Расчёт узлов.
Опорный узел:
Расчётная нормальная сила N=735.48(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:
Конструктивно 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=12.2(Мпа). Требуемая площадь смятия:
Исходя 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=800·10(мм); напряжения смятия σсм=735.48·10/800·10=9.19(Мпа) σсм < 12.2(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 200160(мм). Вычислим максимальный изгибающий момент: M=0.085ql=0.085·8.1·160=176·10(мм). Требуемый момент сопротивления:
W=δ/6=M/Rи=1.76/220 δ=6·80=480 δ=21.9(мм). Принимаем лист толщиной 20(мм).
Концевые 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:
Необходимый диаметр болта определим исходя из его несущей способности:
Принимаем болты диаметром 30(мм).
Коньковый шарнир:
Расчёт опорной пластины.
Принимаем пластину разметом 300200(мм). Нормальная сила, сжимающая пластину N=113.68(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=113.68/0.3=379(кн/м)
изгибающий момент:
M=379·0.135/2 М=3.45(кн·м).
Требуемый момент сопротивления(с учётом пластичности): W=M/(Rи·1.2)
W=3450·10/220·1.2=13·10(мм).
Требуемая толщина пластины: δ=6·W/bпл=6·13·10/200=390 >δ=19.75(мм).
Принимаем толщину пластины 20(мм).
Расчёт упорного штыря производим на изгиб как консоли. Изгибающий момент:
M=Q·50=139·10·50=6950·10(н·мм)
Требуемый момент сопротивления(с учётом пластичности):
W=6950·10/220·1.2=26·10(мм)
При ширине штыря b=100(мм) требуемая толщина:
d=6·26·10/100=1560 >δ=39.5(мм)
Принимаем δ=40(мм).
Расчёт спаренного штыря производим на изгиб как консоли. Изгибающий момент:
M=Q·50=139·10·50=6950·10(н·мм)
Требуемый момент сопротивления(с учётом пластичности):
W=6950·10/220·1.2=26·10(мм)
При ширине штыря b=90(мм) требуемая толщина:
d=6·26·10/100=1560 >δ=39.5(мм)
Принимаем δS=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=1.2·200·22·2·220/6·152=237(мм)
Тогда длину опорной пластины конструктивно принимаем 750-2·237=300(мм).