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

71605. ЮРИДИКО-ТЕХНИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПРЕЗУМПЦИИ ВИНОВНОСТИ В ГРАЖДАНСКОМ ПРАВЕ 67.5 KB
  Проблемам юридической техники в отечественной правовой науке традиционно не уделялось должного внимания а проводившиеся исследования почти исключали сферу частного права поскольку его существование не признавалось официальной политико-правовой доктриной.
71606. ИЗМЕНЕНИЕ ФУНКЦИЙ РОССИЙСКОЙ ТАМОЖНИ В УСЛОВИЯХ РАЗВИТИЯ РЫНОЧНОЙ ЭКОНОМИКИ КАК ОДНА ИЗ ЦЕЛЕЙ АДМИНИСТРАТИВНОЙ РЕФОРМЫ В РОССИИ 77 KB
  Указом Президента России от 23 июля 2003 г. Понятие функция федерального органа исполнительной власти означает нормативно установленный вид властной деятельности органа государства постоянно осуществляемый им в масштабах Российской Федерации.
71607. ОРГАНЫ МЕСТНОГО САМОУПРАВЛЕНИЯ КАК ОРГАНЫ ОПЕКИ И ПОПЕЧИТЕЛЬСТВА: ПРОБЛЕМЫ РЕГИОНАЛЬНОГО ЗАКОНОДАТЕЛЬСТВА 81 KB
  Еще в период существования советского государства законодатель наделил местные администрации в РСФСР полномочиями на осуществление функций опеки и попечительства установив их компетенцию в Положении об органах опеки и попечительства в РСФСР от 30 апреля 1986 г.
71608. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТЯГОВОЙ ПОДСТАНЦИИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА 1.4 MB
  Электрическая тяга является основным потребителем электроэнергии на железнодорожном транспорте. Удовлетворение потребностей железнодорожного транспорта в электроэнергии осуществляется в основном путем присоединения железнодорожных установок к районным сетям энергосистемы.
71610. Каузальная атрибуция в межличностном общении студентов 158 KB
  Изначально идея познания человеком окружающего мира находилась в русле философской теории познания и рассматривалась только в русле отношений с природой. Если первое относится только к миру духовных сущностей идей то второе годно для познания чувственных вещей которые изменчивы...
71612. 11 ТО которая может длительно использоваться при температуре 1200 С. 1.28 MB
  Газы из баллонов с метаном и диоксидом углерода подаются через редукторы на блок ИРГ3 измерение расходов газов и затем на манометры. Этот хроматограф мы используем для определения водорода азота монооксида углерода диоксида углерода и метана.
71613. Рекомендации по совершенствование процесса управления ассортиментом в ООО «Овен» 1.59 MB
  Сущность элементы и задачи ассортиментной политики Ассортимент товаров совокупность их видов разновидностей и сортов объединенных или сочетающихся по определенному признаку. Основными тематическими признаками товаров являются сырьевой производственный и потребительский.