Главная / Образцы дипломных работ

Расчет трехшарнирная арка

Внимание: Акция! Курсовая работа, Реферат или Отчет по практике за 10 рублей!
Только в текущем месяце у Вас есть шанс получить курсовую работу, реферат или отчет по практике за 10 рублей по вашим требованиям и методичке!
Все, что необходимо - это закрепить заявку (внести аванс) за консультацию по написанию предстоящей дипломной работе, ВКР или магистерской диссертации.
Нет ничего страшного, если дипломная работа, магистерская диссертация или диплом ВКР будет защищаться не в этом году.
Вы можете оформить заявку в рамках акции уже сегодня и как только получите задание на дипломную работу, сообщить нам об этом. Оплаченная сумма будет заморожена на необходимый вам период.
В бланке заказа в поле "Дополнительная информация" следует указать "Курсовая, реферат или отчет за 10 рублей"
Не упустите шанс сэкономить несколько тысяч рублей!
Подробности у специалистов нашей компании.

Код работы:	W004486
Тема:	Расчет трехшарнирная арка

Содержание

МОСКОВСКИЙ АРХИТЕКТУРНО – СТРОИТЕЛЬНЫЙ ИНСТИТУТ

Аккредитованное образовательное учреждение высшего образования

Кафедра «СТРОИТЕЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА»

Дисциплина Конструкции из дерева и пластмасс

Группа, курс 09СТз4310 , 4 курс

Тема: Расчет трехшарнирная арка

Студент(ка) Бобобеков Отабек Салимович

(Ф. И. О.)

Научный руководитель Демидов Николай Николаевич

(Ф. И. О.)

МОСКВА

2017

Исходные данные.

Схема

I – трехшарнирная рама

Район строительство

Екатеринбург

Пролет, м

24,0

Шаг несущих конструкций, м

3,0

Тип ограждающих конструкций

прогоны разрезные

Тип кровли

Холодная

Кровля

Мягкая черепица

Высота рамы в карнизном узле, м

7,4

Уклон кровли

14,02°

Расчет ограждающих и несущих конструкций кровли.

Принимаем рабочий настил из досок 125х32мм, II-го сорта согласно сортамента пиломатериалов (ГОСТ 8486-86*Е). Расстояние между осями досок 250мм. Шаг прогонов 1,4м.

Расчет рабочего настила.

Сбор нагрузок на рабочий настил.

Рабочий настил предназначен для укладки по прогонам.

По скомпонованному сечению настила составляем таблицу нормативных и расчетных нагрузок на 1 м2.

Сбор нагрузок.

а) Равномерно распределенная нагрузка.

Таблица 2.1

№

Наименование нагрузки

Норм. нагрузка.

кН/м2

Коэф.

надежн.

Расч. нагрузка кН/м2

Мягкая черепица RUFLEX 8 кг/м

0.08

1.05

0.084

Обрешетка под черепицу– брусок 50х50 мм с шагом в осях 345мм

0.05*0.05*5/0.345= =0.036

1.1

0.04

Водонепроницаемая мембрана TYVEK 60 г/м2

0.0006

1.2

0.00072

Рабочая доска –125х32 мм с шагом в осях 325 мм

0.125*0.032*5/0.325=0.061

1.1

0.068

Итого постоянная нагрузка

0.178

0.193

Временная нагрузка

- снеговая 2 район

0.84

1.2

Итого полная нагрузка

1.018

1.393

б) Сосредоточенная сила.

Р = 1кН. Коэффициент надежности по нагрузке ?f = 1,2.

Расчетное значение сосредоточенной силы: Рр = Рн· ?f = 1,2 кН.

Полную нагрузку на 1 пог. Метр рабочего настила собираем с одной доски, т.к. расстояние между осями досок равно 250мм, что больше, чем 150мм.

постоянная + временная

- нормативная: qн = 1,018·0,25 = 0,254 кН/м

- расчетная: qр = 1,393·0,25 = 0,348 кН/м

постоянная

- расчетная: qр = 0,193·0,25 = 0,048 кН/м

Расчетная схема.

Расчет настила ведем как балки по 2-х пролетной схеме. Расстояние между опорами равно шагу прогонов L = 1,4м. Настил рассчитываем на два сочетания нагрузок.

Постоянная + снеговая.

Постоянная + сосредоточенная сила Р = 1,2 кН.

Расчет по первому предельному состоянию.

Проверка рабочего настила на прочность.

где М – максимальный изгибающий момент;

W – момент сопротивления;

Rи – расчетное сопротивление древесины изгибу;

mН – 1,2 – коэффициент, учитывающий кратковременность действия сосредоточенной нагрузки (принимается для второго сочетания нагрузок).

При первом сочетании нагрузок:

При втором сочетании нагрузок:

Момент сопротивления доски рабочего настила:

Расчет прочности производим по максимальному моменту.

Запас по прочности составляет ,

Расчет по второму предельному состоянию.

Проверка рабочего настила на прогиб выполняется только для первого сочетания нагрузок.

f ? fи

где f – расчетный прогиб конструкции;

fи – предельный изгиб.

Прогиб настила равен:

где - предельный прогиб рабочего настила при шаге прогонов 1,4м.

Расчет разрезного прогона.

При шаге конструкций 5м используем разрезные прогоны.

Принимаем сечение прогона из бруса размером 155х150мм II-го сорта, согласно сортамента пиломатериалов (ГОСТ 8486-86*Е). Шаг прогонов 1,4м.

Сбор нагрузок на рабочий настил.

По скомпонованному сечению прогона составляем таблицу нормативных и расчетных нагрузок на 1 м2.

Сбор нагрузок.

Таблица 2.2

№

Наименование нагрузки

Норм. нагрузка.

кН/м2

Коэф.

надежн.

Расч. нагрузка кН/м2

Мягкая черепица RUFLEX 8 кг/м

0.08

1.05

0.084

Обрешетка под черепицу– брусок 50х50 мм с шагом в осях 345мм

0.05*0.05*5/0.345= =0.036

1.1

0.04

Водонепроницаемая мембрана TYVEK 60 г/м2

0.0006

1.2

0.00072

Рабочая доска –125х32 мм с шагом в осях 325 мм

0.125*0.032*5/0.325=0.061

1.1

0.068

Прогон 175х150

0.175*0.15*5/1.2=

=0.109

1.1

0.12

Итого постоянная нагрузка

0.287

0.313

Временная нагрузка

- снеговая 2 район

0.84

1.2

Итого полная нагрузка

1.127

1.513

- нормативная: qн = 1,127·1,4 = 1,57 кН/м

- расчетная: qр = 1,513·1,4 = 2,1 кН/м

Прогон работает на косой изгиб.

Характеристики сечения.

Расчет по первому предельному состоянию.

Проверка прочности:

Расчетная нагрузка и изгибающий момент при ? = 14,04°

Запас по прочности составляет ,

Расчет по второму предельному состоянию.

Проверка прогона на прогиб.

Относительный прогиб прогона:

Нормативная нагрузка при ? = 14,04°

где - предельный прогиб при шаге 3м.

2. РАСЧЕТ ТРЕХШАРНИРНОЙ РАМЫ

Пролет рам 24 м, шаг 3 м. Ограждающие конструкции покрытия – мягкая черепица RUFLEX 8 кг/м2. Район строительства – Екатеринбург Здание по степени ответственности относится ко II классу (? = 0,95). Температурно-влажностные условия эксплуатации А1. Все конструкции заводского изготовления. Материал – древесина из сосны 2-го сорта, металлические конструкции – сталь марки С235 ГОСТ 27772-88*. Склеивание рам – клеем ФРФ-50к

Геометрические размеры

Расчетный пролет рамы составляет 23,6 м. Уклон ригеля 1:4, т.е.

tg = 0,25;

угол наклона ригеля = 1402;

sin = 0,24;

cos = 0,97.

Высота рамы в коньке f = 7,4 м (высота по оси рамы)

Тогда высота стойки от верха фундамента до точки пересечения касательных по осям стойки и ригели.

H = f – l/2 ?tg? = 7,4-13,3?0,25 = 4,075 м.

По условиям гнутья, толщина досок после фрезеровки должна приниматься не более 1,6 - 2,5 см. Принимаем доски толщиной после фрезеровки 1,9 см. Радиус гнутой части принимаем равным:

r = 3 м > rmin = 150 = 1500,019 = 2,85 м, где

- толщина склеиваемых досок.

Угол в карнизной гнутой части между осями ригеля и стойки:

? = 90? + ? = 90? + 14?02? = 104?02?.

Максимальный изгибающий момент будет в среднем сечении гнутой части рамы, который является биссектрисой этого угла, тогда получим:

= 5201;

sin = 0,79;

cos = 0,62;

tg = 1,28.

Центральный угол гнутой части рамы в градусах и радианах будет равен:

= (90 - )2 = (90 – 5201)2 = 37592 = 7558;

= 90 - = 90 - 1402 = 7558;

= 1,33;

1 = 3759;

sin1 = 0,615;

cos1 = 0,788;

tg?1= 0,78.

Длина гнутой части

lгн = rрад = 31,33 = 3,99 м.

Длина стойки от опоры до начала гнутой части

Длину стойки можно определить иначе (если известно f)

lст = f – l1/2tg - r tg?1 = 7,4 – 11,8?0,25 - 3?0,78 = 2,11 м.

Длина полуригеля

= 8,33 м.

Длина полурамы

lпр = lст + lгн + lp = 2,11 + 3,99 + 8,33 = 14,43 м.

На основании произведенных вычислений строим расчетную схему рамы:

Сбор нагрузок на раму

Нагрузки от покрытия (постоянная нагрузка) - принимаем по предварительно выполненным расчетам ограждающих конструкций.

нормативная gн = 0,287 кН/м2;

расчетная gр = 0,313 кН/м2.

Собственный вес рамы определяем при Ксв = 7 из выражения

= 0,21 кН/м2, где

Sн – нормативная снеговая нагрузка по п. 5.2 СНиП 2.01.07-85;

l – расчетный пролет рамы.

Таблица 2

Значения нагрузок, действующих на несущую раму

Наименование нагрузки

Нормативная нагрузка, кН/м2

Коэффициент перегрузки

Расчетная нагрузка, кН/м2

Собственный вес покрытия

g = 0,2873/сos = 1,77

0,3133/сos = 1,94

0,89

0,97

Собственный вес рамы

gс.в. = 0,213=0,63

0,63

1,1

0,69

Итого

1,52

1,66

Снеговая

S = 0,843 = 2,52

S = 1,23 = 3,6

2,52

3,6

Итого

4,04

5,26

Статический расчет рамы.

Максимальные усилия в гнутой части рамы возникают при действии равномерно распределенной нагрузки g = 5,26 кН/м по пролету. При этом опорные реакции будут определяться по следующим формулам:

вертикальные: = 62,07 кН;

горизонтальные: = 49,49 кН.

Максимальный изгибающий момент в раме возникает в центральном сечении гнутой части. Координаты этой точки можно определить из следующих соотношений:

х = r(1 – cos1) = 3(1 – 0,78) = 0,636 см;

y = lcт + rsin1 = 2,11 + 30,615 = 3,955 см.

Определим М и N в этом сечении:

= -157,32 кНм;

N = (A – qx)sin + Hcos = (62,07 – 5,260,636)0,79 + 49,490,62 = 77,08 кН.

Подбор сечений и проверка напряжений.

В криволинейном сечении Мmax = 157,32 кНм, а продольная сила N = 77,08 кН.

Их расчетное сопротивление изгибу в соответствии с табл. 3 СНиП II-25-80 равно 15 МПа. Но, умножая его на коэффициент условий работы mв = 1 (табл. 5 СНиП II-25-80) и деля на коэффициент ответственности сооружения (n = 0,95), получим

= 15,79 МПа = 1,58 кН/см2.

Требуемую высоту сечения hтр приближено определим, преобразовав формулу проверки сечения на прочность, по величине изгибающего момента, а наличие продольной силы учтем введением коэффициента 0,6.

= 0,84 м.

Принимаем высоту сечения несколько больше требуемой, при этом высота сечения должна состоять из целого числа досок, т.е. принимаем 50 слоев толщиной после строжки = 19 мм, тогда:

hгн = 5219 = 988 мм > 840 мм.

Высоту сечения ригеля в коньке принимаем из условия

hк > 0,3 hгн = 0,3988 = 296,4 мм из 20 слоев досок толщиной после строжки =19 мм:

hк = 2019 = 380 мм.

Высоту сечения стойки рамы у опоры принимаем из условия

Hоп > 0,4 hгн = 0,4988 = 395,2 мм из 25 слоев досок толщиной после строжки =19 мм:

Hоп = 2519 = 475 мм.

Геометрические характеристики принятого сечения криволинейной части рамы:

Fрасч = bhгн = 0,140,988 = 138,3210-3 м2;

= 22,7810-3 м3;

= 11,2510-3 м4.

В соответствии с п. 3.2 СНиП II-25-80 к расчетным сопротивлениям принимаются следующие коэффициенты условий работы:

mв = 1 (табл. 5);

m = 0,8 (табл. 7);

mсл = 1,1 (табл. 8);

mгн = 0,813 (табл. 9, для Rc и Rи);

mгн = 0,613 (табл. 9, для Rp).

Проверка напряжений при сжатии с изгибом.

Изгибающий момент, действующий в центре сечения, находится на расстоянии от расчетной оси, равном

= 0,257 м, где

hст - высота сечения стойки рамы у опоры;

hгн - высота сечения криволинейной части рамы.

Расчетные сопротивления древесины сосны 2 сорта, с учетом всех коэффициентов условий работы, определим по формулам:

сжатию и изгибу;

= 11,3 МПа,

Где 15 МПа – расчетное сопротивление сосны II сорта см. табл. СНиП II-25-80;

растяжению:

= 5,807 МПа,

Где 9 МПа – расчетное сопротивление по СНиП II-25-80.

Расчетная длина полурамы lпр = 14,43 м, радиус инерции сечения

r = 0,289х0,95 = 0,27455, тогда гибкость ? = lпр/r = 14,43/0,27455 = 52,56.

Для элементов переменного по высоте сечения коэффициент следует умножить на коэффициент kжN, принимаемый по табл. 1 прил. 4 СНиП II-25-80.

kжN = 0,66 + 0,34 = 0,66 + 0,3404 = 0,796, где

- отношение высоты сечения верхней части стойки к нижней:

Коэффициент определяем по формуле (8) СНиП II-25-80:

= 1,086, если произведение ??kжN>1, то принимаем ??kжN=1.

Далее следует определить коэффициент , учитывающий дополнительный момент от продольной силы вследствие прогиба элемента, по формуле (30) СНиП II-25-80:

= 0,968,

где N0 = H – усилие в ключевом шарнире.

Изгибающий момент от действия продольных и поперечных нагрузок, определяемы из расчета по деформированной схеме, в соответствии с п. 4.17 СНиП II-25-80 будет определяться по формуле (29) СНиП:

= 162,52 кНм.

Для криволинейного участка при отношении

, где

r – радиус кривизны центральной оси криволинейного участка.

Следовательно, в соответствии с п. 6.30. СНиП II-25-80, прочность следует проверять для наружной и внутренней кромок по формуле (28) того же СНиП, в которой при проверке напряжений по внутренней кромке расчетный момент сопротивления, согласно п. 4.9 СНиП, следует умножать на коэффициент kгв, а при проверке напряжений по наружной кромке – на коэффициент kгн.

= 0,88;

= 1,11.

Расчетный момент сопротивления с учетом влияния кривизны составит:

для внутренней кромки: Wв = Wрасчkrв = 22,7810-30,88 = 20,0510-3 м3;

для наружной кромки: Wн = Wрасчkrн = 22,7810-31,11 = 25,2910-3 м3.

Тогда напряжения во внутренней и внешней кромках определим по формуле (28) СНиП II-25-80:

= 8,66 МПа Rc = 11,3 МПа;

= 5,75 МПа < Rр = 5,807 МПа.

Это означает, что условие прочности по растяжению удовлетворяется, т.к.:

(5,807-5,75)/5,807?100% = 0,98%<5%.

Окончательно принимаем сечения рамы:

hгн=98,8 см; hк = 38 см; hоп = 47,5 см,

где hк = 20?1,9 = 38 см

hоп = 25?1,9 = 47,5 см

Проверка устойчивости плоской формы деформирования рамы.

Рама закреплена из плоскости:

- в покрытии по наружной кромке - плитами по ригелю,

- по наружной кромке стойки – стеновыми панелями.

Внутренняя кромка не закреплена. Эпюра моментов в раме имеет следующий вид:

Точку перегиба моментов, т.е. координаты точки с нулевым моментом находим из уравнения моментов, приравнивая его к нулю:

, получаем уравнение вида

В нашем случае:

Принимаем x = 7,10 м, тогда:

Точка перегиба эпюры моментов соответствует координатам х = 7,10 м от оси опоры, у = 6,08 м.

Тогда расчетная длина растянутой зоны, имеющей закрепления по наружной кромке равна:

lр1= lст+ lгн+lр-

Расчетная длина сжатой зоны наружной (раскрепленной) кромки ригеля (т.е. закреплений по растянутой кромке нет) равна:

lр2= м

Таким образом, проверку устойчивости плоской формы деформирования производим для 2-х участков.

Проверка производится по формуле:

Для сжатого участка lр2 = 6,25 м находим максимальную высоту сечения из соотношения:

= 0,20

Показатель степени n=2, т.к. на данном участке нет закреплений растянутой стороны.

Находим максимальный момент и соответствующую продольную силу на расчетной длине 4,85 м, при этом горизонтальная проекция этой длины будет равна

Максимальный момент будет равен в сечении с координатами: х1 и у1,

Момент по деформируемой схеме

тогда

т.к. принимаем где

Коэффициент mб=0,8 для h = 0,988 м,

Подставим:

При расчете элементов переменного по высоте сечения, не имеющих закреплений из плоскости по растянутой кромке или при числе закреплений m<4, коэффициенты у и М – следует дополнительно умножать соответственно на коэффициенты kжN и kжМ в плоскости yz:

Тогда

Подставим значения в исходную формулу:

2. Производим проверку устойчивости плоской формы деформирования растянутой зоны на расчетной длине , где имеются закрепления растянутой зоны.

Гибкость коэффициент

При закреплении растянутой кромки рамы из плоскости, коэффициент необходимо умножить на коэффициент kпN, а - на коэффициент kпМ.

Поскольку верхняя кромка рамы раскреплена плитами покрытия шириной 1,2 м и число закреплений m>4, величину следует принимать равной 1, тогда:

;

уkпN = 0,04714,14 = 0,66<1;

МkпМ = 0,333,66 = 1,21.

Подставим полученные значения в формулу проверки устойчивости плоской формы деформирования:

т.е. общая устойчивость плоской формы деформирования полурамы обеспечена с учетом наличия закреплений по наружному контуру.

Поскольку все условия прочности и устойчивости рамы выполняются, принимаем исходные сечения как окончательные.

РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ УЗЛОВ

ТРЕХШАРНИРНОЙ РАМЫ.

Опорный узел.

Определим усилия, действующие в узле:

продольная: N0 = А = 62,07 кН;

поперечная: Q0 = H = 49,49 кН.

Опорная площадь колонны:

Fоп = bhоп = 1447,5 = 665 см2.

При этом напряжения смятия см составят:

= 0,093 кН/см2 < Rсм = 1,22 кН/см2, где

Rсм – расчетное сопротивление смятию, которое определяется по табл. 3 СНиП II-25-80.

Нижняя часть колонны вставляется в стальной сварной башмак, состоящей из диафрагмы, воспринимающей распор, и двух боковых пластин, воспринимающих поперечную силу, и стальной плиты – подошвы башмака.

При передаче распора на башмак колонна испытывает сжатие поперек волокон, нормативное значение расчетного сопротивления которому определяется по таблице 3 СНиП II-25-80 и для принятого сорта древесины составляет:

Rсм90н = 3,00 МПа = 0,3 кН/см2.

Поле деления на коэффициент ответственности сооружения получим расчетное его значение:

= 3,16 МПа = 0,316 кН/см2.

Требуемая высота диафрагмы определяется из условия прочности колонны.

= 11,19.

Конструктивно принимаем высоту диафрагмы 20 см.

Определим требуемую толщину опорной вертикальной диафрагмы, рассчитав ее на изгиб как балку, частично защемленную на опорах, с учетом пластического перераспределения моментов:

= 43,30 кНсм.

Найдем требуемый из условия прочности момент сопротивления сечения. При этом примем, что для устройства башмака применяется сталь С235 с расчетным сопротивлением Rу = 230 МПа.

= 1,99 см3.

Из выражения для момента сопротивления, известной из курса сопротивления материалов находим, что:

= 0,77 см.

Принимаем толщину диафрагмы = 0,8 см.

Боковые пластины принимаем той же толщины.

Башмак крепим к фундаменту двумя ботами, работающими на срез и растяжение.

Предварительно принимаем следующие размеры опорной плиты: длина lп = 57,5 см, ширина bп = 34 см.

Сжимающее усилие передается непосредственно на фундамент. Изгибающий момент, передающийся от башмака, равен:

= 435,51 кН/см2.

Момент сопротивления опорной плоскости башмака составит:

= 9698,33 см3.

Для устройства фундаментов принимаем бетон класса В15, имеющий расчетное сопротивление сжатию Rb = 1,1 кН/см2.

Сжимающее напряжение под башмаком определим по формуле:

= 0,045 кН/см2 < Rb = 1,1 кН/см2.

Для крепления башмака к фундаменту принимаем болты диаметром 16 мм, имеющие следующие геометрические характеристики:

Fбр = 3,14 см2;

Fнт = 2,45 см2.

Определим усилия в болтах:

растягивающие на один болт:

= 5,68 кН;

срезывающее:

= 24,75 кН.

Напряжение растяжения в пределах нарезки составит:

= 2,32 кН/см2 < = 17,43 кН/см2,

т.е. условие прочности выполняется.

Напряжение среза определим по формуле:

= 7,88 кН/см2 < = 14,04 кН/см2, где

Rs – расчетное сопротивление срезу стали класса С235, равное в соответствии с табл. 1* СНиП II-23-81* 0,85Ry.

Условие прочности анкерных болтов выполняется.

Коньковый узел.

Коньковый узел устраивается путем соединения двух полурам нагельным соединением с помощью стальных накладок.

На накладки действует поперечная сила от односторонней снеговой нагрузки, равная:

= 10,62 кН, где

S – расчетная снеговая нагрузка, вычисленная ранее.

Определяем усилия, действующие на болты, присоединяющие прокладку к поясу:

где l1 – расстояние между первым рядом болтов в узле;

l2 – расстояние между вторым рядом болтов.

По правилам расстановки нагелей отношение между этими расстояниями могут быть l1/l2 = 1/2 или l1/l2 = 1/3. Принимаем отношение 1/3, чтобы получить меньшее значение усилий.

Принимаем диаметр болтов 16 мм и толщину накладки 75 мм.

Несущую способность на один рабочий шов при направлении передаваемого усилия под углом 90° к волокнам согласно таблице 17,19 СНиП находим из условий:

Изгиба болта:

но не более значения

где a – толщина накладки; d – диаметр болтов.

Смятия крайних элементов - накладок:

Смятия среднего элемента – рамы:

где с – ширина среднего элемента узла (рамы).

Минимальная несущая способность одного болта на один рабочий шов: Tmin = 4,44кН.

Необходимое количество болтов в ближайшем к узлу ряду:

, принимаем 2 болта.

1.......................

Для получения полной версии работы нажмите на кнопку "Узнать цену"

Узнать цену

Каталог работ

Похожие работы: