Varikatuse metallist sõrestiku arvutamine ja tootmine

Teraskonstruktsioonide arvutamine on muutunud paljude ehitajate komistuskiviks. Kasutades väliala jaoks kõige lihtsamate kasvanduste näidet, ütleme teile, kuidas koormusi õigesti arvutada, ja jagame ka lihtsaid ise monteerimise meetodeid ilma kalleid seadmeid kasutamata..

Üldine arvutusmetoodika

Sõrestikke kasutatakse juhul, kui tahke kandva tala kasutamine on ebapraktiline. Neid struktuure iseloomustab väiksem ruumiline tihedus, säilitades samas stabiilsuse mõjude tajumiseks ilma deformatsioonideta osade õige paigutuse tõttu.

Struktuurselt koosneb sõrestik välimisest vööst ja täiteelementidest. Sellise võre tööpõhimõte on üsna lihtne: kuna iga horisontaalne (tavapäraselt) element ei suuda ebapiisavalt suure sektsiooni tõttu kogu koormust taluda, asuvad põhielemendi (raskusjõu) teljel kaks elementi nii, et nendevaheline kaugus tagab kogu konstruktsiooni piisavalt suure ristlõike. … Seda saab veelgi lihtsamini seletada järgmiselt: koormuste tajumise seisukohast peetakse sõrestikku justkui tahkest materjalist, samas kui täidis tagab piisava tugevuse, mis põhineb ainult arvutuslikul rakendatud massil.

Sõrestiku konstruktsioon on valmistatud vormitud torust: 1 – alumine vöö; 2 – traksid; 3 – nagid; 4 – külgvöö; 5 – ülemine vöö

See lähenemisviis on äärmiselt lihtne ja sageli enam kui piisav lihtsate metallkonstruktsioonide ehitamiseks, kuid töötlemata arvutuse korral on materjali tarbimine äärmiselt kõrge. Olemasolevate mõjude üksikasjalikum arvestamine aitab vähendada metalli tarbimist 2 või enam korda, see lähenemisviis on meie ülesande jaoks kõige kasulikum – kujundada kerge ja üsna jäik sõrestik ning seejärel see kokku panna.

Varikatuse sõrestike peamised profiilid: 1 – trapetsikujuline; 2 – paralleelsete vöödega; 3 – kolmnurkne; 4 – kaarjas

Alustage oma talu üldise konfiguratsiooni määratlemisega. Sellel on tavaliselt kolmnurkne või trapetsikujuline profiil. Vöö alumine element asetatakse peamiselt horisontaalselt, ülemine – nurga all, tagades katusesüsteemi õige kalde. Sel juhul tuleks akordielementide ristlõige ja tugevus valida lähedaselt selliselt, et konstruktsioon saaks olemasoleva tugisüsteemiga oma raskust toetada. Järgmisena lisate vertikaalsed sillad ja kaldus sidemed suvalise arvuga. Koostoime mehaanika visualiseerimiseks tuleb struktuur visioonil näidata, näidates kõigi elementide tegelikke mõõtmeid. Siis tuleb mängu Tema Majesteedi füüsik.

Kombineeritud toimingute ja tugireaktsioonide määramine

Koolimehaanika kursuse staatika sektsioonist võtame kaks põhivõrrandit: jõudude ja hetkede tasakaal. Nende abil arvutame tugede vastuse, millele tala asetatakse. Arvutuste lihtsuse huvides eeldatakse, et toed on liigendiga, st neil pole talaga kokkupuute kohas jäikaid ühendusi (manuseid).

Metallfarmi näide: 1 – talu; 2 – trellid; 3 – katusekate

Visandil peate kõigepealt märkima katusesüsteemi sammu, kuna just nendes kohtades peaksid rakendatud koormuse kontsentratsioonipunktid asuma. Tavaliselt asuvad breketite lähenemise sõlmed koormuse kohaldamise kohtades, seega on koormust lihtsam arvutada. Teades katuse kogukaalu ja võrastiku sõrestike arvu, pole ühe sõrestiku koormust keeruline arvutada ning katvuse ühtluse teguriga tehakse kindlaks, kas kontsentratsioonipunktides rakendatavad jõud on võrdsed või need erinevad. Viimane, muide, on võimalik, kui varikatuse teatud osas asendatakse üks kattematerjal teisega, seal on vahekäik või näiteks ala, mille lumekoormus on ebaühtlaselt jaotunud. Samuti on mõju sõrestiku erinevatele punktidele ebaühtlane, kui selle ülemisel talal on ümarus, sel juhul peavad jõu rakendamiskohad olema segmentide kaupa ühendatud ja kaar tuleks lugeda katkendjooneks.

Kui sõrestiku visandil on märgitud kõik tegutsevad jõud, jätkame tugireaktsiooni arvutamist. Nende kõigi puhul saab talu kujutada kui midagi muud kui hooba, millel on sellele vastav mõju. Toetuspunktis oleva jõu hetke arvutamiseks peate iga punkti koormuse korrutama kilogrammides selle koorma rakendamise käe pikkusega meetrites. Esimene võrrand ütleb, et igas punktis esitatud toimingute summa on võrdne tugede reaktsiooniga:

• 200 1,5 + 200 3 + 200 4,5 + 100 6 = R₂ 6 – sõlme suhtes momentide tasakaalu võrrand ja, kus 6 m on õla pikkus)
• R₂ = (200 1,5 + 200 3 + 200 4,5 + 100 6) / 6 = 400 kg

Teine võrrand määrab tasakaalu: kahe tugede reaktsioonide summa on täpselt võrdne rakendatud kaaluga, see tähendab, et teades ühe toe reaktsiooni, leiad hõlpsalt teise väärtuse:

• R₁ + R₂ = 100 + 200 + 200 + 200 + 100
• R1 = 800 – 400 = 400 kg

Kuid ärge tehke viga: siin kehtib ka võimenduse reegel, nii et kui sõrestikul on märkimisväärne pikendus üle ühe toe, siis on selles kohas suurem koormus proportsionaalselt vahega massi keskpunktist tugedeni.

Diferentsiaaljõu arvutamine

Liigume üldisest konkreetsest: nüüd on vaja kindlaks teha talu iga elemendi jaoks tehtavate jõupingutuste kvantitatiivne väärtus. Selleks loetleme iga vöösegmendi ja täitesisendid nimekirjaga, siis käsitleme neid kõiki tasakaalustatud tasasüsteemina.

Arvestuste hõlbustamiseks võib iga sõrestiku ühendussõlme esitada vektordiagrammina, kus toimimisvektorid kulgevad elementide pikitelgedel. Arvutamiseks on vaja ainult teada sõlmes koonduvate segmentide pikkusi ja nendevahelisi nurki..

Peate alustama sõlmest, mille jaoks tugireaktsiooni arvutamisel loodi teadaolevate koguste maksimaalne võimalik arv. Alustame äärmise vertikaalse elemendiga: selle jaoks mõeldud tasakaaluvõrrand ütleb, et koonduvate koormuste vektorite summa on vastavalt võrdne nulliga, vastupidine vertikaalteljel toimivale gravitatsioonijõule on võrdne tugede reageerimisega, suuruselt võrdne, kuid tähisega vastupidine. Pange tähele, et saadud väärtus on vaid osa antud sõlme jaoks toimiva toe üldisest reaktsioonist, ülejäänud koormus langeb vöö horisontaalsetele osadele.

Sõlm b

• -100 + S₁ = 0
• S₁ = 100 kg

Järgmisena liigume edasi äärmisse alumisse nurgasõlme, milles akordi vertikaalsed ja horisontaalsed segmendid ühtistuvad, aga ka kaldus traksidega. Vertikaalsele segmendile mõjuv jõud, arvutatuna eelmises lõigus, on aluse pressimisraskus ja reaktsioon. Kallutatud elemendile mõjuv jõud arvutatakse selle elemendi telje projektsioonist vertikaalteljele: lahutage tugireaktsioonist raskusjõud, seejärel jagage “puhas” tulemus selle nurga patuga, mille korral traksid on horisontaaltasandi suhtes kallutatud. Horisontaalse elemendi koormus leitakse ka projektsiooni teel, kuid juba horisontaalteljel. Korrutame kaldega elemendi värskelt saadud koormuse trakside kaldenurga cos-ga ja saame löögi väärtuse akordi äärmisele horisontaalsele osale.

Sõlm a

• -100 + 400 – sin (33,69) S₃ = 0 – tasakaaluvõrrand telje kohta kell
• S₃ = 300 / sin (33,69) = 540,83 kg – varras 3kokku surutud
• -S₃ Cos (33,69) + S₄ = 0 – tasakaaluvõrrand telje kohta x
• S₄ = 540,83 cos (33,69) = 450 kg – varras 4venitatud

Seega tuleb järjestikuliselt sõlmest sõlme üle minnes välja arvutada mõlemas neist tegutsevad jõud. Pange tähele, et vastassuunatud tegevusvektorid tihendavad riba ja vastupidi – sirutage seda, kui nad on suunatud üksteisest vastupidiselt..

Elementide läbilõike määramine

Kui kõik toimivad koormused on sõrestiku jaoks teada, on aeg kindlaks määrata elementide ristlõige. See ei pea kõigi osade osas võrdne olema: turvavöö on tavaliselt valmistatud valtstoodetest, mille ristlõige on suurem kui täiteosadel. See tagab disainilahenduse ohutuse varu.

Kus: F_tr – venitatud osa ristlõikepindala; N – konstruktsioonikoormustest tulenev pingutus; R_y – projekteeritud materjali vastupidavus; ?_alates – töötingimuste koefitsient.

Kui terasdetailide koormuste purunemisega on kõik suhteliselt lihtne, siis surutud varraste arvutamisel võetakse aluseks mitte tugevus, vaid stabiilsus, kuna lõpptulemus on kvantitatiivselt väiksem ja vastavalt sellele peetakse seda kriitiliseks väärtuseks. Saate selle arvutada veebikalkulaatoril või ka käsitsi, olles eelnevalt määranud pikkuse vähendamise teguri, mis määrab, kui palju varda kogupikkusest on võimeline painutama. See koefitsient sõltub varda servade kinnitusviisist: tagumikkeevitamiseks on see ühik ja “ideaaljuhul” jäikade tihendite juuresolekul võib see läheneda 0,5-le.

Kus: F_tr – kokkusurutud osa ristlõikepindala; N – konstruktsioonikoormustest tulenev pingutus; ? – kokkusurutud elementide pikisuunalise painde koefitsient (määratud tabelist); R_y – projekteeritud materjali vastupidavus; ?_alates – töötingimuste koefitsient.

Samuti peate teadma minimaalset tsentrifuugimisraadiust, mis määratletakse ruutkeskmise inertsimomendi jagamise ruutjuure ristlõikepindalaga. Aksiaalne moment määratakse sektsiooni kuju ja sümmeetria järgi, parem on see väärtus tabelist võtta.

Kus: i_x – sektsiooni inertsraadius; J_x – aksiaalne inertsmoment; F_tr – ristlõikepindala.

Seega, kui jagate pikkuse (võttes arvesse vähenduskoefitsienti) minimaalse greenimisraadiusega, saate paindlikkuse kvantitatiivse väärtuse. Stabiilse lati jaoks on täidetud tingimus, et koormuse jagamine ristlõikepindalaga ei tohiks olla väiksem kui lubatud survekoormuse ja paindeteguri korrutis, mis määratakse kindlaks konkreetse varda painduvuse väärtuse ja selle valmistamise materjaliga.

Kus: l_x – eeldatav pikkus sõrestiku tasapinnas; i_x – lõigu minimaalne inertsraadius piki x-telge; l_y – eeldatav pikkus sõrestiku tasapinnast; i_y – ristlõike y-telje minimaalne greenimisraadius.

Pange tähele, et kogu sõrestiku toimingu olemust kuvatakse tihendatud riba stabiilsusanalüüsis. Kui elemendi osa on ebapiisav, mis ei võimalda selle stabiilsust tagada, on meil õigus kinnitussüsteemi muutmise teel lisada õhemaid ühendusi. See raskendab sõrestiku konfiguratsiooni, kuid võimaldab väiksema raskusega suuremat stabiilsust..

Osade tootmine talus

Sõrestiku kokkupaneku täpsus on äärmiselt oluline, kuna kõik arvutused viisime läbi vektordiagrammide meetodil ja vektor, nagu teate, saab olla ainult täiesti sirge. Seetõttu muudab väikseim pinge, mis tuleneb elementide ebaõigest paigaldamisest tulenevatest moonutustest, sõrestiku äärmiselt ebastabiilseks..

Kõigepealt peate otsustama välimise vöö osade mõõtmete üle. Kui alumise talaga on kõik üsna lihtne, siis ülemise pikkuse leidmiseks võite kasutada kas Pythagorase teoreemi või külgede ja nurkade trigonomeetrilist suhet. Viimane on eelistatav, kui töötate selliste materjalidega nagu nurgateras ja vormitud toru. Kui sõrestiku kalde nurk on teada, saab selle osade servade kärpimisel paranduseks teha. Rihma täisnurgad ühendatakse kärpimisega 45 ° nurga all, kaldu – lisades 45 ° nurga kaldenurga liigendi ühele küljele ja lahutades selle teisest.

Täitedetailid lõigatakse välja sarnaselt rihmaelementidega. Peamine saak on see, et kasvandus on rangelt ühtne toode ja seetõttu on selle valmistamiseks vaja täpset teavet. Nagu toimingute arvutamisel, tuleb iga elementi vaadelda eraldi, määrates ühtlustumisnurgad ja vastavalt ka sisselõigatud servade nurgad..

Talud tehakse sageli raadiusega. Sellistel konstruktsioonidel on keerukam arvutusmeetod, kuid suurem struktuurne tugevus, kuna koormused on ühtlasemad. Ümardatud elementidega täiteelemente pole mõtet teha, kuid rihmaosade jaoks on see üsna rakendatav. Tavaliselt koosnevad kaarekujulised sõrestikud mitmest segmendist, mis on ühendatud täitetrakside lähenemispunktides, mida tuleb projekteerimisel arvestada.

Montaaž riistvarale või keevitamine?

Kokkuvõtteks võiks öelda, et oleks tore visandada puntraste keevitamise ja eemaldatavate ühenduste kasutamise meetodite praktiline erinevus. Alustuseks ei mõjuta poltide või neetide aukude puurimine elemendi kehas selle paindlikkust ja seetõttu ei võeta seda praktikas arvesse.

Kui räägiti sõrestiku elementide kinnitusviisist, siis leidsime, et gusside juuresolekul väheneb varda painutatava lõigu pikkus oluliselt, mille tõttu saab selle ristlõiget vähendada. Selle eeliseks on sõrestiku kokkupanek gussidele, mis on kinnitatud sõrestikuelementide küljele. Sel juhul pole monteerimismeetodis erilisi erinevusi: keevisõmbluste pikkus tagatakse piisavana, et taluda sõlmede kontsentreeritud pingeid..

Kui sõrestik monteeritakse elementide ühendamisega ilma rätikuteta, on siin vaja spetsiaalseid oskusi. Kogu sõrestiku tugevuse määrab selle kõige vähem tugev sõlm ja seetõttu võib abielu vähemalt ühe elemendi keevitamisel põhjustada kogu konstruktsiooni hävimise. Kui teil pole piisavalt keevitusoskusi, on soovitatav monteerida poltide või neetidega klambrite, nurksulgude või katteplaatide abil. Sellisel juhul tuleb iga elemendi kinnitamine sõlme külge kinnitada vähemalt kahes punktis.