46353

ПРОЕКТИРОВАНИЕ СВАРНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

Книга

Производство и промышленные технологии

Проектирование сварных конструкций: Рабочая программа задание на контрольную работу методические указания к выполнению контрольной работы задание на курсовой проект методические указания к выполнению курсового проекта. Дисциплина охватывает основные разделы расчёта и проектирования сварных конструкций. Рассматриваются общие сведения методика расчета сварных соединений и основных элементов сварных конструкций примеры сварных конструкций и сооружений.

Русский

2013-11-21

71.92 KB

62 чел.

Министерство образования Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение высшего

профессионального образования

СЕВЕРО-ЗАПАДНЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЗАОЧНЫЙ

ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра технологии материалов и сварки

ПРОЕКТИРОВАНИЕ СВАРНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

Рабочая программа

Задание на контрольную работу

Методические указания к выполнению контрольной работы

Задание на курсовой проект

Методические указания к выполнению курсового проекта

Факультет технологии веществ и материалов

Направление и специальность подготовки дипломированного специалиста:

651400 – машиностроительные технологии и оборудование

120500 — оборудование и технология сварочного производства

Направление подготовки бакалавров

551800 – технологические машины и оборудование

Санкт-Петербург

2003

2

Утверждено редакционно-издательским советом университета

УДК 624.078./07/

Проектирование сварных конструкций: Рабочая про-грамма, задание на контрольную работу, методические указания к выполнению контрольной работы, задание на курсовой проект, ме-тодические указания к выполнению курсового проекта. – СПб.: СЗТУ, 2003. - 32 с.

Дисциплина охватывает основные разделы расчёта и проектирова-ния сварных конструкций. Рассматриваются общие сведения, методика расчета сварных соединений и основных элементов сварных конструкций, примеры сварных конструкций и сооружений.

Приведена рабочая программа дисциплины, даны методические ука-зания, представлены варианты контрольного задания и задания на курсо-вой проект.

Рабочая программа составлена в соответствии с требованиями госу-дарственных образовательных стандартов высшего профессионального образования по направлению подготовки дипломированных специалистов 651400 (специальность 120500 – оборудование и технология сварочного производства) и направлению подготовки бакалавров 551800.

Рассмотрено на заседании кафедры технологии материалов и сварки 5 ноября 2001 г., одобрено методической комиссией факультета техноло-гии веществ и материалов 27 мая 2002 г.

Рецензенты: кафедра технологии материалов и сварки СЗТУ (и.о. за-ведующего кафедрой А.С. Тарасов, канд. техн. наук, доц.); кафедра техно-логии конструкционных материалов и сварки Санкт-Петербургский госу-дарственный университет водных коммуникаций (заведующий кафедрой Л.И. Погодаев, д-р техн. наук, проф., академик).

Составители: А.Г. Зинченко, канд. тех. наук, доц.,

В.В. Турбин, доц.,

А.В. Шурпицкий, канд. техн. наук, доц.

© Северо-Западный государственный заочный технический

университет, 2003

3

ПРЕДИСЛОВИЕ

Дисциплина "Проектирование сварных конструкций" является со-ставной частью фундаментальной теоретической подготовки по специаль-ности 120500 "Оборудование и технология сварочного производства". Она изучает особенности сварных конструкций, материалы для их изготовле-ния, методы расчета сварных соединений, конструирование и расчет свар-ных соединений при статической и динамической нагрузках, а также осо-бенности работы отдельных элементов и сварных конструкций в целом, их конструирование и расчет.

ЦЕЛЬ преподавания дисциплины - сообщение студентам знаний по расче-ту и проектированию сварных конструкций.

В результате изучения дисциплины будущие инженеры по специ-альности "Оборудование и технология сварочного производства" долж-ны:

ЗНАТЬ особенности сварных конструкций, требования к материалам для

их изготовления, причины образования сварочных деформаций и напряжений и их влияние на прочность, распределение напряже-ний в сварных соединениях, особенности работы отдельных эле-ментов и цельных сварных конструкций, методы расчета и про-ектирования сварных конструкций;

УМЕТЬ составлять технологические задания на проектирование сварных

конструкций, конструировать и рассчитывать сварные соедине-ния при действии статической и динамической нагрузок, конст-руировать и рассчитывать различными методами отдельные эле-менты и цельные сварные конструкции, осуществляет авторский надзор за реализацией проектных решений.

Изучение дисциплины опирается на курсы высшей математики, фи-зики, материаловедения, технологии конструкционных материалов, со-противление материалов и философии в соответствии с учебным планом специальности 120500.

Отдельные разделы дисциплины в соответствии с положением о не-прерывной подготовке студентов могут использоваться во всех после-дующих профилирующих дисциплинах специальности 120500, а также при курсовом и дипломном проектировании.

4

1.СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

1.1. РАБОЧАЯ ПРОГРАММА (Объём курса170 часов)

ВВЕДЕНИЕ

Цель и задачи дисциплины «Проектирование сварных конструкций», её объём и содержание. Преимущества сварных конструкций и их значе-ние. Краткий обзор развития сварных конструкций в различных отраслях промышленности и строительства. Перспективы дальнейшего развития сварных конструкций.

  1.  1.1.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ДИСЦИПЛИНЕ
  2.  1.1.1.1. Особенности сварных конструкции

[1], с. 231-243, 269-271,305-306

Характеристика теплового режима процесса сварки. Влияние неод-нородности металла сварного соединения на условие его работы. Техно-логическая прочность сварных соединений. Меры по предупреждению трещин при формировании шва в процессе его охлаждения. Требования к материалу сварных конструкций, их конструктивному оформлению и тех-нологии изготовления.

1.1.1.2. Материал сварных конструкций

[1], с. 13-38

Основной металл. Характеристика малоуглеродистой и низколеги-рованной стали. Характеристика легких сплавов, применяемых в сварных конструкциях. Характеристика сварочных материалов. Методика выбора сварочных материалов для сварных конструкций. Современные методы оценки свойств металла, определяющие его пригодность для сварных кон-струкций.

1.1.1.3. Сварочные деформации и напряжения

[1], с. 161-230

Причины образования сварочных деформаций и напряжений и их классификация. Влияние сварочных деформаций и напряжений на проч-ность сварных конструкций. Основные зависимости для определения сва-рочных деформаций и напряжений.

5

1.1.1.4. Методы расчета сварных конструкций

[1], с. 40-104

Характеристика нагрузок, действующих на сооружение, и их клас-сификация. Составление расчетной схемы для отдельных элементов свар-ных конструкций. Предельные состояния конструкций и их характеристи-ка. Расчет сварных конструкций по методу предельных состоянии и до-пускаемым напряжениям. Нормы предельных сопротивлений и допускае-мых напряжений. Коэффициенты безопасности.

1.1.2. СВАРНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ

1.1.2.1. Типы сварных швов и соединений

[1], с. 88-92

Классификация сварных швов и соединений. Условные обозначения сварных швов на чертежах. Сварные швы, выполняемые ручной, полуав-томатической и автоматической дуговой электросваркой. Особенности сварных швов, выполненных другими способами.

1.1.2.2. Характеристика различных сварных соединений

и области их применения

[1], с. 48-63, 286-288

Соединение встык, впритык, внахлест. Точечно-сварные соединения и соединения, выполняемые шовной сваркой. Комбинированные соедине-ния.

1.1.2.3. Прочность сварных соединений

[1], с. 41-48, 129-142

Работа сварных соединений при действии статической, ударной и вибрационной нагрузок. Особенности условий работы сварных соедине-ний при высоких и низких температурах. Работа сварных соединений из разнородных материалов.

1.1.2.4. Конструирование и расчет сварных соединений

при действии статической нагрузки

[1], с. 41-48

Условие равнопрочности сварных соединений и меры его обеспече-ния. Расчеты сварных соединений при осевой нагрузке, при действии из-гибающего момента и перерезывающей силы, при скручивании.

6

1.1.2.5. Конструирование и расчет сварных соединении

при динамической нагрузке

[1], с. 129-131, 147-151

Диаграмма выносливости. Методика расчета на выносливость. Ха-рактеристики вибрационной прочности сварных соединений. Методы по-вышения вибрационной прочности сварных соединений.

1.1.3. ЭЛЕМЕНТЫ СВАРНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

1.1.3.1. Сварные балки

[1], с. 269-303

Типы двутавровых балок и принципы их рационального проектиро-вания. Местная и общая устойчивость сварных балок. Подбор сечения сварных балок. Конструктивное оформление их стыков. Оформление ре-бер жесткости. Конструирование и расчет узлов пересекающихся балок.

1.1.3.2. Сварные колонны

[1], с. 305-320

Схемы опирания колонн и их расчетные схемы. Особенности работы сварных стоек и колонн. Конструкция и расчет колонн, воспринимающих центральное и внецентральное сжатие. Сплошные и сквозные колонны. Типы соединительных решеток. Башмаки и оголовки колонн. Типы со-пряжении балок с колоннами.

1.1.3.3. Сварные фермы

[1], с. 342-366

Схема расчета сварных ферм. Дополнительные напряжения от жест-кости узлов. Характеристика ферм различных типов. Типы сечений эле-ментов сварных форм и их расчет. Конструирование и расчет узлов свар-ных ферм. Концентрация напряжений в узлах и меры ее снижения. Свар-ные безраскосные фермы и рамы. Облегченные решетчатые фермы. Эле-менты несущих арматурных каркасов железобетонных конструкций.

1.1.3.4. Сварные детали машин

[1], с. 400-429

Особенности конструирования и изготовления сварных деталей в машиностроении. Преимущества комбинированных сварных конструкций

7

из литых, кованых, штампованных деталей и из проката. Комбинирован-ные конструкции из разнородных материалов. Машиностроительные де-тали и конструкции: рамы и станины, детали и узлы современных машин и аппаратов; сварные барабаны, шестерни, шкивы.

1.1.4. ПРИМЕРЫ СВАРНЫХ КОНСТРУКЦИЙ И СООРУЖЕНИЙ

1.1.4.1. Характеристика пространственных конструкции

[1], с. 247-249

Особенности условий работы пространственных конструкции. Обеспечение устойчивости и жесткости пространственных конструкций. Системы продольных и поперечных связей. Выбор монтажной схемы со-оружений.

1.1.4.2. Сооружения балочного типа

[2], с. 108-133

Балочные клетки перекрытий и рабочих площадок. Рамы вагонов и локомотивов. Проезжая часть пролетного строения моста. Мостовой кран.

1.1.4.3. Листовые конструкции

[2], с. 173-177

Цилиндрические, каплевидные и сферические резервуары. Листовые конструкции металлургических цехов. Трубопроводы, их соединения и узлы. Метод рулонирования.

1.1.4.4. Каркасные сооружения

[2], с. 213-222

Сварные каркасы производственных и многоэтажных зданий. Попе-речные рамы и арки. Системы покрытий. Связи каркасных сооружений.

1.1.4.5. Конструкции и сооружения смешанного типа

[2], с. 227-234

Кузов цельнометаллического вагона. Корпус судна. Стыки обшивки; узлы набора, переборок, надстроек.

8

1.2.ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН ЛЕКЦИИ ДЛЯ СТУДЕНТОВ ОЧНО-ЗАОЧНОЙ ФОРМЫ ОБУЧЕНИЯ (20 часов)

1. Преимущества сварных конструкций и их особенности. Задачи курса. Связь с другими дисциплинами ………...……………………...………4 часа

2. Типы сварных соединений и их характеристика ...…………………4 часа

3. Методика испытаний и расчета сварных соединений на прочность… ……………………………………………………………….…………….4часа

4. Методика испытаний и расчета сварных соединений на выносливость… ……………………………………………………………………………..4 часа

5.Методика определения и способы снижения остаточных напряжений

в сварных конструкциях……...………………………………………….4 часа

1.3. ПЕРЕЧЕНЬ ТЕМ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ (16 часов)

1. Расчет сварных соединений по допускаемым напряжениям

при статической и динамической нагрузках…………………..………4 часа

2. Расчет сварных соединений по предельным состояниям

при статических и динамических нагрузках………………………….4 часа

3. Расчет сварных балок по условиям жесткости и устойчивости,

наибольшей экономии материала и устойчивости.…..……………….4 часа

4. Расчет элементов сварных конструкций с использованием ПК…...4 часа

1.4. ПЕРЕЧЕНЬ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ (8 часов)

1. Определение средних напряжений, возникающих в сварных со-единениях от внешних нагрузок…………………………………….…2 часа

2. Определение местных напряжений в опасных сечениях сварных соединении (стыковых, товарных и внахлестку)……………………..2 часа

3. Определение реактивных остаточных напряжений при сварке в за-креплении………………………………………………………………..2 часа

4. Определение продольных остаточных напряжений в стыковом со-единении…………………………………………………………………2 часа

1.5. ТЕМАТИКА КУРСОВЫХ ПРОЕКТОВ

Конструирование и расчет балочных клеток.

2. ЛИТЕРАТУРА

Основная

1. Николаев Г. А., Винокуров В. А. Сварные конструкции: Расчет и

9

проектирование: Учебник для вузов (под редакцией Г.А. Николаева). - М.: Высшая школа, 1990.

Дополнительная

2. Серенко А.Н., Крумбольдт М.Н., Багрянский К. В. Расчет сварных соединений и конструкций: Примеры и задачи. - Киев, Вища школа, 1977.

3. ЗАДАНИЕ НА КОНТРОЛЬНУЮ РАБОТУ

Определить допустимую осевую нагрузку для сварных соединении встык, впритык и с накладками, конструкция которых приведена на рис. 1.

Рис. 1

Данные для расчета следует брать из таблицы 1. Толщина и ширина элемента выбирается студентом по предпоследней цифре шифра, а харак-теристика цикла, марки материала и тип электрода - по последней.

Таблица 1

Вариант

Размеры основных эле-ментов, мм

Характеристика цикла, r

Марка материа-ла

Тип электрода

Ширина

1

10

300

-1

Ст. 3

Э-42

2

10

300

-0,8

"

"

3

12

350

-0,6

"

"

4

12

400

-0,4

"

"

5

16

400

-0,2

"

"

6

16

450

0

15ХСНД

Э-50

7

20

500

0

"

"

8

20

500

-0,2

"

"

9

20

550

-0,4

"

"

10

20

600

-0,6

"

"

10

Необходимо:

1) определить допустимую нагрузку для указанных сварных соеди-нений в случае действия статической нагрузки;

2) то же в случае действия вибрационной нагрузки:

3) определить размеры необходимых прокладок (по рис. 1, б и в) и накладок (по рис. 1, г), а также размеры сварных швов.

Коэффициент перегрузки принять равным n = 1,4. Характеристика основного металла и сварочных материалов принять по табл. 2 и 3.

4. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ

КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЫ

Выполненное задание следует представить в виде пояснительной за-писки, в которой должно быть изложено содержание, приведены расчеты и чертежи узлов с указанием всех необходимых размеров для их выполне-ния. Чертеж узла выполняется в масштабе 1:5.

В правом нижнем углу чертежа нужно поместить штамп универси-тета с указанием факультета, фамилии и инициалов студента, его шифра, даты выполнения чертежа и его наименования.

Пояснительная записка и чертеж должны быть студентом подписа-ны.

В соответствии с различными условиями работы конструкций следу-ет выбирать и методы их расчета. В настоящее время существуют два ос-новных метода расчета конструкций, сущность которых изложена ниже.

Расчет по допускаемым напряжениям

При расчете конструкций по допускаемым напряжениям условия прочности имеют вид

],[σσ≤ (1)

где σ - напряжение в опасном сечении элемента, МПа; [σ] - допускаемое значение напряжений, МПа.

Для безопасности сооружения допускаемое напряжение должно со-ставлять лишь некоторую часть от предела текучести (или, как это приня-то для хрупких материалов, от предела прочности):

[],3nsσσ= (2)

где n3 - коэффициент запаса.

Правильный выбор коэффициента запаса имеет такое же влияние на окончательный результат расчета, как и правильное определение величи-ны и характера действующей нагрузки и определение напряжений в эле-ментах конструкции. В связи с этим выбор норм допускаемых напряже-ний должен быть увязан в целом с методами применяемых расчетов. По-

11

этому для наиболее характерных типов конструкций, отличающихся по условиям работы и по принятым для них расчетным схемам, вырабатыва-ются свои нормы допускаемых напряжений. Так, например, для строи-тельных конструкций общего типа допускаемое напряжение в случае применения стали марки Ст. 3 составляет [σ] = 160 МПа. Для пролетных строении железнодорожных мостов для той же марки стали оно составля-ет [σ]=140 МПа.

При этом значение допускаемых напряжений устанавливается толь-ко для основных напряжений, а величина местных напряжений (т.е. наи-больших напряжений в месте концентрации, созданной изменением фор-мы или условиями передачи нагрузки) не ограничивается нормой допус-каемых напряжений.

Основные напряжения (характеризующие собой некоторое усредне-ние значения напряжений) вычисляются на основании общеизвестных до-пущений, принятых в формулах, установленных в сопротивлении мате-риалов.

При действии осевых нагрузок напряжения вычисляются, исходя из предположения об их равномерном распределении, по формуле

,FP=σ (3)

где Р - осевое усилие, Н; F - площадь поперечного сечения элемента, см2.

При расчете прочности сварных соединений допускаемое напряже-ние на металл шва принимается равным допускаемому напряжению на основной металл. При этом условие прочности для сварных стыковых со-единений выполняется безусловно в том случае, если оно было удовле-творено при подборе размеров сечения основных соединяемых элементов. То же относится и к сварным тавровым соединениям, воспринимающим осевую силу или изгибающий момент, когда эти соединения выполнены с обеспечением провара по всей толщине соединяемых элементов. Это обу-словлено тем, что при равных значениях допускаемых напряжений и рас-четной площади поперечного сечения их расчетная несущая способность одинакова. В действительности площадь сечения по сварным швам даже несколько больше благодаря технологическим допускам, но последние при расчете на прочность не учитываются. Сварные тавровые соединения, осуществляемые угловыми швами, без разделки кромок и без обеспечения полного проплавления по всей толщине соединяемых элементов, могут быть при осевой нагрузке признаны равнопрочными основному металлу только в том случае, если катет их швов равен толщине соединяемого элемента. Это следует из того, что условия прочности сварных швов в их опасном сечении определяются допускаемыми напряжениями на срез, то-гда как условие прочности в сечении по основному металлу определяется допускаемыми напряжениями на растяжение.

При этом условия прочности в сечении по шву выражаются сле-дующим образом:

],[7,02τabP= (4)

12

где а — катет шва, мм; b — ширина элемента, мм; Р — усилие, вос-принимаемое соединением, Н.

Имея в виду, что [τ] = 0,7 [σ] и что условие прочности в сечении по основному металлу записывается в виде

],[σδbP=

где δ - толщина элемента, можно установить, что при условии равнопроч-ности должно существовать следующее соотношение между толщиной соединяемого элемента и катетом шва:

[].][4,1δτσδ==a

При расчете соединений внахлестку предполагается, что все швы работают одинаково. Условие прочности записывается в виде

[],7,0Σ=τlaP

где Σl - длина всех швов (при одинаковом значении их катетов), мм.

Метод расчета по допускаемым напряжениям достаточно прост, что является его основным достоинством. Недостатком его является то, что выбор допускаемых напряжений или установление коэффициента запаса производится без достаточно полного учета всех условии работы конст-рукций, связанных с особенностями действия различного рода нагрузок, с наличием возможных изменений свойств отдельных применяемых мате-риалов и с другими условиями эксплуатации.

В связи с этим, за последние годы была разработана новая методика расчета конструкций, получившая название расчета по предельным со-стояниям. Эта методика введена в действие при проектировании всех строительных конструкций. Предполагается, что на основе обобщения не-обходимого опыта она будет постепенно распространена и на другие об-ласти производства.

Расчет по предельным состояниям

Предельным состоянием конструкции называется состояние, при ко-тором она перестает удовлетворять предъявляемым эксплуатационным требованиям, т. е. перестает оказывать сопротивление внешним воздейст-виям или получает недопустимые деформации или местные повреждения.

Установлены следующие три расчетных предельных состояния:

а) первое предельное состояние, определяемое несущей способно-стью элемента (прочностью, устойчивостью или выносливостью);

б) второе предельное состояние, характеризующееся развитием чрезмерных деформаций;

в) третье предельное состояние, характеризующееся образованием или раскрытием трещин.

Первое предельное состояние имеет отношение к расчету отдельных элементов сварных конструкций и к расчету сварных соединений. Второе

13

предельное состояние проверяется применительно ко всему сооружению в целом. Третье предельное состояние применяется главным образом к же-лезобетонным конструкциям (при раскрытии трещин в растянутой зоне бетона).

При проектировании конструкций условие прочности по первому предельному состоянию записывается в следующем виде:

.mRFN≤ (5)

Здесь N - расчетное воздействие или наибольшая расчетная нагрузка (уси-лие или момент), Н; F - геометрическая характеристика сечения (площадь, момент сопротивления и т.п.), см2; R - расчетное сопротивление материа-ла, МПа; m - коэффициент условий работы.

Наибольшая расчетная нагрузка определяется суммой произведений нормативной нагрузки данного вида (т.е. нагрузки нормальной интенсив-ности) на соответствующий коэффициент перегрузки:

Σ=+++=,...332211iinNnNnNnNN (6)

где Ni - нормативная нагрузка; ni - соответствующий ей коэффициент пе-регрузки.

Расчетное сопротивление материала R представляет собой произве-дение наименьшего опасного напряжения (при котором может наступить разрушение), именуемого нормативным сопротивлением Rн (для стали это предел текучести σs) на коэффициент однородности материала - k.

.kkRRσ== (7)

Коэффициент условий работы m учитывает своеобразие работы кон-струкций, обусловленное изготовлением и эксплуатацией. Он может учи-тывать опасность хрупких разрушений, неблагоприятное влияние агрес-сивной среды и других факторов.

Значения нормативных сопротивлений RН (МПа) для основного ме-талла принимаются в соответствии с табл. 2.

Таблица 2

Вид нагрузки

Марки стали

Ст.0

Ст.2

Ст.3 и Ст.4

Ст.5

НЛ1

НЛ2

Растяжение, изгиб, сжатие

190

220

240

280

300

340

Срез

115

130

145

165

180

205

Смятие торцевой по-верхности

235

330

360

420

450

510

Диаметральное сжа-тие катков

7

8

9

10

11

12

14

Для сварных соединений, выполненных автоматической сваркой под флюсом или ручной сваркой с применением электродов типов Э-42 и Э-50 (см. табл. 3), нормативные сопротивления растяжению и сжатию прини-маются равными нормативным сопротивлениям растяжению или сжатию прокатной стали свариваемой конструкции. Нормативные сопротивления срезу для металла сварных угловых швов принимаются равными норма-тивным сопротивлениям растяжению, умноженным на коэффициент 0,7.

Коэффициенты однородности металла сварных швов принимаются такими же, как и для основного металла.

Таблица 3

Марка элек-трода

Нижние пределы механических свойств

Назначение

Металл шва

Сварное соединение

Предел прочно-сти, МПа

Относи-тельное удлине-ние, %

Предел прочно-сти, МПа

Ударная вяз-кость,. МДж/м2

Угол загиба, α°

Э-42

420

18

420

0,08

120

Сварка конструкций из малоугле-родистой стали

Э-50

500

16

500

0,06

90

Сварка конструкций из низкоугле-родистой стали

С целью обеспечения высокого качества сварных стыковых соеди-нений, выполненных ручным способом с применением электродов типов Э-42 и Э-50, рекомендуется применять контроль просвечиванием. Для случаев, когда контроль качества сварных стыковых швов осуществляется только наружным осмотром, коэффициенты однородности понижаются на 15%.

Принципиальное отличие метода расчета по предельным состояниям от метода по допускаемым напряжениям состоит в том, что при данном методе расчета общий коэффициент запаса прочности учитывается тремя коэффициентами: коэффициентом перегрузки п; коэффициентом одно-родности k и коэффициентом условий работы m.

Более дифференцированный метод учета общего коэффициента за-паса позволяет обоснованней подойти к его определению, учитывая свое-образие условии действия отдельных нагрузок, свойств различных мате-риалов, а также различных условий работы конструкции.

Разделение одного коэффициента запаса на три независимых коэф-фициента позволяет более правильно характеризовать все особенности условии работы данной конструкции (учитывая отдельно особенности на-грузок, материала и условий эксплуатации). Так, например, коэффициент перегрузки п принят равным: от собственного веса и гидростатического давления - 1,1; от ветра - 1,2; oт нагрузки в архивах и книгохранилищах - 1,2; от нагрузки в общежитиях—1,4 и т.п.

Коэффициент однородности материала k принят равным: для мало-углеродистой прокатной стали 0.9; для низколегированной прокатной ста-

15

ли 0,85; для отливок из углеродистой стали 0,75 и т.п.

Коэффициент условий работы т для большинства элементов конст-рукций принят равным 1; для резервуаров - 0,8; для колонн - 0,9.

И в старом, и в новом методе предполагается приближенное опреде-ление напряжений по формулам сопротивления материалов (исходя из предположения равномерного распределения напряжений при осевой на-грузке и гипотезы плоских сечений при изгибе).

В частном случае, когда все действующие на сооружение нагрузки характеризуются одним значением коэффициента перегрузки (или когда на сооружение действует только нагрузка одного вида), условие прочно-сти (5) можно упростить. При этом

siiimkFNnFnNσ==ΣΣ (8)

или

.0nmknFNsiiσσ==Σ

Как видно, в этом случае условие прочности (1), установленное ме-тодом расчета по допускаемым напряжениям, аналогично условию проч-ности (8), установленному методом расчета по предельным состояниям.

Таким образом, метод расчета по допускаемым напряжениям являет-ся частным случаем более общего метода расчета.

Расчет сварных соединений на выносливость

Расчет на выносливость производится при действии переменных (или вибрационных) нагрузок, характеризующихся большей повторяемо-стью (не менее 1000 раз). Pacчет на выносливость сводится к определению прочности конструкций при действии таких переменных нагрузок.

Условие выносливости записывается в следующем виде:

при расчете по методу допускаемых напряжений

];[σγσ≤=FP (9)

при расчете по методу предельных состояний

,RFNγ≤ (10)

где srkσσγ= - коэффициент снижения напряжений при переменной нагруз-ке; rkσ - предел выносливости элемента конструкций, МПа. Остальные обозначения те же, что в формулах (1) и (5).

Таким образом, для проведения расчета на выносливость необходи-мо знать соответствующее значение предела выносливости. Предел вы-носливости элемента конструкции зависит от характеристики цикла изме-

16

нения нагрузки, свойств примененного материала и формы самого эле-мента.

В аналитической форме связь между различными значениями преде-лов выносливости может быть, как это следует из прямолинейной диа-граммы выносливости, выражена следующим образом:

()( ) .1121rrrk++−=ψβσσ (11)

Здесь rkσ - предел выносливости образца при характеристике цикла r и данном концентраторе к, МПа; 1−σ - предел выносливости образца из ос-новного металла при характеристике цикла r = -1; r = σminmax - характе-ристика цикла, МПа; k,11/−−=σσσβ - эффективный коэффициент концен-трации; r,1−σ - предел выносливости образца при характеристике цикла r = -1 и заданном концентраторе к, МПа; Bσσψ/1−= - коэффициент, зависящий от свойств материала; Bσ - предел прочности материала, МПа.

По формуле (11) можно определять предел выносливости сварных соединений при любой характеристике цикла r, зная значение эффектив-ного коэффициента концентрации β и характеристики свойств стали (в том числе, Bσ и ψ).

Коэффициент ψ определяется по экспериментальным данным. Для сталей различных марок его значения обычно принимаются следующими: для Ст. 3 ψ = 0,34; для НЛ-2 ψ = 0,27; для МК ψ = 0,30.

Надо заметить, что эти значения являются приближенными и в от-дельных случаях могут меняться, так как значение предела выносливости для основного металла, определяемое по результатам испытания образцов с сохраненной прокатной поверхностью, зависит от состояния этой по-верхности. А так как определенных требований по отношению к качеству поверхности проката пока еще не предъявляется, то существующий неиз-бежный разброс в значениях предела выносливости влияет и на точность определения коэффициента ψ.

Эффективный коэффициент концентрации β зависит главным обра-зом от формы соединения. Его значения определяются эксперименталь-ным путем и должны быть заданы для всех применяемых в конструкциях соединений (табл. 4).

17

Таблица 4

Расчетные сечения

Значения β

1

2

По основному металлу вдали от сварных швов

Основной металл с прокатной коркой и с кромками после проката или механической обработки

1,0

То же, но с кромками, обработанными машинной газовой резкой

1,1

По сварным швам

Стыковые швы

1,0

Угловые поперечные швы:

при ручной сварке

3,0

при автоматической сварке

1,7

Угловые продольные швы

3,0

По основному металлу в местах перехода к сварным соединениям

Основной металл в месте перехода к стыковому шву:

при обработке места перехода наждачным кругом или

1,0

фрезой без обработки места перехода

1,4

Основной металл в месте перехода к поперечному угловому шву со-единения внахлестку без механической обработки

3,0

Основной металл в соединениях с боковыми швами в местах пере-хода к швам

3,4

Основной металл вблизи диафрагм и ребер:

при ручной сварке

1,6

при полуавтоматической сварке

1,3

при механической обработке мест перехода

1,0

Составные сечения, сваренные продольными швами при авто-матической сварке

1,0

По основному металлу в местах перехода к другим элементам

Фасонки, привариваемые к поясам балок встык при плавной криво-линейной форме перехода к поясу, полном проваре этого места и механической его обработке

1,2

Фасонки, привариваемые впритык к стенкам балок элементов при плавной криволинейной форме перехода с полным

1,2

проваром швов и механической обработке перехода

2,5

Фасонки, привариваемые к поясам внахлестку

2,0

Полный обрыв поясов двутаврового сечения при:

постепенном уменьшении к месту обрыва ширины и толщи-ны полок

1,6

полном проваре стенки с поясом в зоне обрыва механической обработке места перехода

1,2

18

5. ЗАДАНИЕ НА КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

Описание конструкции

Объектом проекта является рабочая площадка, предназначенная для размещения на ней оборудования и материалов, необходимых для обслу-живания производственного процесса. Она состоит из настила, непосред-ственно воспринимающего расположенную на нем полезную нагрузку, и системы несущих балок, образующих балочную клетку, которая служит для передачи нагрузки через опорные колонны на фундамент.

Рис. 2

Основной задачей проекта является конструирование и расчет ба-лочной клетки (проектирование настила из состава задания исключается).

Схема балочной клетки рабочей площадки представлена на рис. 2. Балочная клетка состоит из пересекающихся под прямым углом балок, из которых поперечные балки пролетом L, передающие нагрузку на опорные колонны, являются главными, а продольные балки пролетом l, служащие для промежуточной передачи нагрузки с настила на главные балки, явля-ются вспомогательными.

Состав задания

Расстояние между продольными балками l1 выбирается по условиям прочности настила в соответствии с толщиной и свойствами его материа-ла. Расстояние между главными балками l определяется с учетом расхода материала и производственных затрат на изготовление балок. По услови-ям настоящего проекта все эти размеры относятся к числу заданных.

В табл. 5 указаны значения генеральных размеров рабочей площадки

19

и нагрузки для различных вариантов заданий.

При выборе данных для расчета по предпоследней цифре шифра вы-бираются размеры балочной клетки, по последней - интенсивность на-грузки.

Таблица 5

Вариант

Размеры балочной клетки, м

Интенсивность нагруз-ки, кН/м2

L

l

L1

q

P

1

2

3

4

5

6

1

18

6

2,0

2

8

2

18

8

1,8

2

10

3

20

6

2,0

2

8

4

20

6

2,5

2

10

5

22

6

2,0

2

9

6

22

8

2,2

2

12

7

24

6

2,0

2

9

8

24

8

2,4

2

12

9

30

6

2,0

2

10

10

30

8

2,5

2

12

Нагрузка на балочную клетку состоит из некоторой равномерно-распределенной постоянной нагрузки интенсивностью q и переменной на-грузки от оборудования интенсивностью р. При проектировании необхо-димо предусмотреть возможность неодновременного загружения отдель-ных участков балочной клетки, при котором смежные пролеты продоль-ных балок будут находиться в различных условиях.

Количество главных балок для всех вариантов заданий принято рав-ным двадцати.

Технические условия на проектирование

Балки изготовляются из стали, которая может быть выбрана из числа применяемых в строительстве марок: Ст. 3 и 15ХСНД. Вопрос о выборе марок стали определяется экономическими соображениями по расходу металла и его стоимости.

Коэффициент перегрузки для всех вариантов задания принят п= 1,35.

Расчетные сопротивления принимаются в соответствии с данными табл. 6.

Таблица 6

Марка стали

Предел проч-ности (МПа) не менее

Предел текуче-сти (МПа)

Не менее

Коэффициент однородности

Расчетные сопротивления, МПа

Растя-жение

Срез

Смятие

1

2

3

4

5

6

7

Ст.3

380

240

0,90

210

130

320

15ХСНД

520

350

0,85

290

170

430

20

Наибольшая стрелка прогиба балок рабочей площадки не должна превышать следующих значений:

для главных балок ();450/1maxLf=

для вспомогательных балок ().200/1maxlf=

Проект представляется в виде пояснительной записки, в которой из-лагается расчет прочности, и чертежей (на двух листax), на которых изо-бражается конструкция проектируемой балочной клетки.

На чертежах должны быть изображены схема балочной клетки с указанием отдельных монтажных единиц, рабочий чертеж главной балки, одного из монтажных элементов продольной балки, узел пересечения главной балки с продольными балками, выполняемый на монтаже. Все основные элементы должны быть представлены на чертежах не менее чем в трех проекциях с необходимыми дополнительными конструктивными пояснениями деталей сварных соединений. Для изображения общего вида элементов рекомендуется применять масштаб не менее 1 : 20, а для изо-бражения узлов и деталей конструкции — не менее 1 : 10 и 1 : 2 (соответ-ственно).

Чертежи должны иметь спецификацию с указанием всех отдельных деталей, их количества, марок материала и веса. В примечании к чертежу необходимо указать выбранные методы сварки и сварочные материалы, необходимые для выполнения швов.

6. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ

КУРСОВОГО ПРОЕКТА

Расчет конструкции необходимо начинать с составления расчетной схемы. Всю балочную клетку следует рассматривать как состоящую из отдельных балок, различающихся между собой по условиям опирания и нагружения. При этом можно составить две основные расчетные схемы: одну - для продольных вспомогательных балок и другую - для попереч-ных главных балок.

Расчет вспомогательных балок

Ввиду того, что продольные балки могут быть присоединены к по-перечным так, что их поперечное сечение в месте крепления будет иметь возможность воспринимать не только перерезывающие силы, но и изги-бающие моменты, расчётная схема для них может быть принята как для

21

Рис. 3

неразрезной балки с числом опор, определяемых числом поперечных ба-лок. Средние пролеты неразрезных балок, имеющих большое число про-летов, находятся в примерно равных условиях загружения, поэтому рас-четная схема продольной балки совпадает со схемой пятипролетной бал-ки, при этом опорные реакции и изгибающие моменты для всех средних пролетов реальных балок можно рассчитать по третьему пролету пяти-пролетной неразрезной балки.

Таким образом, расчетная схема продольной балки может быть при-нята в соответствии с рис. 3, на котором отдельно указана постоянная на-грузка интенсивностью q и переменная нагрузка интенсивностью, p при одном из возможных вариантов загружения балки.

При расчете должны быть рассмотрены различные варианты распо-ложения переменной нагрузки и выбраны те, которые дают наиболее опасные комбинации загружения.

Неразрезные балки являются статически неопределимыми. При их расчете в качестве статически неопределимых величин принимаются опорные моменты, для определения которых применяют теорему о трех моментах, известную из курса «Сопротивление материалов».

При расчете неразрезных балок часто пользуются также готовыми таблицами, в которых приведены вычисленные коэффициенты для опре-деления изгибающих моментов и опорных реакций.

Для определения изгибающих моментов приведенные в табл. 7 зна-чения коэффициентов необходимо умножить на произведение ql2 или р12.

По данным, приведенным в табл. 7, видно, что при действии пере-менной нагрузки наиболее опасные комбинации ее расположения для раз-личных сечений и пролетов различны. Так, для сечений в пролете наибо-лее опасная комбинация создается, когда загружается рассматриваемый пролет, а остальные пролеты находятся в состоянии чередующейся раз-грузки и загрузки. Для опорных сечений наиболее опасная комбинация создается при загружении двух смежных пролетов и при условии чере-дующейся разгрузки и загрузки для всех остальных пролетов. Последняя комбинация создает также наибольшие опорные реакции. Значения коэф-фициентов для определения опорных реакций приведены в табл. 8.

22

Для определения опорных реакций коэффициенты, приведенные в табл. 8, необходимо умножить на произведение ql или рl.

Подбор сечений продольных балок целесообразно производить по значениям изгибающего момента в пролете, так как на опорах сечение может быть усилено постановкой фасонок. В этом случае надежность ме-стного подкрепления должна быть проверена расчетом на действие опор-ного момента и перерезывающей силы.

Определение стрелки прогиба в пролетах неразрезной балки можно производить по формулам для свободно опертой балки на двух опорах, используя метод наложения.

Для продольных балок могут быть использованы прокатные двутав-ры.

Расчет главных балок

Главная балка нагружается в местах сопряжения с вспо-могательными балками, которые передают на нее нагрузку в виде опор-ных реакций. По концам главная балка свободно оперта на колонны.

Таблица 7

Таблица 8

Характеристика загружения

а0

а1

а2

При равномерно распределенной нагрузке по всем пролетам

0,395

1,132

0,974

При наиболее опасной комбинации загружения отдельных пролетов

0,447

1,218

1,167

23

Таким образом, расчет главной балки производится как балки на двух опорах, нагруженной рядом сосредоточенных сил (рис. 5: а—расчетная схема главной балки; б—эпюра изгибающих моментов; в—эпюра перерезывающих сил).

При определении нагрузки на главную балку необходимо считаться с возможным наиболее опасным случаем расположения груза на площадке и принимать наибольшие возможные значения опорных реакций вспомо-гательных балок.

Рис. 4

Выбор высоты балки

Определение размеров сечения балки следует начинать с выбора ее высоты, являющейся одним из главных размеров ее поперечного сечения. Высоту вертикального листа выбирают исходя из условий обеспечения требуемой жесткости и наименьшего веса. Из этих двух условий первое является обязательным, так как оно определяется требованиями техниче-ских условий, а второе — только желательным, поэтому второе решение должно быть подчинено первому.

Условие обеспечения необходимой жесткости балок вытекает из за-данных техническими условиями ограничении по прогибу.

Определение прогиба балки, нагруженной рядом сосредоточенных сил, с достаточным приближением можно производить по формуле, отно-

24

сящейся к случаю нагружения равномерно-распределенной нагрузкой. При этом высота вертикального листа выражается следующей формулой

,2452fLnERh⋅⋅= (12)

где h - высота балки, м; R - расчетное сопротивление, МПа; п - ко-эффициент перегрузки; Е - модуль упругости материала, Н/м2; L - пролет балки, м; f - стрелка прогиба в середине пролета, мм.

Полученное значение должно быть согласовано со вторым условием, по которому обеспечивается получение минимального веса.

Для балки переменного сечения оптимальное значение высоты вер-тикального листа определяется формулой

,3,1RMhδ= (13)

где М - изгибающий момент в середине пролета; δ - толщина вертикаль-ной стенки, мм; R - расчетное сопротивление, МПа.

При определении оптимальной высоты вертикальной стенки но формуле (13) можно допускать отклонения от полученных значений в пределах ±20%, так как это не вызывает повышения веса более чем на 2%, что соответствует степени точности, обычной для подобных расчетов.

Выбор толщины стенки

Для средней части балки толщина вертикального листа определяется величиной нормальных напряжений.

По условиям уменьшения веса толщину вертикального листа целе-сообразно принимать минимальной. При этом необходимо выполнять ус-ловие обеспечения ее местной устойчивости в зоне действия сжимающих напряжений. Условие устойчивости определяется по значению критиче-ских напряжений и применительно к бесконечно длинной прямоугольной свободно опертой пластинке, нагруженной нормальными напряжениями от изгибающего момента, будет иметь следующий вид:

,mRhЕ8,212кр⎟⎠⎞⎜⎝⎛δ=σ (14)

где σкр - значение напряжений, при которых возможна потеря устойчиво-сти, МПа; Е - модуль упругости, Н/м2; δ - толщина вертикального листа, мм; R - расчетное сопротивление, МПа; m - коэффициент однородности материала.

Отсюда толщина вертикального листа может быть определена по следующему условию:

.mERh214,0≥δ (15)

25

Стремление уменьшить толщину вертикального листа приводит к применению дополнительных горизонтальных ребер жесткости, которые, уменьшая размеры сжатых участков пластинки, являются средством по-вышения устойчивости стенки.

В этом случае для крайнего участка вертикального листа, заключен-ного между поясом балки и горизонтальным ребром условия устойчиво-сти, как и для пластики, находящейся под действием равномерно распре-деленных сжимающих напряжений, будет выражаться следующей зави-симостью:

,63,322mRbЕкр⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛=δσ (16)

где b2 - расстояние между сжатым поясом и горизонтальным ребром, мм.

Отсюда аналогично предыдущему получим

.525,02mERb≥δ (17)

При выборе толщины вертикального листа следует иметь в виду, что по производственным и эксплуатационным условиям листы толщиной менее 6 мм для основных элементов конструкций не применяются.

Определение размеров сечения на опоре

В сечении на опоре размеры вертикальной стенки будут определять-ся условиями прочности и устойчивости при действии касательных на-пряжений, создаваемых перерезывающей силой.

Основное значение при этом имеет стенка, а пояса почти не прини-мают участия в работе. Если влиянием поясов пренебречь и считать каса-тельные напряжения равномерно распределенными по площади сечения стенки, то формула для определения касательных напряжений будет иметь вид

,hQδτ= (18)

где Q - перерезывающая сила; δ и h - размеры вертикальной стенки, мм.

Условия устойчивости вертикального листа в районе опоры опреде-ляются как для прямоугольной пластинки, нагруженной по контуру каса-тельными напряжениями, и выражаются формулой

,2mRhkЕsкр⎟⎠⎞⎜⎝⎛≥δτ (19)

где RS - расчетное сопротивление срезу, МПа; k – коэффициент, зависящий от отношения сторон опорного контура, значения которого приведены в табл. 9.

26

Таблица 9

a/h

1,0

1,2

1,4

1,5

1,6

1,8

2,0

2,5

3,0

K

8,5

7,2

6,6

6,4

6,3

6,15

5,95

5,7

5,5

4,5

здесь а - расстояние между вертикальными ребрами жесткости, мм;

,sкрττ≥

откуда

.kmERhs≥δ (20)

Устойчивость вертикального листа на опоре может быть повышена более частым расположением вертикальных ребер жесткости, но более эффективной мерой подкрепления является постановка наклонного ребра жесткости, которое, будучи расположено по направлению действия сжи-мающих напряжений и принимая на себя их результирующее действие, будет предотвращать возможность появления деформации из плоскости вертикального листа.

Определение размеров поясов

Пояса двутавровых балок расположены в участках сечения с наи-большими нормальными напряжениями.

Для сечения в середине пролета по условиям прочности площадь се-чения пояса двутавровой балки определяется формулой

,6maxmaxhhRMFδ−= (21)

где Mmax - наибольший изгибающий момент; R - расчетное сопротивление, МПа; δ и h - размеры вертикального листа, мм.

Исходя из полученного значения размеры площади поперечного се-чения пояса должны быть определены с учетом условий устойчивости.

Критические напряжения прямоугольной пластинки, свободно опер-той по трем сторонам, выражаются формулой

,bЕ385,02пкр⎟⎠⎞⎜⎝⎛δ=σ (22)

где δп - толщина пояса, мм; b - полуширина пояса, мм. Отсюда, аналогично предыдущему получим

.62,1ERbп≥δ (23)

Изменение размеров сечения балки

Для экономии металла целесообразно изменять размеры сечения балки по пролету в соответствии с изменением значения изгибающего

27

момента. Изменение сечения достигается путем изменения размеров поя-сов и высоты вертикального листа.

Для балки на двух опорах с равномерно распределенной нагрузкой расстоянием 1/6L - определяется расположение стыка, при котором дости-гается наибольшая экономия веса. Для случая нагружения балки сосредо-точенным грузом, приложенным в середине пролета, наиболее выгодное расположение стыка определяется расстоянием 1/4L.

Положение других стыков следует определять в соответствии с раз-мерами поясов, принятыми для промежуточных участков, при этом можно руководствоваться следующими ориентировочными соотношениями:

,2;2min121max2FFFFFF+=+=

где Fmin - площадь сечения на опоре, которая выбирается по конструктив-ным соображениям, к числу которых можно отнести то, что размеры по-перечного сечения пояса главной балки не должны быть меньше размеров поперечного сечения пояса вспомогательной балки.

Дополнительное снижение веса балки может быть достигнуто уменьшением высоты вертикального листа в районе опор. В этом случае начало изменения высоты надо располагать у вертикального ребра жест-кости, чтобы получающийся перелом пояса не привел к тому, что крайние участки растянутого пояса в районе перелома не смогут принимать уча-стия в работе.

Расчет сварных швов

Пояса балки должны быть соединены с вертикальной стенкой свар-ными швами, обеспечивающими условия совместной работы всех частей составного сечения. При этом поясные швы воспринимают касательные напряжения.

По условию прочности на срез катет шва будет определяться форму-лой

,4,1'срJRQSа= (24)

где Rср - расчетное сопротивление срезу металла сварного шва, МПа.

В районе действия опорные реакций, а также других сосредоточен-ных вертикальных сил прочность сварных поясных швов должна быть проверена с учетом дополнительных напряжений, возникающих в швах. Действие сосредоточенной вертикальной силы распространяется на огра-ниченный участок сварного шва, длина которого приближенно равна

δ30=шl,

где δ - толщина вертикального листа, мм.

Дополнительные напряжения в шве в районе действия опорной ре-

28

акции A будут:

( ) ,24,1blаАш+=τ (25)

где 2b - длина швов по опорным ребрам жесткости, мм.

Результирующие срезывающие напряжения в сварном шве опреде-ляются геометрическим суммированием напряжений, возникающих от пе-ререзывающей силы, и дополнительных напряжений в районе опорной ре-акции.

В тех случаях, когда дополнительные срезывающие напряжения ве-лики и вызываемое ими увеличение катета шва нежелательно, целесооб-разно на участке действия опорной реакции применить шов с разделкой кромок. Тогда отсутствие зазора между поясом и вертикальным листом исключит возможность появления в швах дополнительных срезывающих напряжений и приведет только к появлению неопасных напряжений сжа-тия.

Прочность стыковых швов в поясах и стенке обеспечивается соот-ветствующим выбором сварочных материалов, гарантирующих равно-прочность металла сварных швов основному металлу. Поэтому проверка прочности стыковых шпон при статической нагрузке не производится.

Расчет ребер жесткости

Вертикальные ребра жесткости необходимо ставить в местах пере-дачи сосредоточенных усилий. Ребра жесткости выполняются из полосо-вого проката и устанавливаются симметрично по отношению к вертикаль-ной стенке с двух ее сторон. Размеры их определяются эмпирическими формулами, которые в основном выражают условия их устойчивости. Для присоединения ребер жесткости к вертикальной стенке применяются швы минимальных калибров.

Ширина ребра выбирается в зависимости от его высоты по формуле

,4030+=hb (26)

где b - ширина одного ребра, мм; h - высота ребра, мм.

В районе крепления ребра к поясу ширина ребра должна обеспечи-вать опирание пояса не менее чем на три четверти его ширины. При ши-роких поясах последнее условие приводит к применению составных ребер с местными уширениями.

Толщина ребер выбирается в зависимости от его ширины по форму-ле

.15b≥δ (27)

29

Поверочные расчеты прочности

Ввиду того, что при подборе размеров различных сечений балки принимались некоторые упрощения и округления, в заключение необхо-димо произвести поверочный расчет для окончательного подтверждения правильности принятых решений.

Учитывая, что в отдельных участках балки одновременно действуют значительные нормальные и касательные напряжения, необходимо для этих участков произвести проверку прочности по главным напряжениям:

.4222τσσσ++=гл (28)

Максимальные нормальные напряжения имеют место в середине пролета и в местах изменения сечений балки, тогда как касательные на-пряжения достигают наибольших значений в концевых частях балки. По-этому наиболее опасным участком балки является сечение, расположен-ное в месте ближайшего к опоре стыка поясов.

Одновременное действие нормальных и касательных напряжений может оказаться более опасным и для устойчивости отдельных участков вертикального листа балки. В этом случае необходимо проверить коэффи-циент запаса на устойчивость по формуле

,6122кркркркрnσττσττσσ+⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛+⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛ (29)

где σ и τ - нормальное и касательное напряжения в рассматриваемом уча-стке вертикальной стенки, МПа; σкр и τкр - критические значения напряже-ний в тех же участках, МПа.

Расчет узла пересечения балок

Расчет прочности прикрепления вспомогательной балки к главной необходимо проводить с учетом принятой конструкции местного подкре-пления. В узлах пересечения балок обычно устанавливаются косынки, ко-торые усиливают опорные сечения и обеспечивают жесткость узлов.

Длина участка, на котором необходимо подкрепление, может быть определена в соответствии с изменением изгибающего момента. Для слу-чая, когда сечение неразрезной балки подбирается по наибольшему изги-бающему моменту в пролете, необходимо применять местное подкрепле-ние опорных участков на длине: .043,0ll=Δ

Проверку прочности сечения на действие опорного изгибающего момента необходимо проводить с учетом местных подкреплений. Так, для конструкции подкрепления, принятой на рис. 5, расчет можно провести в соответствии с табл. 10.

30

Момент инерции всего сечения относительно его оси, проходящей через центр тяжести,

ΣΣ−=,'20FyJJX (30)

где у0, ΣF, ΣJ' –характеристики сечения, определяемые по данным табл.10.

Таблица 10

№ п\п

Площадь сечения F, см2

Расстояние от кромки у, см

Статический момент S, см3

Момент инерции, см4

Собственный J0, см4

Переносный, y2F, см4

1

122bFδ=

1y

11yF2

-

1212Fy 

2

2F

2y

22yF

2J

222Fy 

3

333bFδ=

3y

33yF

12333

223Fy 

Σ

ΣF

ΣΣ=FSy0

ΣS

Σ'J

Рис. 5

Наибольшее нормальное напряжение

.maxmaxXопJyM(31)

Крепление продольной балки к главной должно обеспечивать равно-прочность сварных соединений по отдельным деталям сечения. В основ-ных швах это условие обеспечивается выполнением сварки по всей тол-щине присоединенных элементов. Для угловых швов, расположенных на вертикальной стенке и ребре, необходимо чтобы было соблюдено условие равнопрочности в следующем виде:

,4,1RaRсрδ= (32)

где а - катет углового шва; δ - толщина прикрепленного элемента, мм; Rср - расчетное сопротивление на срез для металла шва, МПа; R - расчетное сопротивление на растяжение для основного металла, МПа.

31

Для швов, прикрепляющих нижний пояс прокатного двутавра к вер-тикальной стенке главной балки, необходимо считаться с ограничениями, установленными для предельных максимальных размеров угловых швов, которые выражаются в следующем виде:

,5,1minmaxδ=a (33)

где amax - наибольший допустимый размер катета углового шва; δmin - наи-меньшая толщина элементов таврового соединения, мм.

Технологические указания

Для современных условий проектирования характерно, что наряду с разработкой проекта сварной конструкции ведется разработка технологи-ческого процесса ее изготовления. Различия в технологии влияют на каче-ство металла и форму сварных соединений, поэтому прочность сварной конструкции в значительной мере зависит от технологии ее изготовления.

При разработке проекта необходимо выбрать методы сборки и свар-ки, указать сварочные материалы, необходимые для обеспечения требуе-мых свойств сварных швов и соединений, предусмотреть меры, обеспечи-вающие изготовление сварной конструкции с заданной степенью точно-сти, и определить последовательность сборки и сварки, при которой сва-рочные деформации и напряжения не будут оказывать вредного влияния на прочность.

При разработке принципиального технологического процесса необ-ходимо предусмотреть возможность применения наиболее совершенных методов изготовления, позволяющих достигать высоких показателей не только по производительности, но и по качеству продукции. К числу та-ких методов следует отнести применение машинной газовой резки и авто-матической сварки.

32

СОДЕРЖАНИЕ

Предисловие 3

1. Содержание дисциплины

1.1. Рабочая программа 4

1.2. Тематический план лекций для студентов

очно-заочной формы обучения 8

1.3. Перечень тем практических занятий 8

1.4. Перечень лабораторных работ 8

1.5. Тематика курсовых проектов 8

2. Литература 8

3. Задание на контрольную работу 9

4. Методические указания к выполнению контрольной работы 10

5. Задание на курсовой проект 18

6. Методические указания к выполнению курсового проекта 20

Сводный темплан 2003 г.

Лицензия ЛР № 020308 от 14.02.97

Редактор И.Н. Садчикова

Подписано в печать Формат 60х84 1/16

Б. кн.-журн. П.л. Б.л. РТП РИО СЗТУ.

Тираж Заказ

Северо-Западный государственный заочный технический

университет

РИО СЗТУ, член Издательско-полиграфической ассоциации вузов

Санкт-Петербурга

191186, Санкт-Петербург, ул. Миллионная, 5


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

17343. Введение в курс Системное проектирование телекоммуникационных систем 87 KB
  Лекция 1. Введение в курс Системное проектирование телекоммуникационных систем 1.1.Общее понятие о системном проекте и системном подходе к проектированию сложных объектов Данная университетская дисциплина Системное проектирование телекоммуникационных систем отн...
17344. ЭЛЕМЕНТЫ ОБЩЕЙ ТЕОРИИ СИСТЕМ 181 KB
  ЭЛЕМЕНТЫ ОБЩЕЙ ТЕОРИИ СИСТЕМ Лекция №2 Основания общей теории систем 1.1. Уровни исследования системы Во второй половине двадцатого столетия в биологии медицинской науке и философии основательно укоренилось словосочетание: Общая теория систем [15] котор...
17345. Сложный объект как система. Основные аспекты системного исследования 136.5 KB
  Тема 2. ЭЛЕМЕНТЫ ОБЩЕЙ ТЕОРИИ СИСТЕМ Лекция 3. 2.4. Сложный объект как система Основные аспекты системного исследования Несколько нарушая принятую методологию изложения материала начнем с определения объекта Ob как потенциально сложного элемента системы. Сложный ...
17346. Научные (Теоретические) основы системного похода 136.5 KB
  Тема 2. Научные Теоретические основы системного похода Продолжение. Лекция 4 3.5 Основные принципы системного подхода Основные принципы системного подхода вытекают из соответствующих главных концепций ОТС представленных схеме на рис.1. ...
17347. Системобразрушающие факторы 109.5 KB
  Тема 2. Научные Теоретические основы системного похода Продолжение 2. Лекция 5 3.10.Системобразрушающие факторы Как указывалось выше распад целостных объектов происходит под влиянием внешних системоразрушающих факторов. Горы могут быть разрушены землетрясение
17348. ПРОЦЕСС УПРАВЛЕНИЯ В СЛОЖНОЙ СИСТЕМЕ 214.5 KB
  Лекция 6. ПРОЦЕСС УПРАВЛЕНИЯ В СЛОЖНОЙ СИСТЕМЕ 1. Концептуальная структура системы с управлением Как было ранее отмечено в классификации систем выделяется класс систем с управлением. Для таких систем характерно наличие свойства открытости и способность к адекватно...
17349. ЭЛЕМЕНТЫ ОПИСАНИЯ СЛОЖНЫХ СИСТЕМ. МОДЕЛЬНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ АНАЛИЗА СС. ОБОБЩЕННАЯ (СЕМАНТИЧЕСКАЯ) МОДЕЛЬ ПРИКЛАДНОЙ СИСТЕМЫ 270 KB
  Лекция 7. ЭЛЕМЕНТЫ ОПИСАНИЯ СЛОЖНЫХ СИСТЕМ. МОДЕЛЬНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ АНАЛИЗА СС. ОБОБЩЕННАЯ СЕМАНТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ПРИКЛАДНОЙ СИСТЕМЫ. I. 1. Показатели параметры в описании элемента системы Элементу объекта системы поставим в соответствие систему показателей парам...
17350. КОНЦЕПТУАЛЬНЫЕ ОСНОВЫ СИНТЕЗА СЛОЖНЫХ СИСТЕМ 633 KB
  Лекция 8. КОНЦЕПТУАЛЬНЫЕ ОСНОВЫ СИНТЕЗА СЛОЖНЫХ СИСТЕМ 1. Концепция существования реального объекта во времени и пространстве Дадим некоторые определения. Объект системы Ob – это сущность реального мира воспринимаемая интеллектом системного аналитика САн че
17351. ПРИКЛАДНЫЕ СИСТЕМЫ. ХАРАКТЕРИСТИКИ И ПОКАЗАТЕЛИ КАК ОБЪЕКТЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ И ИССЛЕДОВАНИЯ 229.5 KB
  Лекция 9 ПРИКЛАДНЫЕ СИСТЕМЫ. ХАРАКТЕРИСТИКИ И ПОКАЗАТЕЛИ КАК ОБЪЕКТЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ И ИССЛЕДОВАНИЯ 9.1. Основные известные концептуальные определения понятия сложная система как основа модельного представления системы Здесь будет выполнена адаптация материала