Особенности конструирования и расчета узлов и поясов ферм

Узлы ферм являются местами соединения отдельных стержней. При конструировании узлов требуется соблюдение ряда требова­ний, обусловленных соображениями прочности и технологичности. В соответствии с принятой ранее расчетной гипотезой о наличии в узлах идеальных шарниров, позволяющей упростить расчет ферм, конструктивно и технологически должно быть обес­печено пересечение линии центров тяжести поперечных сечений стержней в центре узла. Это требование для расчетных стержней должно соблюдаться в двух плоскостях. В случае нарушения центрирования в узле возникает изгибающий момент, который рас­пределяется между стержнями пропорционально их линейным жесткостям. На рис.83 приведены некоторые типовые узлы ферм, выполненные без или с применением дополнительных элементов ­– косынок, планок (надставок). Размеры этих элементов зависят от количества, размещения, длин швов или числа болтов (заклепок) для присоединения стержней. Сварные швы должны быть удобно выполнимы. Следует избегать их скученности. Конструкции косынок, к которым присоединяются стержни, должны обеспе­чивать равномерную передачу силового потока и исключать воз­никновение изгибающего момента. Расчет швов (по нормальными касательным напряжениям), соединяющих надставку с поясом (рис. 83, в),производится на действие разности усилий (N₁ – N₂)в смежных стержнях пояса. При этом предполагается, что стержни решетки привариваются только к надставке. В общем случае эти швы воспринимают действие части усилий (N₁ – N₂). Трубчатые фермы выполняются только сварными. Конструктивно узлы этих ферм также весьма разнообразны (рис. 83, г):используются косынки, фигурная обрезка концов стержней решетки, обжатие их с вырубкой и т. п. В тех случаях, когда к узлу подходят не­сколько пространственно расположенных трубчатых стержней под различными углами, используется вставка в виде шара (рис. 83, д).Стык пояса (рис. 83, б)выполняется в узле или выносится в панель вне узла. Чаще всего он осуществляется с помощью уголковых накладок. При стыковке труб используются прокладки, муфты, ниппели и т. п. С целью упрощения узла размещение стыка за его пределами предпочтительнее. Отступ­ление от правила центрирования стержней в узлах в целях упро­щения изготовления допускается для второстепенных слабона­груженных элементов ферм.

Для ряда ферменных конструкций стержни пояса (чаще верх­него) воспринимают местный изгиб от действия ходовых колес тележек. В большинстве случаев сечения поясов мощнее сечений стержней решетки, вследствие чего изгибающие моменты в узлах передаются преимущественно на пояса. Расчет поясов ферм на совместное действие продольной и поперечной нагрузок выпол­няется, как для неразрезных балок, имеющих опоры в узлах. Опоры при этом рассматриваются как жесткие, расположенные на одной прямой. Изгибающие моменты и опорные реакции определяются по линиям влияния. При наличии двух колес воз­можен приближенный учет местного изгиба только от колеса с наибольшим давлением Р₁: Мп = Р₁ l /6и Мп = Р₁ l /5для середины стержня пояса в средней и крайней панелях; М_у = Р₁ l /12и М_у = Р₁ l /10– в узлах пояса, где l - длина панели.

а – без косынки; б – ­с косынкой; в – с приварной планкой (надставкой); г – для трубчатых элементов; д – на шарах для трубчатых элементов

Рисунок 83 – Узлы ферм.

Литература: Основная: 1 [разд.5:с.162–171]; 6 [разд.14:с.155–178; разд.15: с.178– 191].

Контрольные вопросы

1. По какому параметру и как определяется рациональность сечения балки, а также балки как стержневого элемента конструкций ТТ на какие нагрузки работают и на какие виды различаются?

2. Какого сечения балки нашли широкое применение и почему; как и с учетом, какого условия определяется оптимальная высота балки, а также какими требованиями лимитируется её ограничение?

3. В соответствии с какими требованиями определяются геометрические параметры балок и какие элементы её относятся (условно) к дополнительным; что включает расчет прокатных балок, и приведите его последовательность?

4. Приведите конструкции и расчет стыков балки и в чем заключается общая и местная устойчивости элементов балки?

5. Приведите основные размеры ферм, систему решеток и их выбор; назовите типы и приведите методику подбора сечений стержневых ферм?

6. Как определяется устойчивость стержней переменного сечения по длине и составных элементов и в чем заключаются особенности конструирования и расчета узлов и поясов ферм?