3617

Проектування металоконструкцій

Книга

Архитектура, проектирование и строительство

Методичні вказівки до виконання розрахунково-графічної роботи з курсу “Проектування металоконструкцій” для студентів спеціальності 7.090214 - “Підйомно-транспортні, будівельні, дорожні, меліоративні машини і обладнання” і 6.0...

Украинкский

2012-11-04

550.5 KB

9 чел.

Методичні вказівки до виконання розрахунково-графічної роботи з курсу “Проектування металоконструкцій” для студентів спеціальності 7.090214 - “Підйомно-транспортні, будівельні, дорожні, меліоративні машини і обладнання” і 6.090200 - “Обладнання хімічних виробництв і підприємств будівельних матеріалів” денної і заочної форм навчання  /О.В.Маркова - Рівне: УДУВГП, 2004, - 12 с.


1.  РОЗРАХУНОК ВУЗЛІВ ЗВАРНИХ ФЕРМ

 Мета роботи:  1. Визначити зусилля в стрижнях ферм.

2. Підібрати переріз стрижнів, які сходяться в вузлі С.

3. Розрахувати з’єднання стрижнів в один вузол.

4. Сконструювати вузол С ферми в зварному варіанті.

В завдання входить розрахунок зварного плоского вузла ферми.

 Загальний порядок виконання розрахунку такий:

1. Одним з методів статики, а саме:

  1.  способом вирізання вузлів-Кульмана;
  2.  способом перерізів – Ріттера, шляхом складання аналітичних рівнянь рівноваги;
  3.  способом побудови діаграми зусиль Максвеллакремони, визначити зусилля в стрижнях вузла ферми, який розраховуємо.

2. Вибрати допустимі напруження на розтягнення та стиснення (див. табл. 1, рис. 1)

Таблиця 1

Варіанти завдань

№ варіанта

Навантаження Р, кН

Розмір а, м

Матеріал

Допустиме напруження на розрив [], кПа

1, 11, 21

80

1,4

Ст. 3

160103 

2, 12, 22

90

1,5

Ст. 3

150103 

3, 13, 23

100

1,6

Ст. 2

140103 

4, 14, 24

110

1,7

Ст. 3

160103 

5, 15, 25

120

1,8

Ст. 3

150103 

6, 16, 26

130

1,6

Ст. 2

140103 

7, 17, 27

120

1,5

Ст. 3

160103 

8, 18, 28

110

1,4

Ст. 3

150103 

9, 19, 29

100

1,7

Ст. 2

140103 

10, 20, 30

90

1,9

Ст. 3

160103 

При виконанні даної роботи можна приймати такі допустимі напруження:

для сталі Ст. 2 - []=127103...137103 кПа;

для сталі Ст. 3 - []=147103...157103 кПа.

3. З умови міцності визначити площі поперечного перерізу стрижнів за формулою:

, м2.

Ці площі називають площинами “нетто” і позначають , м2.

Для стрижнів, які працюють на стиснення, допустиме напруження знижується, бо довгі стрижні в зв’язку з загрозою втрати стійкості, знаходяться в більш невигідних умовах в порівнянні зі стрижнями розтягнутими.

Рис. 1

Рис. 1

Площа поперечного перерізу стрижнів, які працюють на стиснення:

, м2,

де - коефіцієнт зменшення основного допустимого напруження при простому стисненні (коефіцієнт поздовжнього згину).

Коефіцієнт  завжди менше одиниці. Його значення беруть зі спеціальних таблиць наведених в довідниках. При виконанні даної роботи коефіцієнт для сталей Ст. 2 та Ст. 3 можна брати в межах 0,6...0,8.

Допустимі напруження ст для сталей Ст. 2 та Ст. 3 при простому стисненні можна приймати такими ж, як і при розтягненні.

Розглянемо розрахунок і конструювання вузла в зварному варіанті.

4. Після визначення необхідної величини площі поперечного перерізу кожного стрижня (Fнт), який входить в розрахунковий вузол ферми, переходимо до розрахунку зварних швів.

З’єднання стрижнів в один вузол в зварному варианті здійснюється шляхом приварювання кінців стрижнів до узлового фасонного листа, форма і розміри якого визначаються довжинами зварних швів.

5. Кожен кутик приварюють до фасонного листа двома швами, розташованими вздовж полиці з обох боків. З умови міцності шва на зріз

N = 0,7l[е].

Загальна довжина шва для кріплення стрижня

,

де N – розтягуюче або стискуюче зусилля, яке діє в стрижні, кН; - товщина полиці кутика (прийнято, що висота шва дорівнює товщині полиці), м; [е] – допустиме напруження на зріз для матеріалу зварного шва, кПа (див. табл. 2).

Таблиця 2

Допустимі напруження при зварюванні

Вид деформації

Позначення

Допустимі напруження, кПа

ручне зварювання електродами з обмащенням

автоматичне зварювання

тонким

товстим

Розтягнення

[с]

100103

130103

130103

Стискання

[ст]

110103

145103

145103

Зрізання

[е]

80103

110103

110103

Для того щоб в стрижні додатково до центрального розтягнення або стиснення не виникав згин, шви з кожної сторони полиці кутика повинні мати різну довжину.

Зусилля в кутику, який ми приварюємо, діє по осі, яка віддалена від швів з одного боку на відстань z0, а з другого на відстань b - z0 (b – ширина полиці, яку приварюємо, z0 – відстань від центру тяжіння перерізу кутика до обушка), довжину швів, які кріплять кутик, визначають за формулами (правило важеля):

, ,

де lш – загальна довжина швів, які кріплять кутик.

6. Знаючи довжини швів для приварювання кожного кутика, конструюють кутовий фасонний лист.

7. Осі стрижнів, які сходяться у вузлі, повинні бути центрованими, щоб в стрижнях не виникали згинаючі моменти, а для цього осі повинні перетинатися в одній точці – центрі вузла.

8. Після закінчення розрахунку та вибору конструкції зварного вузла ферми виконують креслення загального вигляду вузла на листі формату А2 (420х594). Бажані масштаби креслення 1:1; 1:2; 1:2,5 та 1:5. На кресленні проставляють всі необхідні розміри конструкції вузла, дають кутовий штамп і специфікацію. Викреслюють вид на вузол і розріз кутиків в любому поперечному перерізі, розташованому в межах вузлового фасонного листа. Крім того, на кресленні дають схему розмітки фасонного листа та таблицю координат його кутових точок.

9. Виконану розрахунково-проектовану роботу оформляють у вигляді пояснювальної записки з прикладанням креслення зварного вузла ферми.

ПРИКЛАД РОЗРАХУНКУ

Розглянемо розрахунок вузла С ферми, яка зображена на рис. 2.

Схема ферми, а також сили, які на неї діють показані на рис. 2,а.

Вихідні дані: Р1=150 кН; Р2=200 кН; Р3=250 кН; а=3 м.

Потрібно:

  1.  визначити зусилля в стрижнях ферми;
  2.  підібрати перерізи стрижнів, які сходяться у вузлі С;
  3.  розрахувати з’єднання стрижнів в один вузол;
  4.  

сконструювати вузол С ферми в зварному варіанті, викреслити вид робочого проекту цього вузла, додати до нього пояснювальну записку та розрахунок.

РОЗРАХУНОК

1. Для визначення зусиль в стрижнях ферми застосовуємо графічний метод Максвелла-Кремони, переваги якого в порівнянні з іншими полягає в тому, що хоча він дещо складніше за інші, але дає можливість відразу знайти помилку (багатокутник зусиль в цьому випадку не замкнеться).

Для побудови діаграми потрібно виконати наступні операції:

а) викреслити схему ферми в визначеному масштабі та нанести на неї зовнішні сили Р1, Р2 і Р3 (рис. 2, б);

б) знайти значення величин реакцій опор RА і RВ якимось способом (аналітичним – шляхом складання рівнянь статики; графічним – шляхом побудови силового та мотузкового багатокутників і т. і.). Після цього треба нанести реакції та діючі сили в обраному раніше масштабі (для більшої наочності) на схемі ферми (рис. 2, б).

В даному випадку реакції знаходимо аналітичним способом, для чого складаємо рівняння суми моментів сил, які діють на ферму, відносно опорних точок А і В (рис. 2,б):

МА = -1503 - 2006 – 2509 + RВ12 = 0

МВ = -RА12 + 1509 + 2006 + 2503 = 0

Звідки

кн.;   кН;

в) позначити силові поля (на рис. 2, б арабськими цифрами), обходячи ферму зліва направо за годинниковою стрілкою, починаючи з крайнього лівого опорного вузла А. Спочатку треба пронумерувати зовнішні силові поля (1, 2, 3, 4 і 5), а потім – внутрішні поля (6, 7, 8, 9, 10 і 11) між стрижнями ферми. Ця нумерація полів та прийнятий порядок обходу ферми та її вузлів (за годинниковою стрілкою) потрібні для виключення повторення зусиль в стрижнях на діаграмі Максвелла-Кремони.

2. Далі будуємо діаграму Максвелла-Кремони.

Побудову починаємо з викреслення замкненого багатокутника рівноваги зовнішніх сил ферми. З довільної точки 1 (рис. 3) відкладаємо по вертикалі наниз в обраному масштабі силу Р1, називаючи її початок цифрою 1, а кінець цифрою 2, за номерами полів, які розділяються цією силою (в прийнятому порядку обходу ферми, див. рис. 2, б). Потім з точки 2 відкладаємо силу Р2 в тому ж масштабі, позначаючи її кінець цифрою 3. Аналогічно відкладаємо силу Р3 від точки 3 до точки 4. З точки 4 до точки 5 відкладаємо вгору реакцію RВ, яка розділяє поля 4-5. Відрізок 5-1 повинен бути рівним реакції RА в прийнятому масштабі.

До багатокутника рівноваги зовнішніх сил ферми добудовуємо почергово багатокутники рівноваги окремих її вузлів.

Починаємо з вузла А, в якому два невідомих зусилля (в стрижнях 1-6 і 6-5), а реакція RА (сила 5-1) відома.

З точки 1 (рис. 3) проводимо пряму, паралельну стрижню 1-6, а з точки 5 – пряму, паралельну стрижню 6-5, до їх перетину в точці 6. Отримуємо трикутник 5-1-6-5, сторони якого в прийнятому масштабі дорівнюють реакції RА (відрізок 5-1), зусиллю в стрижні 1-6 (відрізок 1-6) і зусиллю в стрижні 6-5 (відрізок 6-5). На рис. 2,б стрілка біля вузла А показує початок і напрямок обходу цього вузла при побудові багатокутника його рівноваги.

Надалі переходимо до вузла К, в якому тепер тільки два невідомих зусилля (в стрижнях 6-7 і 7-5). Слід нагадати, що число невідомих для кожного вузла ферми при побудові багатокутника його рівноваги не може бути більше двох, бо для кожного вузла, які являють собою систему сил, які сходяться на площині, можна скласти тільки два рівняння рівноваги.  З точки 6  діаграми проводимо пряму, паралельну стрижню 6-7, а з точки 5 – пряму, паралельну стрижню 7-5. Ці прямі перетинаються в точці 7, яка співпадає з раніше отриманою точкою 6. З того, що точки 6 і 7 співпадають і відрізка 6-7 немає, означає, що і зусилля в стрижні 6-7 дорівнює нулю. Зусилля в стрижнях 6-5 і 7-5 однакові за величиною і дорівнюють довжині відрізка 6-5 (в масштабі побудови).

Переходимо до вузла Е,  в якому  вже відомі сили 7-6,  6-1  і  1-2.  З точки 2 на діаграмі  проводимо  пряму,  паралельну стрижню 2-8, а з точки 7 – пряму, паралельну стрижню  7-8,  до  перетину  їх  в  точці  8.  Отримуємо  замкнутий  багатокутник 7-6-1-2-8-7  рівноваги вузла Е. В прийнятому масштабі невідомі зусилля в стрижнях 2-8 і 8-7 дорівнюють відрізкам 2-8 і 8-7 на діаграмі.

Добудуємо до діаграми багатокутник рівноваги вузла D. З зусиль цього багатокутника відомі: 8-2 і 2-3. З точки 3 проводимо пряму, паралельну стрижню 3-9, а з точки 8 – пряму, паралельну стрижню 8-9, до їхнього перетину в точці 9. Отримані відрізки 3-9 і 9-8 відповідно дорівнюють зусиллям в цих стрижнях.

Тепер можемо розглянути вузол С, розрахунок якого передбачений умовами розрахунково-проектувальної роботи.

В багатокутнику сил цього вузла відомі сили 5-7, 7-8 і 8-9. Необхідно знайти зусилля 9-10 і 10-5. З точки 9 проводимо пряму, паралельну 9-10, а з точки 5 – пряму, паралельну стрижню 5-10, до їхнього перетину в точці 10. Відрізки 9-10 і 10-5 будуть зображати в прийнятому масштабі зусилля в стрижнях 9-10 і 10-5.

Надалі продовжуємо побудову діаграми Максвелла-Кремона в прийнятому порядку, переходячи від вузла до вузла.

Отримані значення зусиль в стрижнях зводимо в таблицю 3, показуючи в ній знаки в цих зусиллях, - у розтягнутих стрижнів “плюс”, у стиснених “мінус”.

Таблиця 3

Зусилля в стрижнях ферм

Зусил-ля

N1-6

N2-8

N8-7

N7-6

N3-9

N9-8

N4-11

N11-10

N9-10

N11-5

N10-5

N5-7

N6-5

Вели-чина, кН

390

400

180

0

400

200

460

0

110

325

325

275

275

Знак зусилля

+

+

+

+

+

+

Знаки зусиль визначаємо наступним чином. Якщо зусилля в стрижні направлено до вузла, цей стрижень стиснений, а якщо від вузла, стрижень розтягнутий. Розглянемо для прикладу вузол А. Зусилля в стрижні 1-6 на діаграмі (рис. 3) направлено вниз від точки 1 до точки 6. Умовно перенесемо цей напрямок на вузол А і побачимо, що реакція стрижня 1-6 направлена до вузла, отже, цей стрижень стиснений. Зусилля в стрижні 6-5 на діаграмі направлено зліва направо – від точки 6 до точки 5. Перенесемо цей напрямок на вузол А і бачимо, що реакція стрижня 6-5 діє від вузла. Отже, стрижень 6-5 розтягнутий.

Аналогічно визначаємо знаки зусиль в інших стрижнях.

3. Обираємо матеріал для стрижнів сталь марки Ст.2.

Допустиме напруження для цієї сталі можна брати рівним [] = 130103 кПа.

Допустиме напруження на стиснення із врахуванням коефіцієнта поздовжнього згину, величину якого приймаємо = 0,6,

[ст] =  [] = 0,6130103=78103 кПа.

4. З умов міцності визначаємо площі поперечних перерізів стрижнів, які входять в розрахунковий вузол С ферми.

м2;

м2;

м2;

м2;

м2.

5. Підбираємо розміри кутків стрижнів. Кутики обираємо рівнобоки за стандартом.

Для стрижня 5-7  F5-7 = 21,110-4 м2. Приймаємо два кутика № 7,5 - 75х75х8 мм, площа перерізу яких F = 11,510-4 м2 і z0 = 2,15 см (недонапруження 9%).

Для стрижня 7-8 - F7-8 = 13,810-4 м2. Приймаємо два кутика № 6,3 - 63х63x6 мм з F = 7,2810-4 м2 і z0 = 1,78 см (недонапруження 5,5%).

Для стрижня 8-9  F8-9 = 25,710-4 м2. Приймаємо два кутика № 7,5 - 75х75х9 мм, площа перерізу яких F = 12,810-4 м2 і z0 = 2,18 см (недонапруження 0,5%).

Для стрижня 9-10 F9-10 = 8,4510-4 м2. Приймаємо два кутика № 6,3 - 63х63х6 мм, площа перерізу яких F = 7,2810-4 м2 і z0 = 1,78 см (недонапруження 72%; переріз взятий з конструктивних міркувань).

Для стрижня 10-5 F10-5 = 2510-4 м2. Приймаємо два кутика № 7,5 - 75х75х9 мм, площа перерізу яких F = 12,810-4 м2 і z0 = 2,18 см (недонапруження 2,4%).

6. Розрахуємо зварні шви, які кріплять кінці кутиків до вузлового фасонного листа. Допустиме напруження на зрізання для наплавленого металу зварних швів (електроди з тонким обмазуванням), приймаємо рівним [е] = 80103 кПа.

Сумарну довжину швів, необхідну для кріплення однієї гілки (одного кутика) стрижня 5-7, який має N5-7 = 275 кН, визначаємо за формулою:

0,307 м =30,7 см.

Визначаємо довжини швів з кожної сторони стрижня (рис. 4), використовуючи раніше наведені формули:

;  .

Підставляючи відомі значення в см, отримаємо:

см;   см.

Приймаємо l1 = 21 см і l2 = 8 см.

Для стрижня 7-8, N7-8 = 180 кН:

0,268 м =26,8 см;

см; см.

Приймаємо l1 = 19 см і l2 = 8 см.

Для стрижня 8-9, N8-9 = 200 кН:

0,198 м =19,8 см;

см; см.

Приймаємо l1 = 14 см і l2 = 6 см.

Для стрижня 9-10, N9-10 = 110 кН:

0,164 м =16,4 см;

см; см.

Приймаємо l1 = 12 см і l2 = 5 см.

Для стрижня 10-5, N10-5 = 325 кН:

0,322 м =32,2 см;

см; см.

Приймаємо l1 = 23 см і l2 = 9 см.

7. Вибираємо розміри вузлового фасонного листа. Товщину фасонного листа зварного вузла приймаємо рівною середній товщині полиць зварюваних кутиків. В даному випадку товщини полиць кутиків складають 6; 8 і 9 мм. Товщину фасонного листа приймаємо = 8 мм.

Форму фасонного листа визначаємо в залежності від розташування кінців кутиків у вузлі ферми і від довжини зварних швів (рис. 4). Для приварювання кутиків стрижнів 5-7 і 10-5 фасонний лист може виходити на 8...10 мм нижче за кутики.

8. Всі зварні шви у вузлі приймаємо флангові, з висотою (катетами) шва, рівною товщині полиць кутиків.

9. Оформляємо розрахунок вузла ферми. Розрахунок у вигляді текстової частини – пояснювальної записки і креслення у вигляді загального вигляду зварного вузла ферми.

Записка виконується на листах формату А4 (210х297), а креслення на форматі А2 (420х594) в масштабі 1:2,5 або 1:5.

В таблиці 1 і на рис.1 наведені варіанти завдань для розрахунків.



 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

36413. Приведите нелинейные модели САУ 16.25 KB
  Каждая СУ состоит их линейных и НЛЗ. Наличие одного НЛЗ делает всю САУ нелинейной. По матму описанию процессов НЛЗ делятся на статиче и динамиче. Описывся алгебраичми зависимочтями выхй величины от вхй Динамиче НЛЗ процессы котх описся НЛ ДУ например: Принципы нелинейности: а коэфты уря зависят от перх б степень произвх выше 1 и самой произвой в коэфт К зависит от самой производной ДУ будет НЛ если присутт хотя бы один из признаков нелинейности.
36414. Способы определения параметров динамических моделей 21.97 KB
  В зависимости от вида переходной характеристики кривой разгона задаются чаще всего одним из трех видов передаточной функции объекта управления: в виде передаточной функции инерционного звена первого порядкагде K T и коэффициент усиления постоянная времени и запаздывание которые должны быть определены в окрестности номинального режима работы объекта.Для объекта управления без самовыравнивания передаточная функция имеет вид: Более точнее динамику объекта описывает модель второго порядка с запаздыванием Экспериментальные методы определения...
36415. Поясните методы анализа устойчивости равновесных режимов нелинейных САУ 16.92 KB
  методыне дают полн. Методы анализа динамики НС: 1.Точные методы исследия динамики: метод прова сост: фазовой плоскости; изоклин; метод припасовывания метод точечного преобразования 2.
36416. Типовые способы настройки контуров в системах подчиненного регулирования 17.06 KB
  Типовые способы настройки контуров в системах подчиненного регулирования. Оптимизация контура выбор такого закона регулирования и параметров этого закона который в наибольшей степени соответствует требованиям статическим и динамическим характеристикам контура регулирования. Определение вида звена регулирования П И ПИ который обеспечивает наилучшие статические и динамические характеристики. Определение параметров регулирования постоянной времени коэффициента усиления и т.
36417. Критерий абсолютной устойчивости В.М.Попова 56.49 KB
  Критерий Попова в геометрическом варианте: для абсолютной устойчивости состояния равновесия НСАУ с устойчивой линейчатого и нелинейчатого характеристика которой лежит в секторе 0к достаточно чтобы модифицированный годограф Попова целиком лежал справа от прямой проходящей через точку 1 к j0с произвольным угловым коэффициентом 1 х. Обобщенный критерий Попова на случай нейтральной или неустойчивой линейной части: в этом случае корень характеристического уравнения линейной части имеет либо = 0 корень либо хотя бы 1 полис расположенный в...
36418. Физическая природа постоянных времени и времени запаздывания в моделях технологических объектов. Одноемкостные и многоемкостные объекты 12.92 KB
  Физическая природа постоянных времени и времени запаздывания в моделях технологических объектов. Физическая природа постоянных времени электрическая индукция емкость; лампочка идеальная нагрузка постоянная времени и временя запаздывания приближенно равны нулю и механическая: масса и момент инерции. Постоянная времени связана с теплоемкостью и с теплообменом. природа времени запаздывания транспортная транспортер.
36419. Приведите классификацию и поясните сущность методов технической линеаризации 38.16 KB
  На выходе звена эта составляющая отфильтровывается низко частотной линейной частью системы.3 если А→∞ z0 x0 становится линейной во всем диапазоне изменения х. Для нелинейности типа зоны нечувствительности наложение на входной сигнал хn последованности импульсов прямоугольной формы с амплитудой А=n делает для постоянной составляющей х0 нелинейную характеристику линейной на участке шириной n12 посл. Она становится линейной уже при А=а.
36420. Электропривод и его место в структуре АСУТП 12.7 KB
  способы обеспечивают контроль за текущим состоянием объекта эффективные алгоритмы управления точные математические модели объектов быстродействие современных средств обработки информации позволяет быстро рассчитать величины управляющих воздействий и выдать их на объект. В настоящее время все больше для управления ЭП используют УВМ и микропроцессоры. При этом функции управления ЭП принимают на себя ВУ АСУТП обычно это МП или микроЭВМ связанные с ЭВМ более высокого уровня. При этом схема управления ЭП содержит только усилительные узлы и...
36421. Символьные вычисления в MatLab 357.5 KB
  Исследование скорости роста символьной функции описывающей некоторые параметры модели объекта анимированная визуализация полученной характеристики. здесь f1 имя функции х имя переменной вводится как строка в апострофах по которой производится дифференцирование n порядок производной. здесь f1_new имя функции х имя переменной вводится как строка по которой производится интегрирование. Здесь f1 имя функции переменной n порядок остаточного члена x имя переменной вводится как строка в апострофах по...