а) Расчет прочности внецентренно-сжатых элементов рамы
Расчет сечений элементов рамы проводим в табличной форме (таблица 6) по формуле прочности внецентренно-сжатого элемента:
σi = INiI / Fрасчi + MДi / Wрасчi ≤ Rс,
где MД - изгибающий момент от действия поперечных и продольных нагрузок:
MДi = IMiI / ξi,
ξi - коэффициент, изменяющийся от 1 до 0, учитывающий дополнительный момент от продольной силы вследствие прогиба элемента, определяемый по формуле:
ξi = 1 - INiI / (φi * Rс * Fпрi),
φi - коэффициент продольного изгиба зависящий от гибкости:
λi = l0/rпрi,
l0 - длина полурамы:
l0 = lст + lр = lс. y / cosα4 + lp. x / cosα2, lст
и lр, - длины стойки и ригеля полурамы, rпрi - приведенный радиус инерции:
rпрi = (Iпрi / Fпрi) 0.5, Iпрi - приведенный момент инерции:
Iпрi = 2 * (Σδп * bп3/12 + Σδп * bп * (h0i / 2) 2) + (Eф / Eд) * Σδф * hi3/12, h0i –
расстояние между осями поясов:
h0 = hi - bп,
hi - высота i -ого сечения (в стойке):
hi = hп + (h - hп) * yi / (Hк - ac),
hi - высота i -ого сечения (в ригеле):
|
|
hi = ((lрам. х / 2 - хi) * (tgα3 - tgα1) + hк) * cosα2,
Fпрi - приведенная площадь i -ого сечения:
Fпрi = 2 * (Σδп * bп) + (Eф / Eд) * Σδф * hi,
Wрасчi = Wпрi - приведенный момент сопротивления i -ого сечения:
Wрасчi = Wпрi = 2 * Iпрi / hi,
при λi = l0/rпрi < 70 коэффициент продольного изгиба:
φi =1 - 0.8 * (λi / 100) 2,при λ i≥ 70 коэффициент продольного изгиба:
φi = 3000/λi2.
Недонапряжение в i -ом сечении:
∆i =100 * (Rс - σi) / Rс.
Таблица 6
Расчет прочности внецентренно-сжатых сечений рамы
Сечение | h | h0 | Iпр | Fпр | Wрасч | rпр | l0 | λ | φ | ξ | MД | σ | ∆ |
- | мм | мм | см4 | см2 | см3 | см | см | - | - | - | кН*м | МПа | % |
0 | 650 | 530 | 289088 | 488 | 8895 | 24.3 | 1449.8 | 59.6 | 0.716 | 0.818 | 0 | 1.7 | 87.0 |
1 | 829 | 709 | 531391 | 533 | 12813 | 31.6 | 1449.8 | 45.9 | 0.831 | 0.857 | 74.9 | 7.4 | 43.2 |
2 | 1080 | 960 | 1014924 | 596 | 18795 | 41.3 | 1449.8 | 35.1 | 0.901 | 0.883 | 176.1 | 10.7 | 17.4 |
3 | |||||||||||||
4 | 1080 | 960 | 1015146 | 596 | 18797 | 41.3 | 1449.8 | 35.1 | 0.901 | 0.866 | 188.4 | 11.6 | 10.8 |
4л | 1073 | 953 | 998895 | 594 | 18619 | 41.0 | 1449.8 | 35.4 | 0.900 | 0.866 | 181.6 | 11.3 | 12.9 |
5 | 1043 | 923 | 931878 | 587 | 17872 | 39.9 | 1449.8 | 36.4 | 0.894 | 0.864 | 154.2 | 10.2 | 21.5 |
6 | 942 | 822 | 726676 | 561 | 15429 | 36.0 | 1449.8 | 40.3 | 0.870 | 0.858 | 81.5 | 6.9 | 47.0 |
7 | 841 | 721 | 550035 | 536 | 13079 | 32.0 | 1449.8 | 45.3 | 0.836 | 0.850 | 25.2 | 3.6 | 72.7 |
8 | 740 | 620 | 400659 | 511 | 10825 | 28.0 | 1449.8 | 51.8 | 0.786 | 0.838 | 30.2 | 4.4 | 65.8 |
9 | 639 | 519 | 277258 | 485 | 8673 | 23.9 | 1449.8 | 60.6 | 0.706 | 0.816 | 54.3 | 7.9 | 38.9 |
10 | 538 | 418 | 178536 | 460 | 6631 | 19.7 | 1449.8 | 73.6 | 0.554 | 0.761 | 61.0 | 10.9 | 16.0 |
11 | 438 | 318 | 103201 | 434 | 4717 | 15.4 | 1449.8 | 94.1 | 0.339 | 0.600 | 52.7 | 12.9 | 0.4 |
12 | 337 | 217 | 49961 | 409 | 2967 | 11.1 | 1449.8 | 131.2 | 0.174 | 0.203 | 0.0 | 1.8 | 86.1 |
в) Расчет прочности клеевых швов, прикрепляющих пояс к фанерной стенке на касательные напряжения. Расчет прочности клеевого шва, прикрепляющего пояс к фанерной стенке, на касательные напряжения в i -ом сечении рамы проводим в табличной форме (таблица 7) по формуле:
|
|
τi = IQiI * Sдi * (Eд / Eф) / (Iпр. ф. i * ni * hдi) ≤ Rф. ск * mв,
где Sдi - статический момент площади пояса в i -ом сечении:
Sдi = Σδп * bп * h0i / 2, Iпр. ф. i –
полный момент инерции сечения, приведенный к материалу стенки:
Iпр. ф. i = Iфi + Iдi * (Eд / Eф) = Σδф * hi3/12 + Σδп * (hi3 - (hi - 2 * bп) 3) / (12 * (Eд / Eф)),
Rф. ск = 0.8 МПа - расчетное сопротивление скалыванию вдоль волокон наружных слоев;
ni = 2 - число вертикальных клеевых швов, связывающих стенку с поясом;
hд. i = 12 см - высота (ширина) пояса;
mв =1 - коэффициент условий работы.
Недонапряжение в i -ом сечении:
∆i =100 * (Rф. ск * mв - τi) / (Rф. ск * mв).
Таблица 7
Расчет прочности клеевых швов
Cечение | Sдi | Iпр. ф. i | τi | ∆i |
- | см3 | см4 | МПа | % |
0 | 4293 | 272354 | 0.51 | 36 |
1 | 5746 | 503549 | 0.37 | 54 |
2 | 7776 | 969278 | 0.26 | 67 |
3 | ||||
4 | 7777 | 969493 | 0.18 | 77 |
4л | 7719 | 953769 | 0.18 | 77 |
5 | 7475 | 888969 | 0.18 | 78 |
6 | 6658 | 691063 | 0.16 | 80 |
7 | 5841 | 521411 | 0.14 | 83 |
8 | 5024 | 378575 | 0.10 | 87 |
9 | 4207 | 261119 | 0.06 | 92 |
10 | 3390 | 167605 | 0.05 | 94 |
11 | 2573 | 96597 | 0.18 | 77 |
12 | 1756 | 46657 | 0.42 | 47 |
г) Расчет прочности фанерной стенки на срез
Расчет на прочность фанерной стенки на срез в i -ом сечении проводим в табличной форме (таблица 8) по формуле:
τф. i = IQiI * Sпр. ф. i / (Iпр. ф. i * Σδф) ≤ Rф. ср * mв,
где Rф. ср = 6 МПа - расчетное сопротивление срезу вдоль волокон наружных слоев.
Sпр. ф. i - статический момент половины сечения фанерной стенки и пояса:
Sпр. ф. i = Sф. i + Sд. i * (Eд / Eф) = Σδф * hi2/8 + Σδп * bп * (hi - bп) / (2 * (Eд / Eф)).
Недонапряжение в i -ом сечении:
∆i =100 * (Rф. ск * mв - τф. i) / (Rф. ск * mв).
Таблица 8
Расчет прочности фанерной стенки на срез
Cечение | Sпр. ф. i | τф. i | ∆i |
- | см3 | МПа | % |
0 | 5342 | 4.9 | 18 |
1 | 7580 | 3.8 | 37 |
2 | 11081 | 2.9 | 52 |
3 | |||
4 | 11082 | 2.0 | 67 |
4л | 10977 | 2.0 | 67 |
5 | 10534 | 1.9 | 68 |
6 | 9098 | 1.7 | 72 |
7 | 7733 | 1.4 | 77 |
8 | 6439 | 1.0 | 83 |
9 | 5217 | 0.6 | 90 |
10 | 4066 | 0.4 | 93 |
11 | 2986 | 1.6 | 73 |
12 | 1977 | 3.7 | 39 |
д) Расчет прочности фанерной стенки на главные растягивающие напряжения
Расчет проводим в табличной форме (таблица 9) по формуле:
σр. ф. α. i = - 0.5 * σи. ф. i + ((0.5 * σи. ф. i) 2 + τф. i2)) 0.5 ≤ Rф. р. α=45° * mв,
где Rф. р. α=45° = 4.5 МПа - расчетное сопротивление фанеры под углом 450 на растяжение;
σи. ф. i. - нормальное напряжение от изгиба на уровне внутренней кромки сжатого пояса:
σи. ф. i. = IMiI* yi’ / Iпр. ф. i,
yi’ = (hi - 2 * bп) / 2, τф. i –
касательное напряжение определяемое на уровне внутренней кромки пояса:
τф. i. = IQiI * Sпр. ф. i’ / (Iпр. ф. i. * Σδф),
Sпр. ф . i - статический момент пояса относительно нейтральной оси:
Sпр. ф. i. ’ = Σδп * bп * (hi. - bп) / 2 * (Eд / Eф) + Σδф * hi. * (hi. - bп) / 2,
Недонапряжение в i -ом сечении:
∆i =100 * (Rф. р. α=45° * mв - σи. ф. i) / (Rф. р. α=45° * mв).
Таблица 9
Расчет прочности фанерной стенки на главные растягивающие напряжения
Cечение | yi’ | σи. ф. | Sпр. ф’ | τф. i. | σр. ф. α. i | ∆i |
- | см | МПа | см3 | МПа | МПа | % |
4 | 49.0 | 8.25 | 23158.8 | 4.17 | 1.7 | 61 |
4л | 40.1 | 6.62 | 22891.8 | 4.13 | 2.0 | 56 |
5 | 52.1 | 7.82 | 21778.9 | 3.97 | 1.7 | 63 |
6 | 47.1 | 4.77 | 18237.6 | 3.38 | 1.8 | 61 |
7 | 42.1 | 1.73 | 14981.2 | 2.71 | 2.0 | 56 |
8 | 37.0 | 2.47 | 12009.7 | 1.92 | 1.0 | 77 |
9 | 32.0 | 5.43 | 9323.04 | 1.04 | 0.2 | 96 |
10 | 26.9 | 7.46 | 6921.32 | 0.72 | 0.1 | 98 |
11 | 21.9 | 7.17 | 4804.5 | 2.59 | 0.8 | 81 |
Проверка устойчивости фанерной стенки
Проверку устойчивости проводим в сечении середины первой панели шириной а = 96 см от карнизного узла с координатой:
х = h + 96/2 (см),
х = 108 + 96/2 = 156 см.
Высота сечения:
h = ((lрам. х / 2 - х) * (tgα3 - tgα1) + hк) * cosα2, h = ((233.5/2 - 156) * (tg17.74 - tg14.04) + 35) * cos15.82 = 101.7 см.
Высота фанерной стенки за вычетом поясов:
hст = h - 2 * bп, hст = 101.7 - 2 * 12 = 77.7 см.
hст / δф = 77.7/1.4 = 55.5 > 50,
следовательно, необходима проверка устойчивости фанерной стенки из ее плоскости.
Устойчивость фанерной стенки из ее плоскости проверяем по формуле:
|
|
σи. ф. / σи. ф. кр. + τф / τф. кр. <1,где σи. ф. кр . и τф. кр . –
критические нормальное и касательное напряжения:
σи. ф. кр. = kи * (100 *δф / hст) 2,τф. кр. = kτ * (100 *δф / hст) 2,при γ = а / hст = 96/77.7 = 1.236, kи = 27.5 МПа, kτ = 6 МПа.
σи. ф. кр. = 27.5 * (100 *1.4/77.7) 2 = 89.3 МПа,
τф. кр. = 6 * (100 *1.4/77.7) 2 = 19.5 МПа.
σи. ф. / σи. ф. кр. + τф / τф. кр . = 7.82/89.3 + 3.97/19.5 = 0.3 < 1,
следовательно, устойчивость фанерной стенки из ее плоскости обеспечена.
Проектирование узлов рамы