Проектирование предварительно напряженных стальных ферм

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Украины

Одесская государственная академия строительства и архитектуры

Кафедра металлических, деревянных и пластмассовых конструкций

Курсовая работа

Из дисциплины: «современные металлические, деревянные и пластмассовые конструкции»

На тему: «проектирование предварительно напряженных стальных ферм»

Выполнил:

Куприевич А.

Одесса 2015



1. Проектирование стропильной фермы покрытия

Решетчатые конструкции, работающие на изгиб, называются фермами. Фермы состоят из отдельных стержней, соединяющихся в узлах, и образующих геометрически неизменяемую систему. Если ферма в целом работает на изгиб, то во всех ее конструктивных элементах возникают только продольные усилия сжатия или растяжения.

Стальные фермы получили широкое применение: они служат несущими конструкциями покрытий (реже перекрытий) производственных и гражданских зданий, пролетными строениями мостов и эстакад; входят в состав стволов радио и телебашен, мачт, стрел грузоподъемных механизмов и т. д. По расходу металла фермы экономичнее балок, но более трудоемки в изготовлении. Для облегчения проектирования, снижения стоимости и трудоемкости изготовления и монтажа наиболее часто применяемые в строительстве фермы унифицированы. В основу унификации положен единый размер панели верхнего пояса единая высота на опоре для ферм различных пролетов.

Пролеты ферм также подчинены единому модулю - 6000 мм. Для различных типов покрытий разработаны серии типовых проектов ферм, пролетами от 18 до 36 м.Ферма включает три основных конструктивных элемента - верхний и нижний пояса и решетку, состоящую из раскосов и стоек. Расстояние между узлами поясов фермы называют панелью, а расстояние между ее опорами - пролетом (см. Рис. 1.1).

Расчет и конструирование сварной фермы является частью курсового проекта. В настоящих указаниях рассмотрены вопросы, связанные с выбором типа фермы, ее расчетом и конструированием. Эта часть проекта включает в себя:

1. Выбор типа фермы и схемы решетки.

2. Расчет фермы.

3. Конструктивно-графическую часть - конструктивную разработку отправочной марки фермы на стадии КМД.

Расчетно-конструктивная часть оформляется в виде пояснительной записки с обоснованиями решений, расчетами, выводами и ссылками на используемую литературу.

Графическая часть выполняется на листе формата А2, где должны быть размещены:

а) геометрическая схема отправочной марки фермы в масштабе 1:100 (на схеме необходимо указать величину и знак усилий в каждом стержне).

б) рабочий чертеж отправочной марки фермы - вид сверху, фасад, вид снизу.

в) необходимые разрезы, сечения и узлы в масштабах: длина и высота отправочной марки, размеры панелей - 1:50, 1:40, 1:25; тело элементов фермы - 1:10, 1:15; узлы - 1:10, 1:5, 1:1.

г) спецификация стали на одну отправочную марку фермы и таблица отправочных марок.

д) примечания, в которых необходимо указать марку стали, ГОСТ, способ соединения элементов на заводе-изготовителе и на монтаже; способ сварки, марку электродов или сварочной проволоки, преобладающую высоту сварных швов, тип и диаметр преобладающих болтов и отверстий и др.

-пролет фермы L=42м

-высота на опоре фермы h=2,6м

-уклон- 1/10

-количество панелей верхнего пояса-6

-распределенная нагрузка на верхний пояс фермы q=29

-материал фермы-сталь

-сечение - из парных равнополочных уголков

Определение усилий в элементах фермы

Определяем узловые нагрузки:

,

- панель верхнего пояса фермы.

Опорные реакции фермы определяем по формуле:

,

где, количество узловых нагрузок.

Усилия в ферме находятся по диаграме Максвелла-Кремоны и заносятся в таблицу 1.1

Подбор сечений стержней

Подбор сечения верхнего сжатого пояса

Определяем требуемую площадь сечения: выбираем сталь С375

где: гибкость стержня.

Гибкость стержня определяется для двух вариантов:

?в плоскости фермы:

Типы кривой устойчивости определяются в зависимости от типа поперечного сечения.

Для первоначального определения необходимо задаться гибкостью стержня, которая должна быть меньше предельной,: для поясов и опорных раскосов для элементов решетки

N - расчетное усилие в рассматриваемом элементе, кН;

коэффициент условий работы.

Задаемся гибкостью равной 70. Отсюда условная гибкость:

интерполируя, получим коэффициент устойчивости для кривой устойчивости «с» и определим требуемую площадь сечения:



,

Минимальные радиусы инерции сечения при граничной гибкости =150

,

,

Подбираем по сортаменту подбираем 2 уголка

Определяем гибкости и

,

,

По M, находим

Производим проверку устойчивости:

,

Устойчивость обеспечена.

Запас несущей способности составляет

,



2. Подбор сечения нижнего растянутого пояса

Определяем требуемую площадь сечения:

,

Подбираем по сортаменту подбираем 2 уголка

Определяем гибкости и

,

,

Производим проверку прочности:

,

Устойчивость обеспечена.

Запас несущей способности составляет

,

Подбор сечения раскосов стержень (а-б)(сжат)

,

Минимальные радиусы инерции сечения при граничной гибкости =150

,

,

Подбираем по сортаменту подбираем 2 уголка

Определяем гибкости и

,

,

По M, находим

Производим проверку устойчивости:

,

Устойчивость обеспечена.

Запас несущей способности составляет

,

Раскос (б-в)(растянут)

Определяем требуемую площадь сечения:

,

Подбираем по сортаменту подбираем 2 уголка

Определяем гибкости и

,

,

Производим проверку прочности:

,

Устойчивость обеспечена.

Запас несущей способности составляет

,

Подбор сечения раскосов стержень (г-д)(сжат)

,

Минимальные радиусы инерции сечения при граничной гибкости =150

,

,

Подбираем по сортаменту подбираем 2 уголка

Определяем гибкости и

,

,

По M, находим

Производим проверку устойчивости:

,

Устойчивость обеспечена.

Запас несущей способности составляет

,

Раскос (д-е)(растянут)

Определяем требуемую площадь сечения:

,

Подбираем по сортаменту подбираем 2 уголка

, А=21,34, ,,

Определяем гибкости и

,

,

Производим проверку прочности:



,

Устойчивость обеспечена.

Запас несущей способности составляет

,

Подбор сечения раскосов

стержень (ж-з)(сжат)

,

Минимальные радиусы инерции сечения при граничной гибкости =150. решетка сечение шов затяжка

,

,

Подбираем по сортаменту подбираем 2 уголка

Определяем гибкости и

,

,

По M, находим

Производим проверку устойчивости:



,

Устойчивость обеспечена.

Запас несущей способности составляет

,

Раскос (з-и)(растянут)

Определяем требуемую площадь сечения:

,

Подбираем по сортаменту подбираем 2 уголка

,

,

Производим проверку прочности:

,

Устойчивость обеспечена.

Запас несущей способности составляет

,



,

Минимальные радиусы инерции сечения при граничной гибкости =150

,

,

Подбираем по сортаменту подбираем 2 уголка

Определяем гибкости и

,

,

По M, находим

Производим проверку устойчивости:

,

Устойчивость обеспечена.

Запас несущей способности составляет

,

Подбор сечения стоек стержень (в-г)(сжат)



,

Минимальные радиусы инерции сечения при граничной гибкости =150

,

Подбираем по сортаменту подбираем 2 уголка

Определяем гибкости и

,

,

По M, находим

Производим проверку устойчивости:

,

Устойчивость обеспечена.

Запас несущей способности составляет

,

Подбор сечения стоек стержень (е-ж)(сжат)



,

Минимальные радиусы инерции сечения при граничной гибкости =150

,

Подбираем по сортаменту подбираем 2 уголка

Определяем гибкости и

,

,

По M, находим

Производим проверку устойчивости:

,

Устойчивость обеспечена.

Запас несущей способности составляет

,

Подбор сечения стоек стержень (и-и`)(сжат)



,

Минимальные радиусы инерции сечения при граничной гибкости =150

,,

Подбираем по сортаменту подбираем 2 уголка

Определяем гибкости и

,

,

По M, находим

Производим проверку устойчивости:

,

Устойчивость обеспечена.

Запас несущей способности составляет

,

Расчет сварных швов

Исходные данные: сварка полуавтоматическая; сварочная проволока

Св - 08Г2С диаметром

.

Элементы решетки в сварных фермах крепятся к поясам и фасонкам сварными угловыми швами, рассчитываемыми на прочность при условном срезе по металлу шва и металлу границы сплавления. Швы выполняются полуавтоматической или ручной сваркой. Типы сварочной проволоки и электродов принимаются соответственно выбранной марки стали .

Крепление элементов решетки в фермах к поясам и фасонкам сварными швами

При расчете необходимо определить катет и длину сварного шва. Рекомендуется задаться катетами швов и рассчитать их длину.

Размеры сварных угловых швов и конструкция соединения должны удовлетворять таким требованиям:

а) катет углового шва должен удовлетворять требованиям расчета и быть, как правило, не меньше отмеченного; катет шва в тавровом двустороннем, а также внахлёст и угловому соединениях , но не меньше 4 мм, при этом размеры шва должны обеспечивать его несущую способность, которая определяется расчетом. Производственным контролем должно быть установленное отсутствие дефектов, в том числе технологических трещин;

б) катет углового шва не должен превышать 1,2 t, где t - наименьшая из толщин свариваемых элементов;

катет шва, проложенный вдоль закругленной кромки фасонного проката толщиной t, как правило, не должен превышать 0,9 t;

в) расчетная длина углового шва должна быть не меньшей чем 4 и не меньше, чем 40 мм;

г) режим сварки следует выбирать так, чтобы форма шва (рис. 3.2.5, б, в) удовлетворяла таким условиям: для углового шва - b/hі 1,3;

для стыкового однопроходного шва - b/hі 1,5;

д) расчетная длина флангового шва должна быть не больше, чем за исключением швов, в которых усилие действует вдоль всей длины шва

е) размер внахлёст должен быть не менее чем пять толщин самого тонкого из свариваемых элементов;

ж) соотношение размеров катетов угловых швов следует принимать, как правило, 1:1; при разных толщинах свариваемых элементов допускается принимать швы с неодинаковыми катетами; при этом, катеты, которые прилегают к более тонкому элементу в соединении должны удовлетворять требования п. б), а катеты, которые прилегают к более толстому элементу в соединении, - требования п. а);

з) в сварных стыках элементов, которые перекрываются накладками, фланговые угловые швы следует не доводить до оси стыка не менее как на 25 мм;

и) в конструкциях 1-ой и 2-ой групп угловые швы следует, как правило, выполнять без усиления с плавным переходом к основному металлу;

к) сварные стыки с накладками следует выполнять по рис.3.2.6, а;

л) расстояние между параллельными сварными соединениями элементов конструкций следует устанавливать не меньше и 100 мм, где - толщина детали; приваривание ребер жесткости и элементов решетчатых конструкций необходимо выполнять в соответствии с рис. 3.2.6, б.

Расчет сварного соединения с угловыми швами при действии продольной силы, проходящей через центр тяжести соединения, следует выполнять на срез (условный) в одной из двух расчетных плоскостей по формулам:

Длины швов определяем по формуле:

· для обушка

а) по металлу шва



в) по металлу границы сплавления

· для пера

а) по металлу шва

в) по металлу границы сплавления

где: - коэффициент, определяющий долю усилия, воспринимаемую

швом по обушку,

(для равнобоких уголков);

b-ширина полки уголка;

-расстояние от обушка до центра тяжести уголка;

-количество швов по обушку (по перу),- для парных уголков;

Rwf-расчетное сопротивление угловых швов срезу по металлу шва, кH/см2;

- расчетное сопротивление угловых швов срезу по границе сплавления;

- нормативное временное сопротивление стали.

Расчет фермы с предварительно напряженнім нижним поясом.

В соответствии с табл.№2 для нижнего пояса фермы принят равнополочный уголок 140х10 з площей сечения А=53,26 .

Нижний пояс предварительного преднапряженный затяжкой.

Определяем сумарную площадь сечения нижнего пояса с учетом высокопрочного материала затяжки:

,

,

Определяем площадь затяжки и нижнего пояса:

,

,

Сечение затяжки принимаем из двох пучков проволоки диаметром 4мм. Площадь одной проволоки

,

Количество проволки в затяжку :

шт,

Принимаем затяжку з двох пучков проволки количеством по 34 шт. в каждом , общей чисельностью шт. .

Сечение нижнего пояса принмаем з 2-х равнополочных уголков 110х8 .

Максимальное усилие предварительного напряжения в затяжке из условия стойкости нижнего пояса при сжатии :

,

Усилия предварительно напряжены в одной затяжке

,

Определения усилия самозатягивания в затяжках

Усилия самозатягивания в одном пучке затяжки от расчетной нагрузки:

,

Проверяем напряжение в пучке затяжки:

,

Усилия в наиболее нагруженом стержне нижнего пояса:

,

Напряжение в нижнем поясе:



,

Условие прочности выполняется.

Економия расхода стали на нижний пояс

,

Економия по себестоимости

,

Размещено на Allbest.ru

...