Подбор сечений и расчет прикреплений элементов

22.06.2016

При подборе сечений элементов главных ферм должен быть учтен целый ряд условий, вытекающих из взаимосвязи их в узлах на протяжении пролетного строения, а также ряд технологических требований по изготовлению и монтажу.
По конструктивным соображениям высоту и ширину сечений поясов обычно выдерживают одинаковыми по всей длине пролетного строения. При этом для облегчения заказа на металл стремятся к возможно меньшему числу различных профилей и. размеров сортамента металла. Подбирают сечения элементов балочных разрезных главных ферм обычно в такой последовательности.
Задавшись высотой и шириной пояса в средней панели с наибольшим усилием, эскизно подбирают его сечение так, чтобы толщины листов имели запас по сравнению с минимально допустимыми размерами. Затем подбирают сечение элементов крайних панелей фермы. Если при минимально допустимых толщинах листов расчетные напряжения в сечении окажутся чрезмерно низкими, то уменьшают высоту и ширину сечения в средней панели.
При этом учитывают, что для унификации длины поперечных балок проезжей части и исключения прокладок в прикреплениях балок к главным фермам расстояние между внутренними узловыми фасонками должно быть одинаковым во всех узлах. Также во избежание постановки прокладок между фасонками и отдельными элементами решетки нужно выдерживать постоянное расстояние между внутренними и наружными фасонками всех узлов.
После того, как подобраны сечения элементов по усилиям, действующим в эксплуатационный период, проверяют их достаточность, исходя из заданного способа монтажа пролетного строения. Следует учесть, что при определенных способах монтажа в элементах решетки могут возникать не только повышенные усилия, но и усилия обратного знака. Например, при навесном монтаже в нижних поясах крайних панелей разрезных ферм растягивающие усилия превращаются в сжимающие, возрастая в несколько раз по величине. То же касается растянутых (в эксплуатационный период работы пролетного строения) раскосов, которые при монтаже внавес оказываются сжатыми, а стойки —«нулевые элементы» — начинают работать на сжатие под нагрузкой от монтажного крана.
В подобных ситуациях либо назначают сечения по более невыгодным, чем эксплуатационные, условиям производства работ, либо переходят на такой способ монтажа, при котором усилия в элементах фермы в основном не превышают эксплуатационные.
После того, как окончательно подобраны сечения всех элементов пролетного строения, детально конструируют узлы. Для этого сначала намечают оси стержней, примыкающих к узлу, затем по размерам подобранных сечений вычерчивают вертикальные листы. Контуры пояса и стойки (подвески) определяют глубину заведения в узел раскосов. Ее желательно использовать полностью, особенно для сжатых раскосов, т.к. листовые фасонки недостаточно жестки и могут выпучиться от продольных сжимающих усилий в раскосах. Подвеску (стойку) доводят до ездового пояса, т.к. она служит диафрагмой в месте прикрепления поперечной балки проезжей части.
Далее на чертеж наносят продольные и поперечные риски фрикционных болтов всех стержней. Расчетное число болтов в прикреплениях раскосов размещают с максимально возможной плотностью, за исключением крайнего (к контуру фасонки) поперечного ряда в растянутом раскосе. Чтобы сохранить одинаковый рисунок отверстий, во всех фасонках назначают одинаковыми положения продольных рисок (дорожек) и расстояния между ними у обоих раскосов. Расстояния от центра узла до первых поперечных рисок делают равными, или же разность между ними принимают кратной шагу болтов. Так определяют размеры болтовых полей, обведя по максимальным из них контуры фасонки (контуры проводят обычно под прямым углом к оси каждого элемента).
Во избежание эксцентриситета прикрепления (а значит появления изгибающего момента в элементе) болты внутри поля прикрепления размещают так, чтобы центр тяжести болтового поля находился на оси элемента. Прежде всего это касается сечений элементов, несимметричных относительно горизонтальной оси.
При подборе сечений стержней решетки фермы прочность элементов в расчетных сечениях проверяют по следующим формулам:
- по нормальным напряжениям при осевом растяжении или сжатии
Подбор сечений и расчет прикреплений элементов

- по нормальным напряжениям при растяжении или сжатии с изгибом в одной из главных плоскостей — по формуле (11.10).
Проверка общей устойчивости сжатых, сжато-растянутых или сжато-изогнутых стержней фермы производится по формуле
Подбор сечений и расчет прикреплений элементов

Гибкость элемента определяется по формуле
Подбор сечений и расчет прикреплений элементов

Значения коэффициента φ для центрально сжатых элементов (eef = 0) приведены в табл. 11.1.
Подбор сечений и расчет прикреплений элементов

В наиболее распространенных случаях расчетную длину элемента lef принимают равной следующим параметрам:
■ для поясов, опорных раскосов и опорных стоек как в плоскости, так и из плоскости фермы — расстоянию между центрами смежных узлов проектной геометрической схемы за исключением раскосов и стоек, расположенных над промежуточными опорами неразрезных пролетных строений, для которых свободная длина принимается как для элементов решетки;
■ для прочих элементов решетки в плоскости фермы — 0,8 от геометрической длины элемента; из плоскости фермы — расстоянию между узлами, закрепленными от смещения из плоскости фермы (узлы прикрепления поперечных связей);
■ для элементов продольных и поперечных связей в плоскости связей — расстоянию между центрами прикреплений элементов; из плоскости связей — расстоянию между пересечениями оси элемента с линиями прикреплений фасонок связей к элементам ферм (балок).
Нормами проектирования мостов ограничены гибкости стержневых элементов, которые не должны превышать следующие величины:
100 — для элементов главных ферм, работающих на сжатие или на сжатие и растяжение, а также для элементов поясов главных ферм, работающих на растяжение в железнодорожных мостах, в автодорожных — 120;
150 — для работающих только на растяжение элементов главных ферм, кроме поясов, а также для элементов ферм, служащих для уменьшения свободной длины;
130 — для работающих на сжатие или на сжатие и растяжение элементов продольных связей и опорных поперечных связей в железнодорожных мостах, 150 — в автодорожных, при этом работающих только на растяжение — 180;
150 — для работающих на сжатие или растяжение элементов поперечных связей в пролете.
Подобрав сечения элементов, необходимо выполнить расчет их прикреплений. Элементы решетки главных ферм современных болтосварных пролетных строений прикрепляют вертикальными листами к узловым фасонкам-накладкам внахлестку при помощи болтов с одной плоскостью трения. Расчет прикрепления проводится на расчетное усилие NI (а опорных раскосов на или NII) по формуле (11.15).
При расчете прикреплений элементов решетки необходимо проверять прочность узловых фасонок на «выкалывание», т.е. на отсутствие в них опасных перенапряжений. Ее контролируют по вероятному сечению разрушения. Оно обычно проходит по крайнему ряду болтов у конца прикрепляемого элемента (линия bс на рис. 11.7, а) и по кратчайшим расстояниям от центров крайних болтов в этом ряду до краев фасонки (линии ab и cd).
Подбор сечений и расчет прикреплений элементов

Расчетное сопротивление материала фасонки по отдельным участкам опасного сечения —
Подбор сечений и расчет прикреплений элементов

Толщина фасонки t назначается из условия
Подбор сечений и расчет прикреплений элементов

Наименьшая толщина узловых фасонок главных ферм железнодорожных мостов принимается равной 12 мм, автодорожных — 10 мм. Наибольшая для всех мостов — 16 мм.
Для удобства изготовления и монтажа стыки поясов главных ферм целесообразно размещать в центре узлов. Стыки перекрывают при помощи накладок. В пределах высоты поясов роль накладок выполняют и узловые фасонки. Необходимо стремиться к тому, чтобы каждая часть сечения пояса (вертикальные и горизонтальные листы с учетом их ослаблений) была прикреплена соответственно приходящейся на нее части общего усилия.
Условие прочности стыка —
Подбор сечений и расчет прикреплений элементов

Порядок расчета прикрепления накладок в стыке с помощью высокопрочных болтов проиллюстрован на примере стыка вертикального листа элемента пояса главной фермы (рис. 11.7, б). Стыкуемые листы разной толщины с наружной стороны перекрыты фасонкой и накладкой, а с внутренней — одной накладкой, прикрепляемой к более тонкому листу через прокладку.
Общую необходимую площадь ΣAn,i сечения всех накладок по оси стыка находят из выражения (11.54). При удалении от центра стыка в обе стороны по мере включения в работу стыкуемых листов усилия в накладках уменьшаются. Если учесть, что во фрикционных соединениях толщина стыковых накладок, как и узловых фасонок, не должна превышать 16 мм, то становится очевидной целесообразность перекрытия стыков поясов (особенно сильно нагруженных) несколькими накладками разной длины.
Расчет прикрепления накладок болтами ведется из предположения, что усилие Nmax распределяется между накладками пропорционально их площадям. Усилие Ni в i-й накладке —
Подбор сечений и расчет прикреплений элементов

Число высокопрочных болтов, соединяющих со стыкуемым листом каждую полунакладку, должно соответствовать полному восприятию действующего в ней усилия. Для стыка, показанного на рис. 11.7, б:
Подбор сечений и расчет прикреплений элементов

Длина накладок зависит от условий размещения в них требуемого числа болтов, а фасонок, как правило, — условий прикрепления к ним раскосов.
Аналогичным образом рассчитывают стыки других составных частей стыкуемых элементов (горизонтальных листов). Усилия, приходящиеся на несоединенные в стыке горизонтальные листы коробчатых и Н-образных поясов, должны суммироваться с усилиями в перекрываемых накладками вертикальных листах.