Расчет и конструирование узлов арки

Конструкция и расчет опорного узла

Расчетные усилия на опоре: продольная N₀=-140.93 кH; поперечная Q₀=24.54 кH.

Рис. 7. Опорный узел клееной деревянной арки

Узловой шарнир рассчитываем на равнодействующую усилий N и Q, равную Nш=143,05 кН. Требуемый радиус шарнира [7]:

,

Где l_ш - длина шарнира, равная 19 см;

R_см.ш = 164 МПа - расчетное сопротивление местному смятию при плотном касании для стали класса С235 с временным сопротивлением R_un=360 МПа.

Конструктивно принимаем стержень d_ш=24 мм. Для гнутого профиля башмака принимаем половину трубы с наружным диаметром d_н=34 мм и толщиной стенки 5 мм.

Проверяем сварные швы высотой h_шв=4 мм, прикрепляющие трубы к боковым ребрам опорного башмака. Требуемая длина швов:

> м.

Принимаем боковые ребра толщиной мм. Проверяем их на внецентренное сжатие при условии приварки к ним труб с односторонними швами (эксцентриситет продольного усилия ).

< 230 МПа.

,

здесь b_б=0,24 - расчетная ширина боковых ребер по середине высоты.

Опорный башмак крепится к арке через боковые накладки болтами, воспринимающими поперечную силу и изгибающий момент от нее, равный Q*e. Находим количество болтов, считая, что момент в соединении образован парой сил с плечом е₁=240 см, действующими вдоль рядов поперек волокон древесины. Расчетное усилие в каждом болте:

кН.

Принимаем болты d=24 мм. Несущая способность одного двух срезного болта поперек волокон древесины определяется из условия смятия древесины:

2*0,5*11,5*2,4*0,5=13,8 кН < 22,5 кН - не проходит.

Принимаем болты d=32 мм. Несущая способность одного двух срезного болта поперек волокон древесины определяется из условия смятия древесины:

2*0,5*11,5*3,2*0,5=18,4 кН < 22,5 кН - не проходит.

Принимаем болты d=36 мм. Несущая способность одного двух срезного болта поперек волокон древесины определяется из условия смятия древесины:

2*0,5*11,5*3,6*0,5=20,7 кН < 22,5 кН - не проходит.

Принимаем болты d=42 мм. Несущая способность одного двух срезного болта поперек волокон древесины определяется из условия смятия древесины:

2*0,5*11,5*4,2*0,5=24,15 кН > 22,5 кН - проходит.

Из условия изгиба болта: >22,5 кН.

Из условия среза болта и смятия накладок несущая способность гораздо больше. Проверяем болты на момент от пары сил с плечом е₂=9 см вдоль волокон древесины. Усилие в одном болте:

.

Равнодействующее расчетное усилие:

кН.

Несущая способность одного двух срезного болта вдоль волокон древесины: из условия смятия древесины:

>32,97 кН.

из условия изгиба болта: >32,97 кН.

Конструктивно принимаем размеры боковых накладок 170 х 580 мм по условию размещения болтов. Находим толщину накладок по прочности на изгиб в ослабленном сечении из выражения М=Q*е=RW_нт при

; тогда

,

принимаем .

Находим минимальную длину оголовка при ширине, равной ширине арки, из условия смятия торца арки:

, принимаем

конструктивно .

Оголовок работает на изгиб, как балка на двух опорах пролетом равным . Требуемая толщина оголовка при ,

и Из формулы находим ; принимаем .