Курсовая работа на тему: Балка. курсовая (балка) 29.11.21. Расчёт и проектирование сварных конструкций. Двутавровая сварная балка
 Скачать 6.25 Mb.
|
|
ГККП Уральский политехнический колледж УОАЗКО Пояснительная записка курсового проекта на тему: «Расчёт и проектирование сварных конструкций. Двутавровая сварная балка» По модулю ПМ10.02 Участие в преотировании зданий и сооружения/дисциплины Основы расчёта строительных конструкции Выполнил студент гр.141:_________Голубов Е.А. Проверил преподаватель:_________Уразова С.С. Уральск 2021 Введение 1. Описание конструкции и условий эксплуатации..................................................4 1.1 Выбор материала....................................................................................................5 2. Определение высоты балки.....................................................................................6 2.1 Из условия жёсткости с учётом прочности.........................................................6 2.2 Из условия минимального веса с учётом прочности..........................................7 3 Конструирование сечения балки.............................................................................9 3.1 Определение требуемых моментов сопротивления и инерции.........................9 3.2 Подбор площади поперечного сечения горизонтальных поясов балки.........10 3.3 Определение уточненных значений высоты балки момента сопротивления сечения и момента инерции сечения относительно оси.........................................11 3.4 Проверка прочности сечения балки...................................................................12 3.5 Проверка жёсткости балки..................................................................................13 3.6 Проверка общей устойчивости балки................................................................14 3.7 Проверка местной устойчивости элементов балки...........................................15 3.8 Подбор рёбер жёсткости......................................................................................15 4. Конструирование и расчёт сварных соединений................................................16 4.1 Выбор и обоснование способа сварки................................................................16 4.2 Расчёт поясных швов...........................................................................................17 4.3 Расчёт стыков балки.............................................................................................19 5. Заключение.............................................................................................................20 6. Литература..............................................................................................................21 Введение Балка представляет собой конструктивный элемент сплошного сечения, предназначенный для работы на поперечный изгиб. Балки применяют в различных перекрытиях, рабочих площадках, эстакадах, мостах, подкрановых балках и других конструкциях. Сплошностенчатые балки находят наиболее широкое применение для небольших пролётов при больших нагрузках. В случаях больших пролётов и малых нагрузках рациональнее использовать сквозные балки или фермы, так как получаемая в данном случае экономия метала более существенна, чем увеличение трудоёмкости. Сварные балки обычно строят из трёх элементов: вертикального - стенки, и двух горизонтальных поясков, присоединяемых к стенке при помощи сварки, как правило автоматической. Возможны и другие конструктивные решения составных балок. Балки разделяют по способу соединения элементов на сварные и клёпаные. Наибольшее распространение получили сварные балки, так как они более экономичны по расходу металла и менее трудоёмкие при изготовлении. Клепаные балки применяют редко, как правило, для конструкций работающих в условиях тяжёлых динамических нагрузок. Составные балки могут изготавливаться из элементов с разными марками стали. Наибольший эффект достигается при использовании в растянутых элементах высокопрочной стали. 1.Описание конструкции и условий эксплуатации Балки- конструктивные элементы сплошного или сварного сечения, работающие на изгиб. Балки- входят в состав конструкций машин и сооружений. Они представляют собой основные элементы рам различного назначения, например рамы перекрытия и мостов. Большие применение имеют балки кранов, вагонов, станин, а так же металлических каркасов зданий, двутавровые балки и коробчатые с измененным поперечным сечением. Сварочные двутавры целесообразны и экономичны. Они позволяют изготовить профили с различными отношениями Jх/JУ, с разной шириной и толщиной вертикальных листов, а так же горизонтальных. Стойкость сварного двутавра высокого номера. При проектирование конструкций сварных балок учитывают следующие требования: Жесткость конструкции при условии наименьшего условия балки. Расчетные напряжения в балке не должны превышать допускаемых значений. Вес балки, удовлетворяющие всем требованиям эксплуатации, тем более рационально спроектирована конструкция. Устойчивость. Местную для отдельных частей балки, а так же для всей конструкции в целом. Рациональность сварных изделии. Соединения балок должны быть технологичными в изготовке, то и есть простыми и экономичными в изготовлении. Соответствии требованиям общей компоновке всего сооружения и машины, в состав которых в качестве элемента входит рассматриваемая балка. Балки применяются для конструкций большой грузоподъемности. 1.1 Выбор материала Для изготовления двутавровой балки выбираем Ст5пс по ГОСТ 380-80 Сталь Ст5пс конструкционная углеродистая обыкновенного качества. Выбор производится с учетом характера нагрузок, условий работы конструкции и её экономичности. Конструкция должна удовлетворять условиям жесткости, прочности и выносливости. Таблица1 Химический состав стали Ст5пс ГОСТ 380-80
Таблица2 Механические свойства стали Ст5пс ГОСТ 380-80
С (углерод) повышает прочность, понижает закаливаемость, понижает пластичность и удельную вязкость. Mn ( марганец)- повышает прочность, мало влияет на пластичность, коррозионную стойкость и свариваемость. Si ( кремний)- увеличивает прочность, содержание не более 0,6% при большом содержании увеличивает хладноломкость, улучшает механические свойства и ухудшает пластичность. S (сера) - является вредной примесью, содержание серы выше 0,04% приводит к горячим трещинам. P ( фосфор)- снижает ударную вязкость, его содержание в металле шва не должно быть 0,04%. Сварка производится без подогрева и без последующей термообработки, ограниченно свариваемая сварка возможна при подогреве до 100-120 градусов, и последующей термообработке. Трудносвариваемая для получения качественных сварных соединений требуются дополнительные операции: подогрев до 200-300 градусов. При сварке, термообработка после сварки -отжиг. 2. Определение высоты балки 2.1 Определение высоты из условий жёсткости с учётом прочности Так как от суммарного момента  напряжение достигает:  ;   то от момента  , вызванного сосредоточенными грузами, напряжение будут составлять: , Эту величину и следует учитывать вместо  , при определении требуемой высоты h.Прогиб от 2-х сосредоточенных сил Р, расположенных симметрично в пролёте равен  Если заменить  через  , то Величина М может быть выражена через напряжения  , где  , то после подстановки получим , откуда , 2.2 Определение высоты балки из условия минимального веса, с учётом прочности  Предварительно задаётся толщина вертикального листа -  При подборе в первом приближении можно воспользоваться формулой: , где  в метрах; .Вывод: Так как требуемая высота, найденная из условия наименьшего веса больше чем из условий жёсткости, то следует принимать наибольшую высоту. С учётом графика зависимости отношения высоты и площади поперечного сечения балки принимаем требуемую  cм для проектируемой балки.Принимается высота вертикального листа:  Предварительно задается толщина полки   Рисунок 2- Поперечное сечение сварной двутавровой балки 3. Конструирование сечения балки. 3.1 Определение требуемых моментов сопротивления и инерции      Момент инерции вертикального листа (стенки) -    Требуемый момент инерции горизонтальных листов (полок):    где  - момент инерции горизонтального листа относительно собственной оси очень мал  и поэтому им можно пренебречь; - расстояние от центра горизонтального листа до центра тяжести балки. 3.2 Подбор площади сечения горизонтальных поясов балки Требуемая площадь сечения одного горизонтального листа балки равно:   Необходимо подобрать размеры пояска, чтобы площадь сечения была больше или равно  и чтобы выполнялось местной устойчивости горизонтального пояса Предварительно принимается и находиться ширина пояса:  Принимается  Проверить выполнение условия Условие местной устойчивости выполняется и тогда площадь сечения пояса  при  и  мм будет:  Рисунок 3 - Распределение напряжений по сечению балки 3.3 Определение уточнённых значений высоты балки, момента инерции и момента сопротивления.   где    3.4 Проверка прочности сечения балки 1) Наибольшее нормальное напряжение в крайнем волокне балки:    - расстояние до крайнего волокна балки.Отклонения определяются по формуле   Вывод: Сечение спроектировано экономично, так как отклонение наибольшего напряжения  составило 0,69% и не превышает 5%.) Определить касательное напряжение на уровне центра тяжести балки в опорном её сечении при   где S - статический момент половины площади сечения относительно центра тяжести балки.    3) Определить эквивалентные напряжения на уровне верхней кромки вертикального листа в сечении, где имеется большой изгибающий момент  и  . вычислим в этом волокне балки напряжения   вычислим в этом же волокне напряжение   где Sг - статический момент площади горизонтального листа     что меньше наибольшего нормального напряжения в крайнем волокне. 3.5 Проверка жёсткости балки Определить действительный прогиб балки от сосредоточенных грузов:   Норма жёсткости  Вывод: Жесткость обеспечивается 3.6 Проверка общей устойчивости балки Общая устойчивость проверяется по формуле:   - коэффициент, являющийся функцией коэффициента, который определяется по формуле    - свободная длина балки, см Зная коэффициент  , определяем  из графика [1], стр. 211.Момент инерции балки относительно оси   ;  Полученный  корректировать по приведенной на стр. 211 таблице пересчёта. Принять  .Вывод: Общая устойчивость балки обеспечена, так как:  3.7 Проверка местной устойчивости элементов балки Проверка устойчивости вертикального листа (стенки)  где  для Ст5пс  - предел текучести сталиВывод: Устойчивость вертикальной стенки обеспечена без рёбер жёсткости, но их следует установить на опоры и в местах приложения сосредоточенных сил. 3.8 Подбор рёбер жёсткости Ширина ребра  Принять  Толщина ребра  Принять  Вывод: Местная устойчивость горизонтального листа выполняется, так как из условия местной устойчивости: (см. п. 5.2)4. Конструирование и расчёт сварных соединений балки 4.1 Выбор и обоснование способа сварки Выбрать способ сварки: а) для стыков балки стыковые швы выполнить автоматической сваркой под слоем флюса по ГОСТ 8713-79-С7-Аф  Рисунок 4 - Форма подготовки кромок и поперечного сечения сварного шва стыкового соединения б) для поясных швов Поясные швы выполнить автоматической сваркой под флюсом по ГОСТ 8713-79-Т3-Аф- 6  Рисунок 5-Форма подготовки кромки и поперечного сечения сварного шва таврового соединения Принять  в) Швы приварки рёбер жёсткости выполнить полуавтоматической сваркой в среде СО2 по ГОСТ 14771-76-Т3-УП- 5.  Рисунок 6 - Форма подготовки кромок и поперечного сечения сварного шва таврового соединения. Принять  4.2 Расчёт поясных швов Рабочими напряжениями в поясных швах в соединениях без подготовки кромок являются касательные. Напряжениями в поясных швах вызванные поперечной силой определяется: , ,г - статический момент горизонтального листа относительно центра тяжести. (Формула 26) 2) Местное напряжение в поясных швах под сосредоточенной силой определяется по формуле:  , ,Результирующее напряжение  , . .Вывод: Прочность шва обеспечена. 4.3 Расчёт стыков балки По ГОСТ 19903-74 при толщине листа 12мм длина листа 5000мм, ширина 1400мм. При толщине листа 12мм ширина листа 1400мм, длина 5000мм. Для определения общего количества материала, определения размеров деталей и количества стыков, необходимо определить общую длину балки    ,где  - общая длинна балки, мм; - длина балки между опорами, мм; - Расстояние от опорного ребра до края стенки назначить конструктивно:  - для балок из малоуглеродистой стали;  - толщина ребра, мм; - расстояние между рёбрами на опоре принять конструктивно, с учётом удобств проведения сварочных работ; .На балке 1 технологический стык   5. Заключение В данном курсовом проекте рассчитано и спроецировано сварная балка двутаврового профиля. Подобные балки используются в строительстве. Сварная балка двутаврового профиля, лежащая на двух опорах рассчитываются по методу допускаемых напряжений с учетом условий эксплуатации при заданной нагрузке. При проектировании данной конструкции учитывалось требование экономических показателей. При подбое сечения балки учитывались свойства материала и заданные нагрузки. 6. Литература В.И.Сетков, Е.П. Сербии. Строительные конструкции – М.:ИНФРАМ,2011. Н.П.Вильчик, Архитектура зданий, - М.: ИНФРАМ, 2014 СНиП 2.01.07-85* *Основания зданий и сооружений. Актуализированная редакция 2011г СНиП 2.02.01-8* *Нагрузка воздействия. Актуализированная редакция 2011г СНиП 23.01-99 Строительная климатология. СНиП 2.02.03-85. Свайные фундаменты. Актуализированная редакция 2011г СНиП 52-101-2003 Бетонные и железобетонные конструкции. СНиП II-23-81* Стальные конструкции. Актуализированная редакция 2011г СНиП II-22-81. Каменные и армокаменные конструкции. СНиП П-25-80. Деревянные конструкции. Актуализированная редакция 2011г С.С. Атаев, Н.Н. Данилов, Б.В. Прыкин, Т.М. Штоль, Э.В. Овчинников. Технология строительного производства. М.1984г; А.Г. Комар. Строительные материалы и изделия. М. 1983г; Г.К. Соколов «Технология строительного производства» Москва 2007г. 2-е издание |