background image

 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 
 

1.

 

Temat 
 

 

 

 

P

1

 = 2 kN 

P

2

 = 3 kN 

P

3

 = 1 kN 

a =2[m] 

 

 
2.

 

Obliczenie reakcji podpór 

 
 

Σ M

iA

 = - P

2

•2a – P

1

•3a + P

3

•a+ H

B

•a = 0 

H

B

 = (P

2

•2a + P

1

•3a - P

3

•a)/a 

H

B

 = 11 kN 

 
 

Σ F

iy

 = R

A

- P

2

 – P

1

 = 0 

R

A

 = P

2

 + P

1

  = 5 kN 

 
 

Σ F

ix

 = H

A

+ P

3

 + H

B

 = 0 

H

A

 = -P

3

 - H

B

  

H

A

 = -12 kN (zmiana znaku)  

 
 

 

3.

 

Wyznaczanie sił w prętach –metoda zrównoważenia węzłów 

 
 
Na niebiesko zaznaczono wektory sił w prętach 
 
 

 
 
 
 
 
 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
H

B

 = 11 kN 

 
 
 
R

A

 = 5 kN 

 
 
 
 
 
H

B

 = 12 kN 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

background image

 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
P

1

 = 2 kN 

P

3

 = 1 kN 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
P

2

 = 3 kN 

S

1-7

 = 2,83 kN 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

a)

 

Węzeł I 

 

 

 
 

Σ F

iy

 = -P

1

 +S

1-7

•sin45˚ = 0 → S

1-7

 = 2,83 kN 

 

Σ F

ix

 = -S

1-2

- S

1-7

•cos45˚ +P

3

 = 0 → S

1-2

 = -1  kN 

 
 
 

b) Węzeł VII 

 

 

 

Σ F

iy

 = -P

2

 +S

2-7

-S

1-7

•cos45˚  = 0 → S

2-7

 = 5 kN 

 

Σ F

ix

 = S

6-7

+ S

1-7

•cos45˚ = 0 → S

6-7

 = -2 kN 

 
 
 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
S

1-7

 = 2,83 kN 

 
 
S

1

-

2

 = -1 kN 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
S

2-7

 = 5 kN 

 
S

6-7

 = -2 kN 

 
 
 

background image

 

 
 
 
 
 
 
 
 
S

2-7

 = 5 kN 

S

1

-

2

 = 1 kN 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
S

2-6

 = -7,07 kN 

 
S

6-7

 = 2 kN 

 

c) Węzeł II 

 
 

 

 

 

Σ F

iy

 = -S

2-7

-S

2-6

•cos45˚  = 0 → S

2-6

 = -7,07 kN 

 

Σ F

ix

 = S

2-3

-S

1-2

+ S

2-6

•cos45˚  = 0 → S

2-3

 = 6 kN 

 
 
 

d) Węzeł VI 

 
 

 

 

 
 
 

Σ F

iy

 = S

3-6

-S

2-6

•sin45˚  = 0 → S

3-6

 = 5 kN 

 

Σ F

ix

 = -S

5-6

+S

6-7

+S

2-6

•cos45˚ = 0 → S

5-6

 = 7 kN 

 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
S

2-6

 = -7,07 kN 

 
S

2-3

 = 6 kN 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
S

3-6

 = 5 kN 

 
S

5-6

 = 7 kN 

background image

 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
S

3-6

 = 5 kN 

 
S

2-3

 = 6 kN 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
S

3-4

 = 11kN 

H

B

 = 11 kN 

 

e) Węzeł III 
 

 

 

 

Σ F

iy

 = -S

3-6

+ S

3-5

 sin45˚  = 0 → S

3-5

 = 7,07 kN 

 

Σ F

ix

 = S

3-4

-S

3-5

•cos45˚-S

2-3

  = 0 → S

3-4

 = 11 kN 

 
 
 

 

 

f) Węzeł IV 
 

 

 

Σ F

iy

 = 0=>S

4-5

 = 0  

Σ F

ix

 = -S

3-4

+ H

B

 = -11+11=0 

 

 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
S

3-5

 = 7,07 kN 

 
S

3-4

 = 11 kN 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
S

4-5

 = 0 

background image

 

Dane 

Szkice i obliczenia 

Wyniki 

 
 
 
 
S

5-3

 = 7,07kN 

H

A

 = -12 kN 

R

A

 = 5 kN 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

g) Węzeł V 
 

 

 
 

Σ F

iy

 = R

A

-S

3-5

 sin45˚ = 0 → S

3-5

 = 5 kN 

 

Σ F

ix

 = H

A

 +S

5-6

+S

3-5

•cos45˚  = 0 → S

5-6

 = 7 kN 

 
 

h) Podsumowanie – schemat obciażeń mechanicznych 
 
 

 

 
Wartości sił w poszczególnych prętach-minus oznacza że pręt jest ściskany: 
 
 
 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
S

3-5

 = 5 kN 

 
S

5-6

 = 7 kN 

 
 

 

background image

 

 

 

 

 
 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Numer pr

ę

ta  Warto

ść

 siły [kN] 

-2,83 

-2 

-7,07 

-7 

-7,07 

10 

11 

11 

 

 

background image

 

Dane 

Szkice i obliczenia 

Wyniki 

 
 
 
 
 
 
 R

e

 = 240 MPa 

 x

e

 = 2 

 
 
  
 
S

 = 28,86 kN 

 S

11

 = 28,86 

kN 
 
 
 
 
 
 
 
  
 
 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

  

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

4.

 

Obliczenia wytrzymałościowe-projekt węzła nr IV 

 

 

 
 

4.1

 

Dobór materiału 
 
Wszystkie  elementy  kratownicy  wykonane  zostaną  ze  stali  S235.  Dopuszczalne 
naprężenia na rozciąganie wynoszą: 
 

kr = Re / x

 

dla x

e

 = 2     =>      k

r

 = 235 MPa / 2 = 117,5 MPa 

 
 

 
 
 
4.2

 

Obliczenia na prętów rozciąganych 

 
 
Ponieważ pręty są ściskane i rozciągane, ich wymiary należy dobrać z warunku na 
rozciąganie i ściskanie. Dodatkowo, ponieważ pręty nr 4, 5 i 8 są ściskane należy 
sprawdzić ich stateczność z warunku na wyboczenie. 
 
Obliczenia wykonamy dla maksymalnej siły występującej w pojedynczym pręcie tj.  

P = 7,07 [kN] 

 

Obliczamy minimalny przekrój pręta: 

 

σ = P/A < k

r

 => A > P / k

r

  

 

A > 7070 [N] / 117,5 MPa > 60,17 [mm

2

 
 
 

Ponieważ płaskowniki będą zespawane spoiną pachwinową dwustronną, należy 

uwzględnić następujące warunki: 

 

Minimalna grubość dla spoin przenoszących obciążenia: 

3

a

mm

 

 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
k

r

 = 117,5 MPa

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

background image

 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

l=a=2m 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Maksymalna grubość dla spoin dwustronnych: 

0,5

a

g

 

 

Na podstawie powyższych warunków oraz PN-85/H-93210 dobieram grubość

 g 

płaskownika równą 6mm

 

 

p

A

g s

= ⋅

 

2

2

103,187

103,187

6

mm

g s

mm

s

mm

⋅ ≥

 

g*s>60,17 [mm

2

]=> s > 10,03 mm 

 

 

Na podstawie PN-85/H-93210 dobieramy płaskownik o s=15mm 

 

Pole przekroju płaskownika: 

 

A

p

=6*15=90mm

 

4.3

 

Obliczenia dla prętów ściskanych 4,5 i 8 
 

 

σ = P/A < k

c

 => A > P / k

c

  

 

gdzie:

 

0, 6

c

r

k

k

=

maksymalne naprężenia przy ściskaniu 

 

0, 6 117,5

70,5

c

c

k

MPa

k

MPa

=

=

 

 

A > 7070 [N] / 70 MPa > 101, 0[mm

2

 
 

Na podstawie PN-69/H-93401 dobieramy kątownik równoramienny 25x25x3 o polu 
przekroju poprzecznego wynoszącym 142 mm

2

 i momencie bezwładności I

x

 = I

y

 = 0,8 

cm

4

 
4.4

 

Obliczenia stateczności dla prętów ściskanych 4,5 i 8 
 

Ponieważ pręty mocowane są w dwóch przegubach, współczynnik wyboczeniowy 

długości pręta 

α = 1 

 

Długość wyboczeniowa (zredukowana) jest równa: 

l

r

 = α 

.

 l = 2000 mm 

 

 Obliczanie smukłości granicznej: 

 

gr

H

E

R

λ

π

=

 

 

gdzie: 

E

- moduł Yanga  

h

R

granica stosowalności prawa Hooke’a 

 

Dla stali S235 przyjmujemy: 

5

2,1 10

E

MPa

=

 

200

H

R

MPa

=

 

 

 
 
 
 
g=6mm 
 
 
 
 
 
 

 
 

s=15mm 

 
 

 
A

p

=90mm

 

 

 

 

 

 

 

 

k

c

 = 70 MPa 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

background image

 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 z= 1 
 z

0

= 0,8 

k

r

= 117,5 MPa 

 
 
 
 
 
 
 
 
 

5

2,1 10

101,8

200

gr

MPa

MPa

λ

π

=

=

 

 

Obliczamy minimalny promień bezwładności: 

 

I

min

 = Ix = 0,8 cm

4

  

i

min

 = √ (I

min

 / A) = 0,75 cm 

 

Obliczamy smukłość pręta: 

 

λ = l

r

 / i

min

 = 266,67 > λgr => wyboczenie sprężyste 

 

σkr = (π

2

 . E) / λk

r

2

 = 202,12 MPa 

 

Korzystamy z warunku bezpieczeństwa na wyboczenie: 

 

P / A < σ

kr

 / n

w

 , gdzie: 

 

n

w

 – współczynnik bezpieczeństwa, równy przy obciążeniach statycznych 3,5 

 

7070 N / 142 mm2 < 202,12 MPa / 3,5 

49,8 MPa < 57,7 MPa 

 

Warunek spełniony, również dla pozostałych prętów ściskanych mniejszymi siłami. 

 
 

4.5 Dobór blachy węzłowej 
 
Korzystam z warunku: 
 

g

bw

 = 1,5g

max 

gdzie: 
 

g

bw

 – grubość blachy węzłowej 

g

max

 – grubość najgrubszego elementu łączonego. 

g

bw

 = 9 mm 

 

Ostatecznie dobieram blachę o grubości 10 mm. Blacha węzłowa jest wykonana z tego 
samego materiału co profile czyli St3S. 
 
4.5

 

Obliczenia połączenia spawanego dla pręta rozciąganego(numer 7) 
 

Naprężenia dopuszczalne obliczą ze wzoru: 
 

k

t

’ = z•z

0

•k

r

 

gdzie: 
z – współczynnik jakości spoiny 
z

0

 – współczynnik uwzględniający charakter obciążenia statycznego 

k

r

 – naprężenia dopuszczalne dla materiałów łączonych 

 

k

t

’ = 94 MPa 

 

Korzystamy z warunku bezpieczeństwa przy obciążeniu ścinającym: 

 

P / A < kt’ , gdzie: 

 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
k

t

’ = 94 MPa 

 
 
 
 
 

background image

 

10 

 
P=7,07 [kN] 

A=a*l – pole przekroju spoiny 

 

Grubość tych spoin wyliczamy ze wzoru: 

a = 0,7*g , gdzie 

g – minimalna grubość łączonych elementów 

 

a = 0,7*6 = 4,2 mm, przyjęto 4mm 

 
 

Po przekształceniu otrzymujemy : 

 

l > P /  (k

t

’ * a) 

l > 18,8 mm 

 

Przyjmujemy l = 20 mm. 

 

Ponieważ spoiny nie są w tej samej odległości od osi bezwładności kątownika musimy 
obliczyć długości spoin po obydwóch stronach kątownika. 
 

Korzystamy z warunku: 

 

l

1

* e

1

 = l

2

 . e

2

 , gdzie: 

l = l

1

 + l

 

 

 

Po obliczeniu otrzymujemy: 

 

l

1

 = 12 mm 

l

2

 = 8 mm 

 

Biorąc pod uwagę obecność kraterów wżerowych na końcach spoin dodajemy do nich 

długość 2*a: 

 

l

1

 = 12 + 8 = 20 mm 

l

2

 = 8 + 8 = 16 mm 

 
 
 
 
 
 
 

 
 
 
 
 
 
a=4mm 
 
 
 
 
 
 
 
l = 20 mm. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
l

1

 =  20 mm 

l

2

 = 16 mm 

 
 
 
 
 
 
 

background image

 

11 

4.6

 

Obliczenia połączenia nitowanego 
 
Obliczenia przeprowadzamy dla pręta obciążonego największą siłą ściskającą. 
W pozostałych prętach węzła IV naprężenia będą mniejsze. 
 
Przyjęto wstępnie średnicę nitów d=8mm, materiał S235, k

t

=75 MPa 

 
       Sprawdzenie połączenia nitowego z warunku na ścinanie: 
 

)

 

(lub

4

2

0

t

n

t

k

k

n

m

d

F

=

π

τ

 

 

k

t

 – dopuszczalne naprężenia ścinające; 

F   - siła zewnętrzna; 
m  – liczba ścinanych przekrojów w jednym nicie; 
n   – liczba nitów, przyjęto 2 
 

MPa

t

2

,

35

2

2

4

8

7070

2

=

=

π

τ

 

 

     Sprawdzenie połączenia nitowego z warunku na naciski powierzchniowe: 
 

0

0

k

d

g

n

F

p

=

 

 

g – grubość, g=10 mm 

 d

o

 – przyjmuje się jako pole nacisku nitu na ściankę otworu. 

k

o

 – dopuszczalny nacisk powierzchniowy, k

0

=2,5*k

t

=180 MPa  

 

0

2

,

44

8

10

2

7070

k

p

=

=

 

 

Warunki wytrzymałościowe spełnione

 

 

Sprawdzenie kształtownika osłabionego otworem pod nit: 
 

r

r

k

d

g

n

S

F

=

0

1

σ

 

 

background image

 

12 

 
 
 
 
 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 

S - pole przekroju kształtownika,  
n

1

 - liczba nitów w obliczanym przekroju,   

k

r

 - dopuszczalne naprężenia rozciągające, k

r

=117,5 MPa   

 

r

r

k

MPa

=

=

114

10

10

1

142

7070

σ

 

 

Warunek wytrzymałościowy w osłabionym przekroju kształtownika spełniony 

 
 

Spis literatury: 
 
1. M.Porębska, A.Skorupa: „Połączenia spójnościowe” 
 PWN Warszawa 1997 
 
2. A.Rutkowski,A.Stępniewska: „Zbiór zadań z części maszyn” 
Wydawnictwa Szkolne i Pedagogiczne Warszawa 1984 
 
3. A.Troskolański: „Poradnik Mechanika” 
Wydawnictwa Naukowo-Techniczne Warszawa 1984 
 
4. J.Ratyński: „Projektowanie konstrukcji metalowych” 
PWN Warszawa 1979 
 
5. PN-80/B-03200 –„Konstrukcje stalowe”  

Polski Komitet Normalizacji Miar i Jakosci Warszawa 1980