Проектирование сварных конструкций реферат

Обновлено: 03.07.2024

Назначая окончательно толщину стенки, необходимо учитывать, что местная устойчивость стенки без дополнительного ее укрепления продольными ребрами жесткости будет обеспечена, если Окончательную толщину стенки принимаем равной 11 мм, так как tw=11>7, следовательно местная устойчивость стенки без дополнительного ее укрепления продольными ребрами жесткости будет обеспечена. Устойчивость балок… Читать ещё >

Проектирование сварных конструкций ( реферат , курсовая , диплом , контрольная )

Металлические конструкции благодаря своим высоким технико-экономическим качествам применяются во всех отраслях промышленности. Широкое использование в строительстве металлических конструкций позволяет проектировать сборные элементы зданий с сооружений сравнительно малой массы, организовать поточное производство на заводах и поточно-блочный монтаж их на строительной площадке, ускоряя ввод объектов в эксплуатацию.

Задача конструктора состоит в том, чтобы при соблюдении технологических и иных требований к объекту проектирования создать конструктивную схему с подбором параметров элементов и узловых соединений, обеспечивающую простой и надежный путь для передачи силовых потоков. При этом каждый конструктивный элемент, конструкция и сооружение в целом должны удовлетворять комплексу условий: прочности, устойчивости, жесткости, долговечности, ремонтопригодности и многим другим. В сочетании с экономическими ограничениями названные условия трудно реализуемы. Сложность проектирования состоит в том, что база знаний и нормативная база о силовом сопротивлении конструкции построена не на принципах их синтеза, а на принципах поверочных расчетов элементов с фиксированными геометрическими параметрами и идеализированными схемами работы, свойствами материала, условиями загружения.

1. Основные данные для проектирования

Схема технологической площадки

Район строительства: Город Норильск; -38?С

pn кПа, (постоянная) 0,55

gn кПа, (временная) 10

2. Выбор основного сварочного материала

2.1 Выбор сталей

Строительная конструкция состоит из нескольких элементов, выберем для каждого элемента свой материал, исходя из температурных параметров для данного района:

Температура наиболее холодной пятидневки в городе Пермь — 38С. Выбираем третью категорию сталей:

а) Настил перекрытия — листовой прокат — статическая нагрузка — группа 3 — Сталь С245.

б) Вспомогательные балки — прокат — статическая нагрузка — группа 3 — Сталь С245.

в) Главная балка — сварная конструкция — статическая нагрузка — группа 2 — Сталь С275.

г) Колонны — сварная конструкция — статическая нагрузка — группа 3 — Сталь С245.

2.2 Выбор сварочных материалов

Рассмотрим 3 способа сварки:

А) Длинномерные швы — автоматическая сварка под слоем флюса (СНиП II-23−81 Таблица 55).

А1) Выберем флюс — АН-60;

А2) Выберем проволоку — Св-08ГА;

Б) Короткие швы — механизированная сварка в среде защитных газов (СНиП II-23−81 Таблица 55).

Б1) Выберем газ — в углекислом газе Б2) Выберем проволоку — Св-08Г2С;

В1) Выберем тип электрода — Э46;

В2) Выберем марку электрода — УОНИ 13/45.

2.3 Оценим свариваемость

Проведем расчеты по:

А) Холодным трещинам:

Исходя из полученных результатов, по холодным трещинам на основании расчетов, можно сказать, что Стали С245 и С275 обладают хорошей свариваемостью, так как у них коэффициент по углероду ниже 0,45, соответственно подогрев не требуется.

Б) Горячим трещинам:

Б1) Проволока Св-08ГА:

Б2) Проволока Св-08Г2С:

Б3) Электрод Э46:

Исходя из полученных результатов по горячим трещинам на основании, можно сказать, что проволоки Св-08ГА, Св-08Г2С и электрод Э46 не обладают склонностью к горячим трещинам, так как HCS 4 q_n)), (3.1)

ln — пролет настила.

tn — толщина настила.

d=ln/fn — заданное отношение пролета настила к его предельному прогибу.

E1=E/(1−2) — модуль упругости при отсутствии поперечной деформации.

qn — нормативное значение нагрузки.

Рассчитаем толщину настила для пролета в 1 м:

Рассчитаем толщину настила для пролета в 1,6 м:

Раcсчитаем силу распора H:

где г_f=1,1 — коэффициент надёжности по нагрузке.

Для пролета l=1 м:

Для пролета l=1,6 м:

Рассчитаем значение катета углового шва.

K_f=H/((в_f l_w R_wf г_wf г_c)), (3.3)

K_z=H/((в_z l_w R_wz г_wz г_c)), (3.4)

где вf и вz — коэффициенты, с пределом текучести свыше 530 МПа (5400 кгс/см2) независимо от вида сварки, положения шва и диаметра сварочной проволоки вf = 0,7 и вz = 1;

lw — расчетная длина шва, принимаемая меньше его полной длины на 10 мм;

Rwf, Rwz — расчетное сопротивление сварных угловых швов по металлу шва и по металлу границы сплавления соответственно;

Run — нормативное сопротивление проката;

гwf и гwz — коэффициенты условий работы шва, равные 1 во всех случаях, кроме конструкций, возводимых в климатических районах I1, I2, II2 и II3, для которых гwf = 1 для металла шва с нормативным сопротивлением Rwun = 410 МПа (4200 кгс/см2) и гwz = 1 — для всех сталей;

гс — коэффициент условий работы конструкций, назначаемый в соответствии с требованиями СНиП по проектированию сооружений промышленных предприятий.

Для пролета l=1 м:

Для пролета l=1,6 м:

Окончательный катет шва, мы принимаем, 4 мм для пролета 1 м и 5 мм для длинны пролета 1,6 м.

4. Расчет балки настила

Погонная равномерно распределенная нагрузка на балку Нормативная:, (4.1)

где n — шаг балок настила;

pn, gn — нормативная постоянная (включая собственный вес балки) и временная равномерно распределенные нагрузки соответственно;

fp, fg — коэффициенты надежности по нагрузке для временной и постоянной нагрузки соответственно.

Расчетную схему главной балки принимают в соответствии с заданной схемой балочной клетки — двухконсольная балка.

Определим максимальные значения изгибающего момента M и поперечной силы Q для каждого варианта по формулам:

Для пролета 1 м:

Для пролета 1,6 м:

При подборе сечения прокатных балок по деформированной схеме на основе требуемой величины предельного прогиба балки определяют требуемый момент инерции сечения балки:

Определяем требуемый момент сопротивления балки настила и соответствующий номер двутавровой балки определим по формуле:

где Ry=240 МПа — расчетное сопротивление стали;

с1 — коэффициент, учитывающий развитие пластических деформаций по сечению, предварительно принимаемый равным 1,12.

Номер балки — 36 (W=743 см 3 , I=13 380 см4).

Проверка стали по условию прочности у_x=M_x/(W_x•c)?R_y (4.7)

Для пролета 1 м:

Для пролета 1,6 м:

Устойчивость балок не проверяем, так как передача нагрузки происходит через сплошной жесткий настил, непрерывно опирающийся на сжатый пояс балки и надежно с ним связанный. Проверка местной устойчивости поясов и стенки прокатных балок также не требуется, так как она обеспечена принятой толщиной элементов из условий прокатки.

Проверку жесткости балки проводим по формуле при принятом предельном прогибе балки.

Определяем расход стали на ячейку рабочей площадки по формуле:

Для пролета 1 м:

M=16•8•7850•0,004+(16/1+1)•36,5•8=5004,2 кг, Для пролета 1,6 м:

Исходя из расхода стали, для дальнейшей разработки принимаем вариант 1.

5. Расчет и конструирование главной балки

5.1 Определение расчетных усилий и назначение расчетной схемы

Нагрузка на главную балку передается от балок настила в виде сосредоточенных сил. При достаточно частом расположении балок настила (больше пяти в пролете) сосредоточенные силы, без существенного снижения точности, можно заменить эквивалентной равномерно распределенной нагрузкой q.

5.2 Компоновка и подбор сечения балки

Оптимальная, из условия прочности и минимума расхода стали, высота балки определяется по формуле:

где Wd — требуемый момент сопротивления сечения балки;

tw — толщина стенки;

k — коэффициент, равный для сварных балок постоянного сечения 1,2…1,15, переменного — 1.

Определим максимальные значения изгибающего момента M и поперечной силы Q для каждого варианта по формулам:

Требуемый момент сопротивления сечения балки определяется по формуле:

Толщину стенки, предварительно, определим по эмпирической формуле:

где h = (1/8…1/15)=1/15*16=1,06 м, — пролет балки.

h_opt=1,2v (0,0097/0,011)=1,1 м Минимальная, из условия обеспечения жесткости, высота балки для двухконсольной схемы определяется по формуле:

h_min=0,9 м Определяем минимальную толщину стенки tw, min из условия ее работы на срез по формуле:

где k=1,5 — при включении в работу только стенки, без учета поясов (опирание разрезной балки с помощью опорного ребра);

hw — высота стенки, которую в первом приближении можно принять равной hw = h — (0,04…0,05) =1,05 м.

Rs — расчетное сопротивление по сдвигу определяемое по формуле:

R_s=0,58R_yn/?_m =0,58 (275•?10?^6)/1,025=155,6 МПа (5.10)

где Ryn=275 МПа — нормативное сопротивление проката.

Требуемая площадь сечения поясов определяется по формуле:

где h0 = h — 0,5 (h — hw)=1,11−0,5 (1,11−1,05)=1,075 м — расстояние между центрами тяжести полок.

По полученной площади назначают ширину bf и толщину tf пояса. Для этого определим толщину пояса tf по формуле:

Найдем ширину пояса по формуле:

В изгибаемых элементах отношение ширины свеса сжатого пояса bf к толщине tf должно удовлетворять условию:

Так как данное условие удовлетворяется, то выбранные габариты поясов нам подходят.

По результатам подбора сечения компонуем сечение балки:

5.3 Проверка прочности балки

Определяем момент инерции:

Определяем момент сопротивления:

Определяем статический момент полусечения принятого сечения балки:

Проверку прочности проводят в соответствии с требованиями:

Данные условия выполняются.

При этом должно выполнятся условие:

где ух — нормальные напряжения в срединной плоскости стенки, параллельные оси балки;

уy — локальные напряжения, перпендикулярные оси балки.

Нормальные напряжения в срединной плоскости стенки, параллельные оси балки определяются по формуле:

Вычисление локальные напряжения, перпендикулярных оси балки, находятся исходя из условия:

где hст — строительная высота;

H — проектируемая высота.

Установим ребра жесткости:

а=2 (м) — расстояние между основными ребрами жесткости;

bh — ширина выступающей части ребра bh:

ts — толщина ребра:

Принимаем толщину ребра ts=6 (мм)=0,006 (м).

Устойчивость стенки балки, укрепленной поперечными ребрами жесткости, не требуется проверять, если при выполнении условия (5.24), условная гибкость стенки w не превышает 2,5.

В данном случает при выполнении условии (5,24), условная гибкость стенки w превышает значение 2,5 и равно 3,4, следовательно произведу проверку устойчивости стенки.

Проверка устойчивости стенки балки Расчет на устойчивость стенок балок симметричного сечения, укрепленных только поперечными основными ребрами жесткости, при наличии местного напряжения следует выполнять по формуле:

уx, cr — критические нормальные напряжения в срединной плоскости стенки;

фcr — критические касательные напряжения;

уy, cr — критические местные напряжения.

Критические нормальные напряжения в срединной плоскости стенки определяются по формуле:

Ccr=35,5 — коэффициент для сварных балок принимаемый по таблице 21 в зависимости от значения коэффициента.

= - коэффициент принимаемы по таблице 22[4]. Отсюда =.

Критические местные напряжения определяются по формуле:

c1=83,6 — коэффициент, принимаемый для сварных балок по табл. 23[4] в зависимости от отношения a/hef=2/1,05=1,93 и значения =;

a — условная гибкость пластины, определяется по формуле:

Критические касательные напряжения определяются по формуле:

=a/hw=2/1.05=1,93 — отношение большей стороны пластинки к меньшей/

На основании неравенства получаем, что устойчивость стенок балок симметричного сечения, укрепленных только поперечными основными ребрами жесткости обеспеченна.

Проверка местной устойчивости пояса балки Проверку местной устойчивости пояса производить не нужно, так как при компоновке сечения выполнены требования (5.18).

5.6 Расчет поясных швов главной балки

При соединении поясов со стенкой двусторонними сварными швами, при соединении поперечных ребер жесткости в местах опирания балок настила, минимальный катет шва определяют по формулам:

=0,50,0073(1,1−0,03)=0,0039 (м3) — статический момент брутто пояса;

F=2Qбн — опорная реакция балки настила;

ef =0,2 (м) — условная длина распределения нагрузки;

Rwf=200 МПа — расчетные сопротивления металла швов сварных соединений для проволоки Св-08ГА;

вf и вz — коэффициенты, с пределом текучести свыше 530 МПа (5400 кгс/см2) независимо от вида сварки, положения шва и диаметра сварочной проволоки вf = 1,1 и вz = 1,15;

Q=864 (кН) -максимальное значение поперечной силы;

I=0,0054 (м4) — момент инерции.

Так как наибольшей толщиной при сварке стенки балки и пояса обладает пояс tf =30(мм), то катет шва задам K=7 (мм).

балка сварочный настил

1. Металлические конструкции. В 3 т. Т. 1. Элементы стальных конструкций: Учеб. пособие для строит. вузов/В.В. Горев, Б. Ю. Уваров , В. В. Филиппов и др.; Под ред. В. В. Горева . — М.: Высш. шк., 1997.

2. Металлические конструкции. Общий курс: Учеб. для вузов/Г.С. Ведеников, Е. И. Беленя , В. С. Игнатьева и др.; Под ред. Г. С. Веденикова . — М.: Стройиздат, 1998.

3. Мандриков А. П. Примеры расчета металлических конструкций: Учеб. пособие для техникумов. — М.: Стройиздат, 1991.

4. СНиП II-23−81*. Стальные конструкции. — М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1990.

5. Дедух А. Д. Альбом чертежей металлических конструкций: Учеб. Пособие к курсовому и дипломному проектированию для студентов всех форм обучения специальности ПГС (2903). — Челябинск: ЧГТУ, 1995.

Конструкция моста является симметричной фигурой относительно двух взаимно перпендикулярных вертикальных плоскостей – продольной и поперечной. При помощи горизонтальных ферм и диагональных связей между поясами вертикальных ферм достигается пространственная жесткость конструкции.

Главная балка воспринимает нагрузки от собственного веса и давления ходовых колес грузовой тележки. Вертикальная вспомогательная ферма воспринимает нагрузки от собственного веса. Горизонтальные фермы воспринимают горизонтальные инерционные нагрузки при разгоне и торможении крана (равномерно распределенные – от веса кран, сосредоточенные – от веса тележки с грузом). Концевые банки нагружены сосредоточенными силами в вертикальной плоскости от действия главных и вспомогательных ферм к горизонтальным инерционным силам при разгоне и торможении тележки.

Для всех основных элементов крана выбираем низкоуглеродистую конструкционную сталь ВСт3 сп5, изготовленную по ГОСТ380-71. Сталь данной марки широко применяется в машиностроении, особенно в изготовлении различных металлоконструкций. Эта сталь характеризуется высоким пределом текучести, она пластична, хорошо работает при различных силовых воздействиях и позволяет получать высококачественные сварные соединения. К тому же сталь ВСт3 сп5 является одной из наиболее дешевых сталей. Поэтому ее выгодно использовать в изготовлении сварных конструкций.

C-0.14%; Si-0.12%; Mn-0.4%; S- 2

Для компенсации упрощенного расчета вводят коэффициент неполноты расчета m: для главной балки m=1; для вертикальной вспомогательной фермы m=0.55; для концевой балки m=0.5.

3.1 Определение усилий в главной балке

Необходимо построить линии влияния моментов, чтобы знать их максимально возможные значения в разных сечениях балки.

0,1lM₁ = 0,09l = 1,62 м

0,2lM₂ = 0,16l = 2,88 м

0,3lM₃ = 0,21l = 3,78 м

0,4lM₄ = 0,24l = 4,32 м

Определим моменты от веса тележки в каждом из сечений 0,1l, 0,2l и т.д. с учетом того, что один из сосредоточенных грузов располагается над вершиной линии влияния, а второй занимает положение, показанное на рис. 1.

Величина изгибающего момента от сосредоточенных сил вычисляется по формуле:

где у_i – ордината линии влияния;

Р – величина сосредоточенного груза.

В сечениях при l = 18 м и d = 2,4 м:

Наибольшие значения М для сечений балки от Р показаны на рис. 2.

Определим изгибающие моменты от равномерно распределенной нагрузки. Момент в сечении x от равномерно распределенной нагрузки определяется по формуле:

Значения М для сечений балки от q показаны на рис. 3.

Вычислим суммарные величины моментов в сечениях от сосредоточенных сил и равномерной нагрузки:

Таким образом, расчетной величиной момента для балки является М = 132,69 Т м = 13269000 кГ см.

Требуемый момент сопротивления балки для этого усиления равен:

Построим линии влияния поперечной силы:

в сечении x= 0, ордината влияния Q₀ = 1;

в сечении x= 0,1l, ордината Q₁ = 0,9;

в сечении x= 0,2l, ордината Q₂ = 0,8 и т.д.

Определим расчетные усилия от сосредоточенных сил в каждом из указанном сечений с учетом того, что одна из них располагается над вершиной линии влияния.

В сечении x = 0.

Аналогично в сечениях при l = 18 м и d = 2 м:

Поперечные силы Q от собственного веса q равны:

Расчетные значения поперечных сил от сосредоточенных и равномерно распределенных нагрузок будут следующими:

3.2 Определение усилий в стержнях вертикальной вспомогательной фермы

Усилия определяют методом линий влияния. Построим линии влияния для панели 5-6. Моментной точкой изгиба является узел 18. Пусть груз находится справа от разрезанной панели: м. Рассмотрим равновесие левой части:

Линия влияния имеет вид треугольника с ординатой y₁ = -3,67

Линия влияния имеет вид треугольника с ординатой y₁ =3,75 м.

Пусть груз находится слева от панели, т.е. :

Построим линию влияния для стойки 0-15. Она работает лишь при нахождении единичного груза в панели 0-1. При нахождении груза равного 1 в узле 0 усилие в стойке 0-15 равно 0.

Построим линию влияния для стойки 2-16. Стойка 2-16 работает лишь при нахождении единичного груза в панелях 1-2 и 2-3. При прохождении груза равного 1 в узле 1 усилие в стойке 2-16 равно 1. При нахождении указанного груза в узле 1 и левее его, а также в узле 3 и правее его усилие в стойке 2-16 равно 0.

Аналогично усилия распределяются в стойке 4-17.

Линия влияния для стоек 0-15, 2-16, 4-17 имеют вид треугольника с высотой равной 1(в узлах 0; 2; 4 соответственно).

3.3 Определение усилий в стержнях горизонтальной вспомогательной фермы

Построим линии влияния для панели 5’-6. Моментная точка – узел 18. Пусть груз находится справа от разрезаемой панели 5’-6. Рассмотрим равновесие левой части: м.

Линия влияния имеет вид треугольника с ординатой y₁ = -3,4 м.

Построим линию влияния для панели 6’-8’. Моментная точка – узел 7`. Пусть груз находится справа от разрезаемой панели 6’-8’: . Рассмотрим равновесие левой части:

Линия влияния имеет вид треугольника с ординатой y₁ =3,3 м.

Построим линию влияния для раскоса 6-7`. Пусть груз находится справа от разрезаемой панели 6-7`: . Сумма проекций на ось y:

Пусть груз слева от разрезаемой панели 6-7’: . Сумма проекций на ось y:

Построим линию влияния для стойки 0-0`. Она работает лишь при нахождении единичного груза в панели 0`-1`. При нахождении груза равного 1 в узле 0 усилие в стойке 0-0` равно 0.

Построим линию влияния для стойки 2-2`. Стойка 2-2` работает лишь при нахождении единичного груза в панелях 1`-2` и 2`-3`. При прохождении груза равного 1 в узле 1` усилие в стойке 2-2` равно 1. При нахождении указанного груза в узле 1` и левее его, а также в узле 3` и правее его усилие в стойке 2-2` равно 0.

Аналогично усилия распределяются в стойке 4-4` и 6-6`.

Линии влияния стоек 0-0`, 2-2`, 4-4`, 6-6` будут иметь вид аналогичный линиям влияния стоек вертикальной вспомогательной фермы.

Конструктивные особенности и технические условия изготовления сварных балок. Определение расчетных усилий, построение эпюр поперечных сил и изгибающих моментов. Проверка прочности балки, расчет сварных швов. Выбор конструктивных элементов балки.

Рубрика	Производство и технологии
Вид	методичка
Язык	русский
Дата добавления	11.10.2015
Размер файла	35,0 K

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

КИРОВСКОЕ ОБЛАСТНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ АВТОНОМНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

СРЕДНЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

ПО ВЫПОЛНЕНИЮ КУРСОВОГО ПРОЕКТА

для специальности

22.02.06 Сварочное производство

среднего профессионального образования

Кирс 2015

Методические указания разъясняют порядок разработки курсового проекта.

Цель курсового проектирования:

Задачи курсового проектирования:

1. Систематизация, закрепление и расширение теоретических и практических знаний по специальности и применение этих знаний при решении конкретных производственных задач.

2. Развитие навыков ведения самостоятельной работы и овладение методикой исследования и экспериментирования при решении разрабатываемых в проекте проблем.

3. Выявление подготовленности студентов для самостоятельной работы в условиях современного производства, прогресса науки, техники.

Курсовой проект включает в себя пояснительную записку, схемы и чертежи. ПЗ должна иметь следующее содержание:

1.2 Конструктивные особенности и технические условия изготовления сварных балок

2. Технологическая часть

2.1 Выбор материала конструкции

2.2 Расчет конструкции

2.2.1 Описание исходных данных и изображение расчетной схемы

2.2.2 Определение расчетных усилий Q и M, построение эпюр поперечных сил и изгибающих моментов

2.2.3 Определение расчетного прогиба f

2.2.4 Нахождение требуемой высоты балки

2.2.5 Определение требуемых момента сопротивления сечения Wтр и моментов инерции сечения Iтр; Iг; Iв

2.2.6 Определение требуемой площади поперечного сечения балки и подбор сечения

2.2.7 Проверка прочности и устойчивости балки

2.2.8 Расчет сварных швов (определение толщины поясных швов)

2.2.9 Выбор конструктивных элементов балки (узлов, стыков при необходимости)

3. Графическая часть

3.1 Поперечное сечение балки

3.2 Узлы балки, стыки, узлы сопряжения (при наличии)

4. Список используемой литературы

1. ОБЩАЯ ЧАСТЬ

1.1 Введение

Краткий обзор истории развития сварочного производства в нашей стране и различных отраслях промышленностях; перспективы применения сварных металлоконструкций; их классификация; основные требования, предъявляемые к их изготовлению; факторы, определяющие экономичность, технологичность и другие свойства сварных изделий; способы сварки, используемые при изготовлении типовых металлоконструкций.

1.2 Конструктивные особенности и технические условия изготовления сварных балок

Необходимо определить тип конструкции (ферма, балка, колонна, листовая конструкция и т.д.); описать назначение конструкции, условия работы; основные узлы; привести примеры поперечных сечений балок в зависимости от назначения; технические условия изготовления.

2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

2.1 Выбор материала конструкции

Провести краткий обзор материалов, применяемых для изготовления сварных конструкций; обосновать свой выбор (указать конкретную марку), опираясь на механические свойства, химический состав материала, его свариваемость. Исходя из конкретно подобранной марки стали (другого материала) произвести выбор способа сварки и сварочных материалов.

2.2 Расчет конструкции

2.2.1 Описание исходных данных и изображение расчетной схемы

· сформулировать поставленную задачу: разработать конструкцию сварной балки заданной длины и крепления (подобрать сечение балки в виде сварного двутавра при заданных условиях)

· изобразить схему закрепления и нагружения балки с учетом исходных данных

· кратко изложить методику расчета - подбора поперечного сечения балки

2.2.2 Определение расчетных усилий Q и M

Конструирование следует начать с определения расчетных усилий Q и M, чтобы знать их максимальные значения в разных сечениях балки, по которым и ведут дальнейший расчет.

Для этого, учитывая схему нагружения балки, находят реакции опор и, пользуясь методом сечений, определяют значения поперечных сил и изгибающих моментов на различных участках балки. По полученным значениям Q и М строят эпюры распределения Q и М по длине балки.

Собственный вес балки при предварительном подборе сечения можно учесть умножением Мmax на коэффициент k=1.02-1.04, тогда расчетный момент сварной балка шов прочность

2.2.3 Определение расчетного прогиба f

Для заданного назначения балки принимаем по нормативам значение и рассчитываем прогиб балки для заданной длины. Например, для двухопорных балок с шарнирным опиранием ; для двухопорных балок второстепенного назначения и т.д.

2.2.4 Нахождение требуемой высоты балки

Требуемая высота балки с учетом заданной нормы жесткости и допускаемых напряжений на основной металл

, м (2 - 2) - обязательное условие

где - коэффициент, зависящий от типа нагрузки и опирания (табл. 7[4])

l - длина пролета балки, м

Е - модуль упругости материала

- максимальный прогиб балки

- допускаемое напряжение в балке с учетом условий работы , МПа

С учетом проектирования балок наименьшей массы

, м (2 - 3) - желательное условие

где - коэффициент, зависящий от формы сечения:

- для двутаврового профиля

- для коробчатого профиля;

М - расчетный изгибающий момент балки, Нм

- толщина вертикального листа двутаврового профиля (стенки) или двух вертикальных листов коробчатого сечения, мм

При проектировании балок величина неизвестна. Поэтому её первоначально задают. Можно принимать мм.

Задав , определяем высоту балки h по формуле (2 - 3) и выбираем наибольшее из значений, найденных по формулам (2 - 2) и (2 - 3)

2.2.5 Определение требуемых момента сопротивления сечения Wтр и моментов инерции Iтр; Iг и Iв

Требуемый момент сопротивления сечения

где М - (суммарный) расчетный момент, определенный по заданным нагрузкам с учетом условий работы в п. 2.2.2., Нм

Требуемый момент инерции сечения

Момент инерции вертикального листа высотой и толщиной :

где приближенно принимаем , см

Тогда момент инерции горизонтальных листов

Но требуемый момент инерции двух горизонтальных листов

где - момент инерции горизонтального листа, которым пренебрегают, см

- расстояние между центрами тяжести горизонтальных листов, см

- площадь одного горизонтального листа, см

Тогда требуемая площадь одного горизонтального листа

Задав значение толщины горизонтального листа , находим ширину b горизонтального листа:

Ориентируясь на полученные значения b, и , принимаем размеры сечения горизонтального листа в мм (напр., 10•180, где 10мм - толщина листа, 180мм - ширина листа).

Уточняем значение площади поперечного сечения А; значения момента инерции I балки подобранного сечения, момента сопротивления W.

2.2.6 Проверка прочности и устойчивости балки

Проверку прочности балки подобранного сечения производим, вычисляя нормальные напряжения от изгиба

Условие прочности считается выполненным, если расчетное напряжение превышает допустимое на 0,5%; если недонапряжения превосходят 7-10%, то следует уменьшить размеры сечения, но в балках, сечение которых подобрано по жесткости (п. 2.2.4) недо напряжения неизбежны.

Касательные напряжения в центре тяжести сечения

где Q - наибольшая поперечная сила в сечении, Н

S - статический момент половины площади сечения относительно центра тяжести сечения балки, м

При необходимости проверяют общую устойчивость балки по формуле:

где - понижающий коэффициент при изгибе ,зависит от вида балки, типа сечения, характера нагрузки

R - расчетное сопротивление материала, МПа

Если на сжатый пояс опирается жесткий настил (из железобетонных плит, железных листов), передающий на балку равномерно распределенную нагрузку, то устойчивость балок заведомо обеспечена и расчетом не проверяется.

Местную устойчивость сжатого пояса (горизонтальных полок) обеспечивают, выдерживая соотношение .

Для обеспечения местной устойчивости стенки (вертикального листа), её подкрепляют поперечными ребрами жесткости, которые необходимы уже при соотношении .

Поперечные ребра жесткости выполняют обычно из полосовой стали и располагают в опорных сечениях, а далее на расстояниях не более , если или не более , если .

Ширину ребра принимают , мм, толщину ребра .

2.2.7 Расчет сварных швов

Чтобы предотвратить при изгибе составной балки сдвиг поясов относительно стенки, их соединяют с помощью сварных швов, которые называют поясными и выполняют, как правило, механизированными или автоматизированными способами сварки.

Расчет сварных швов сводится к определению требуемой толщины шва (или катета)

где - коэффициент, зависящий от способа сварки;

- расчетное сопротивление металла шва (справочные данные), МПа, зависит от типа электрода, напр.

Тип электрода Э42, Э42А

Т - сдвигающая сила, приходящаяся на 1см длинны балки, которую воспринимают два угловых поясных шва, Н

где Q - максимальная расчетная поперечная сила, Н

- статический момент пояса относительно нейтральной оси балки, см

I - момент инерции всего сечения балки, см

В данном случае S _нижнего пояса равен статическому моменту площади верхнего пояса

Проверку прочности двухсторонних углов сварных швов проводят по касательным напряжениям, которые, как правило, незначительны:

где I - утонченный момент инерции подобранного поперечного сечения балки, см

Если же полки привариваются к стенке сварными швами, выполненными с проваром на всю толщину стенки, то они равнопрочны со стенкой и не рассчитываются.

Швы, приваривающие ребра жесткости к поясам и стенкам, не передают рабочих напряжений и расчёту на прочность не подлежат; катеты этих швов принимают, обычно, исходя из толщины устанавливаемых ребер и выбранного для их приварки способа сварки.

2.2.8 Выбор конструктивных элементов балки

При выборе конструктивных элементов балки следует указать:

1. наличие и вид монтажных или заводских стыков, способ и место сварки, способ контроля сварных швов;

2. вид ребер жесткости при их наличии (опорные; поперечные или вертикальные; продольные или горизонтальные и т.д.), их размеры, место постановки.

3. конструктивную схему очертания балки.

3. ГРАФИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

В соответствии с произведенным расчетом необходимо выполнить:

1. чертежи поперечного сечения балки с указанием подобранных размеров;

2. чертеж (схему) выбранного варианта узла очертания балки;

При выполнении чертежей и схем необходимо соблюдать требования ЕСКД.

4. СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

Подобные документы

Краткое описание металлоконструкции крана. Выбор материалов и расчетных сопротивлений. Построение линий влияния. Определение расчетных усилий от заданных нагрузок в элементах моста, подбор его сечений. Расчет концевой балки, сварных швов, прогиба балки.

курсовая работа [1,3 M], добавлен 12.06.2010

Определение расчетных значений изгибающих и поперечных моментов балки, высоты из условия прочности и экономичности. Расчет поперечного сечения (инерции, геометрических характеристик). Обеспечение общей устойчивости балки. Расчет сварных соединений и опор.

курсовая работа [1023,2 K], добавлен 17.03.2016

Выбор и обоснование сварочных материалов, анализ и оценка их свариваемости. Расчет плоского настила без ребер жесткости. Определение параметров балки настила. Расчет и конструирование главной балки, порядок проверка местной устойчивости ее элементов.

курсовая работа [721,3 K], добавлен 15.05.2013

Определение расчётных нагрузок, действующих на балку, расчётных усилий, построение эпюр. Подбор сечения балки. Проверка прочности, жёсткости и выносливости балки. Расчёт сварных соединений. Момент инерции сечения условной опорной стойки относительно оси.

курсовая работа [121,4 K], добавлен 11.04.2012

Эпюры внутренних усилий. Составление уравнения равновесия и определение опорных реакций. Определение внутренних усилий и построение эпюр. Расчетная схема балки. Значения поперечных сил в сечениях. Определение значений моментов по характерным точкам.

Сварные металлические конструкции благодаря своим высоким технико-экономическим качествам применяются во всех отраслях народного хозяйства. Широкое использование в строительстве металлических конструкций позволяет проектировать сборные элементы зданий и сооружений сравнительно малой массы, организовывать поточное производство конструкций на заводах и поточно-блочный монтаж их на строительной площадке.

. АНАЛИЗ РАСЧЕТНОЙ СХЕМЫ

. ТИП ПОПЕРЕЧНОГО СЕЧЕНИЯ БАЛКИ

. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЗМЕРА СЕЧЕНИЯ БАЛКИ

.1 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЫСОТЫ БАЛКИ ИЗ УСЛОВИЯ ПРОЧНОСТИ

Нужна помощь в написании курсовой?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.

.2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЫСОТЫ БАЛКИ ИЗ УСЛОВИЯ ЖЕСТКОСТИ И МАКСИМАЛЬНОГО ПРОГИБА

.3 ВЫБОР ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ РАЗМЕРОВ СЕЧЕНИЯ

.1 РАСЧЕТ НА ПРОЧНОСТЬ

.2 ПРОВЕРКА ОБЩЕЙ УСТОЙЧИВОСТИ БАЛКИ

.3 ПРОВЕРКА МЕСТНОЙ УСТОЙЧИВОСТИ

. НАЗНАЧЕНИЕ РАЗМЕРОВ ПЛАНОК, СОЕДИНЯЮЩИ ВЕТВИ БАЛКИ

. РАСЧЕТ КРЕПЛЕНИЯ СТЕРЖНЕВОЙ КОНСТРУКЦИИ К СТЕНЕ

Нужна помощь в написании курсовой?

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

поперечное сечение стержень прочность балка

Проектирование экономически эффективных металлических конструкций, основанное на правильном выборе конструктивных форм, использование типовых и унифицированных решений и соответствующем расчете — начальный и один из главных этапов создания сварной металлической конструкции.

1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

Стержневая конструкция одним концом жестко прикреплена к стенке, нагружена продольной силой Pz = 300 кН и поперечной Qy = 0,5Pz (x, y — главные оси поперечного сечения, z — продольная ось). Сила Pz приложена внецентренно, с эксцентриситетами ex — 0 и ey — 400 мм (ey > 0 при приложении силы Pz ниже центра сечения). Поперечное сечение ограничено габаритами hmax =450мм и bmax =300мм. Длина стержня L=2м. Материал — сталь ВСт3сп. Нагрузка циклическая, пульсирующая (с коэффициентом асимметрии цикла ρ=0), число циклов за срок службы n=106. При работе на выносливость наибольшую концентрацию напряжений создают угловые швы, присоединяющие конструкцию к стенке (6-я группа по СНиП).

Максимальное поперечное перемещение свободного конца при расчете на жесткость f= L/100=20мм.

Нужна помощь в написании курсовой?

2. АНАЛИЗ РАСЧЕТНОЙ СХЕМЫ

На рисунке 1.а представлена схема приложения сил к стрежневой системе.

Рисунок 1. Схема приложения сил к стержневой конструкции.

После анализа исходных данных, преобразуем схему приложения сил (рисунок 1.б): воспользовавшись теоремой о параллельном переносе силы (известно из теор. механики), переносим силу Pz в точку пересечения осей X и У, прибавляя при этом пару сил с моментом, равным моменту силы Pz относительно точки, куда переносится сила (mPz= Pzx ey=120 кНм).

Из преобразованной схемы видно, что изгиб стержня происходит только относительно оси Х, т.е. Му=0.

Определим максимальный изгибающий момент, относительно оси X. Для этого определим опорные реакции и посмотрим эпюры поперечных сил и изгибающих моментов.

Рисунок 2. Эпюры поперечных сил и изгибающих моментов.

V=150 кН; H= 300 кН; m0= 360 кНм.

Нужна помощь в написании курсовой?

Как видно из рисунка 2, максимальный изгибающий момент относительно оси Х — Мх= 360 кНм.

Предположим, что поперечное сечение рассматриваемого стержня — сплошной прямоугольник.

Тогда площадь поперечного сечения:

А= hmaxx bmax =0,45х0,3=0,135 м2

Момент сопротивления сечения относительно оси X и У соответственно:

Значение относительных эксцентриситетов:

Согласно СНиП, если наибольший из эксцентриситетов имеет значение от 5 до 20, то стержневой элемент является изгибаемой балкой, при расчете которой необходимо учитывать действие сжимающей силы.

3. ТИП ПОПЕРЕЧНОГО СЕЧЕНИЯ БАЛКИ

Нужна помощь в написании курсовой?

Рисунок 3. Тип поперечного сечения балки.

4.ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЗМЕРА СЕЧЕНИЯ БАЛКИ

4.1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЫСОТЫ БАЛКИ ИЗ УСЛОВИЯ ПРОЧНОСТИ

Рисунок 4. Схематизация сечения.

Для основной балки нагрузка является изгибающий момент. Условие прочности:

где [σ] — допускаемое напряжение.

Допускаемое напряжение из условий статической прочности и устойчивости:

где Ry= σT/γm — расчетное сопротивление по пределу текучести, для Ст3сп σT=250 МПа, γm=1,05 (коэф. надежности по материалу),

Нужна помощь в написании курсовой?

φ=0,6 — коэффициент зависящий от гибкости и учитывающий эксцентриситет.

Допустимое напряжение при работе на выносливость:

[σ]= ɑxγvxRv

где Rv=45 МПа — расчетное сопротивление, выбирается по СНиП в зависимости от марки стали и концентрации напряжений в сварном соединении; ɑ=1,63 — коэффициент зависящий от числа циклов нагружения (n=106); γv=2/(1- ρ)=2 — коэффициент, отражает зависимость допустимых напряжений от показателя асимметрии цикла (ρ=0).

Из двух значений допустимых напряжений выбираем меньшее:

Нужна помощь в написании курсовой?

Оптимальная высота балки из условий прочности:

4.2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЫСОТЫ БАЛКИ ИЗ УСЛОВИЯ ЖЕСТКОСТИ И МАКСИМАЛЬНОГО ПРОГИБА

Оптимальная высота балки из условия жесткости:

где E=2,06×105 МПа — модуль упругости.

Требуемый момент инерции сечения:

4.3 ВЫБОР ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ РАЗМЕРОВ СЕЧЕНИЯ

Из условия равенства требуемых моментов инерции сечения (Jxσ=Jxf), определяем порог высоты балки, ниже которого действуют уравнения жесткости, а выше уравнения прочности.

Из расчета видно hσ˃h*, следовательно для данного сечения, при данных нагрузках оптимальной является высота hσ=724,5 мм. Но по условию задания высота балки ограничена hmax=450мм. Из этого следует что высота сечения h= hmax=450мм.

Нужна помощь в написании курсовой?

Требуемый момент инерции сечения:

Толщину стенки назначаем из условия обеспечения местной устойчивости:

Момент инерции двух стенок:

Суммарный момент инерции двух полок:

Площадь одной полки:

An1=2 Jxn/h=2×4,9406×10-4/0,45=21,9582×10-4 м2

Sn=An1/b=21,9582×10-4/0,3=0,0073 м=7 мм

Нужна помощь в написании курсовой?

5. ПРОВЕРОЧНЫЙ РАСЧЕТ

5.1 РАСЧЕТ НА ПРОЧНОСТЬ

Уточняем площадь поперечного сечения балки:

площадь двух стенокc=0,45х0,005х2=0,0045 м2

площадь 2 полокn=(0,3-2х0,005)х0,007х2=0,00406 м2

площадь всего сечения

Момент инерции сечения относительно оси Х:

Нужна помощь в написании курсовой?

Нормальное напряжение в балке:

Нормальное напряжение рассчитываем для двух точек:

место соединения полки швеллера со стенкой (y=h/2)

— край у швеллера (у=0)

Касательные напряжения в сечении:

где AQ=AC=0,0045 м2 — суммарная площадь сечения элементов, плоскость которых параллельна плоскости действия силы Qy.

Как видно из расчета, условие прочности не выполнено, присутствует большое перенапряжение. Это связано с тем, что оптимальная высота балки больше назначенной (габаритные размеры балки ограничены по условию задания). Для снижения напряжений необходимо увеличить площадь сечения балки.

Нужна помощь в написании курсовой?

— толщина стенки Sс=10 мм;

толщина полки Sп=15 мм;

высота и ширина балки без изменений.

Уточняем площадь поперечного сечения балки:

площадь 2 стенок

Нужна помощь в написании курсовой?

площадь 2 полок

площадь всего сечения

Момент инерции сечения относительно оси Х:

Нормальное напряжение в балке в месте соединения полки швеллера со стенкой (y=h/2)

у края швеллера (y=0).

Касательные напряжения в сечении:

где AQ=AC=0,009 м2 — суммарная площадь сечения элементов, плоскость которых параллельна плоскости действия силы Qy.

Нужна помощь в написании курсовой?

Условие прочности выполнено. Запас прочности составляет ≈ 8%.

Рисунок 5. Размеры элементов сечения.

Соединение полок швеллеров со стенкой осуществляется автоматической сваркой, шов У7; подготовка кромок и конструктивные размеры шва по ГОСТ 8713-79.

5.2 ПРОВЕРКА ОБЩЕЙ УСТОЙЧИВОЧТИ БАЛКИ

Сечение балки состоит из двух одинаковых ветвей — швеллеров, соединенных между собой планками (связями). Расстояние между осями связей — 1 м.

Рисунок 6. Швеллер.

Условие обеспечения устойчивости:

Нужна помощь в написании курсовой?

Подкрановые балки относят к металлоконструкциям, которые, в основном, работают на изгиб. На балках устанавливают крановые пути (рельсы), их крепления, тупики и троллеи. Подкрановые балки состоят из ребер жесткости, полок и стенки (тела) балки. Их производят длиной 6 и 12метров. Изготовление подкрановых балок – сложный производственный процесс. Потому, что подкрановые балки относят к особо ответственным металлоконструкциям. От них зависит безопасная и надежная эксплуатация кранов.

Содержание

Введение
Теоретическая часть
Назначение конструкции и требования к изготовлению
Заготовки и материалы для изготовления конструкции
Практическая часть
Конструкция сварного изделия и его узлы
Расчет сварных швов на прочность
Проектирование технологического процесса
Оборудование, инструмент для изготовления конструкции
Технология изготовления подкрановой балки
Контроль сварной конструкции
Заключение
Список использованной литературы
4
5
5
7
9
9
12
17
20
22
24
25
26

Прикрепленные файлы: 1 файл

Kursach_peredelannyy.docx

Назначение конструкции и требования к изготовлению

Заготовки и материалы для изготовления конструкции

Конструкция сварного изделия и его узлы

Расчет сварных швов на прочность

Проектирование технологического процесса

Оборудование, инструмент для изготовления конструкции

Технология изготовления подкрановой балки

Контроль сварной конструкции

Список использованной литературы

Введение

Сварочная техника и технология занимают одно из ведущих мест в современном производстве. Многие конструкции современных машин и сооружений, например космические ракеты, подводные лодки, газо- и нефтепроводы, изготовить без помощи сварки невозможно. Развитие техники предъявляет все новые требования к способам производства и, в частности, к технологии сварки. Сегодня сваривают материалы, которые еще относительно недавно считались экзотическими.

Сваркой называется процесс получения неразъемных соединений посредством установления межатомных связей между свариваемыми частями при их нагревании или пластическом деформировании или совместном действии того и другого (ГОСТ2601-84).

В курсовом проекте рассмотривается балка подкрановая стальная для мостовых электрических кранов общего назначения грузоподъёмностью до 50 т.

Подкрановые балки – металлоконструкции, которые предназначены для перемещения по ним мостовых кранов и других грузоподъемных механизмов. Они воспринимают нагрузку собственного веса, грузоподъемного механизма и поднимаемого груза.

Балки предназначаются для мостовых электрических кранов общего назначения грузоподъемностью до 50 т легкого, среднего и тяжелого режимов работы.

Цель курсового проекта: провести расчет и конструирование подкрановой балки, кран Q = 20 тс, L = 6 м, режим работы средний.
1. Теоретическая часть

1.1 Назначение конструкции и требования к изготовлению

Стальная двутавровая сварная балка представляет собой сварную конструкцию из стальных листов, по форме и размерам схожую с размером и механическими па

раметрами аналогичными горячекатаной балки по СТО АСЧМ 20-93 и ГОСТ 26020-83 типа Б, Ш, К.

Подкрановые балки разработаны для зданий и открытых крановых эстакад со стальными и железобетонными колоннами, с проходами и без проходов вдоль крановых путей, возводимых во всех климатических районах (расчетная температура наружного воздуха минус 65 0 С и выше), в несейсмических и сейсмических – до 9 баллов включительно – районах.

Применение балок допускается при воздействии неагрессивной, слабо-, среднеагрессивной среды, а для балок, выполняемых из углеродистой стали и сильноагрессивной среды [1].

Рисунок 1 - Схемы и основные размеры балок:

1 - верхний пояс; 2 - нижний пояс; 3 - стенка балки; 4 - ребра жесткости; 5 - опорные ребра.

Шероховатость механически обработанной торцевой поверхности опорного ребра не должна быть грубее первого класса по ГОСТ 2789-73. Кромки поясов подкрановых балок после машинной кислородной резки не должны иметь неровностей, превышающих 0,3 мм.

Детали балок, в зависимости от расчетной температуры, должны изготовляться из сталей классов, приведенных в таблице 1.

Материалы для сварки должны приниматься в соответствии со СНиП II-В.3-72.

Читайте также: