2 см » 5 см расстояние между болтами S₃ ³ 3,5* d = 3,5*1,4 = 4,9 см принимаем 7,5 см

Изгибающий момент в накладках равен:

 

 кНсм

Момент инерции накладки, ослабленной отверстиями диаметром 1,4 см:

 

 

Момент сопротивления накладки:

 

см³

 

Напряжение в накладках:

 

 

где 2 - количество накладок

R_и = 13 МПа -расчетное сопротивление древесины изгибу по табл.3 СНиП. Следовательно, принимаем 4 болта в первом ряду и 1 болт в крайнем ряду. Проверку боковых накладок на изгиб не выполняем ввиду очевидного запаса прочности.

По результатам проведенных расчетов строим конструктивную схему конькового узла гнутоклееной трехшарнирной рамы: