Деревянное зодчество (работа 1)
Расчёт узлов.
Опорный узел:
Расчётная нормальная сила N=73548(кн), поперечная сила Q=139(кн).
Материалы шарнирного соединения в пяте и коньке, сталь марки ВСт3кп2 по ГОСТ 3832-87 с изменениями.
Проверка напряжений в шарнире на смятие:
К
онструктивно
принимаем стержень d=40(мм).
При этом для гнутого профиля башмака
принимаем половину трубы d=50(мм)
с толщиной стенки 5(мм).
Производим проверку торцевого упора арки на смятие. Расчётное сопротивление смятию
Rcм=Rc=Rи=122(Мпа). Требуемая площадь смятия:
И
сходя
из этих размеров, назначаем ширину и
длину башмака соответственно 200 и
400мм.
Усилие от шарнира передаётся на башмак
через сварной профиль из пластин, имеющих
два боковых и одно среднее рёбра. Тогда
площадь смятия торца арки под башмаком:
Fсм=200·400=800·10²(мм);
напряжения смятия σсм=73548·10³/800·10²=919(Мпа)
σсм
< 122(Мпа);
площадь смятия рёбер под сварным
профилем: Fсм=(2·4+12)·δ=20·δ;
требуемая толщина рёбер башмака:
Принимаем рёбра толщиной 22(мм).
В пределах башмака оголовок работает как плита, защемлённая с трёх сторон и свободная короткой стороной, с размером в плане 200×160(мм). Вычислим максимальный изгибающий момент: M=0085ql²=0085·81·160²=176·10²(мм). Требуемый момент сопротивления:
W=δ²/6=M/Rи=176/220
δ²=6·80=480
δ=219(мм).
Принимаем лист толщиной 20(мм).
К
онцевые
части пластины оголовка подвергаются
изгибу как консольные от равномерно
распределённой нагрузки интенсивностью,
соответствующей напряжениям смятия по
всей внутренней площадке оголовка от
нормальной силы:
Безопасное
расстояние x от края пластины
оголовка до рёбер башмака определяем
из равенства:
Таким образом, конструктивно длину башмака принимаем: a=750-2·66=620(мм).
На болты, присоединяющие оголовок, действуют усилия:
Н
еобходимый
диаметр болта определим исходя из его
несущей способности:
Принимаем болты диаметром 30(мм).
Коньковый шарнир:
Расчёт опорной пластины.
Принимаем пластину разметом 300×200(мм). Нормальная сила, сжимающая пластину N=11368(кн). Напряжения смятия торца арки в ключе:
Толщину пластины находим из условия её работы на изгиб по схеме двух консольной балки, для которой нагрузка:
q=11368/03=379(кн/м)
изгибающий момент:
M=379·0135²/2 М=345(кн·м).
Требуемый момент сопротивления(с учётом пластичности): W=M/(Rи·12)
W=3450·10³/220·12=13·10³(мм³).
Требуемая толщина пластины: δ²=6·W/bпл=6·13·10³/200=390 δ=1975(мм).
Принимаем толщину пластины 20(мм)
Расчёт упорного штыря производим на изгиб как консоли. Изгибающий момент:
M=Q·50=139·10³·50=6950·10³(н·мм)
Требуемый момент сопротивления(с учётом пластичности):
W=6950·10³/220·12=26·10³(мм³)
При ширине штыря b=100(мм) требуемая толщина:
²=6·26·10³/100=1560 δ=395(мм)
Принимаем δ=40(мм)
Расчёт спаренного штыря производим на изгиб как консоли. Изгибающий момент:
M=Q·50=139·10³·50=6950·10³(н·мм)
Требуемый момент сопротивления(с учётом пластичности):
W=6950·10³/220·12=26·10³(мм³)
При ширине штыря b=90(мм) требуемая толщина:
²=6·26·10³/100=1560 δ=395(мм)
Принимаем δ=40(мм). Каждый штырь по 20(мм).
Оголовок и его крепление принимаем таким же, как и в опорных узлах арки. Безопасное расстояние от края пластины оголовка до опорной пластины определяем так же, как при расчёте пятого шарнира: x=12·200·22²·2·220/6·152=237(мм)
Тогда длину опорной пластины конструктивно принимаем 750-2·237=300(мм).