Технология сборки и сварки колонны К3т

Размещено на http://www.allbest.ru

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.В.»

Институт электронной техники и машиностроения

Специальность - Оборудование и технология сварочного производства

Кафедра - Сварка и металлургия

ДИПЛОМНЫЙ ПРОЕКТ

«Технология сборки и сварки колонны К3т»

Проект выполнил

студ. П.В. Фетисов

Руководитель проекта, к.т.н.,

доц. каф. СМ Трофимов Д.В.

Саратов - 2014

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ

1.1 Описание и назначение конструкции

1.2 Выбор и обоснование материалов

1.3 Конструирование стержня колонны

1.4 Требования, предъявляемые к конструкции

1.5 Выбор и обоснование способов сборки и сварки

1.6 Подготовка кромок под сварку

1.7 Определение трудоемкости работ

1.7.1 Компановка сопроводительных листов

1.7.2 Нормирование заготовительных операций

1.8 Выбор и расчет режимов сварки

1.8.1 Основные параметры ручной дуговой сварки

1.8.2 Выбор режимов полумеханизированной сварки

1.8.3. Расчет режимов механизированной сварки под слоем флюса

1.9 Меры борьбы со сварочными напряжениями и деформациями

1.10 Контроль сварных соединений

1.10.1 Общие требования

1.10.2 Визуальный и измерительный контроль

1.10.3 Ультразвуковой контроль

1.10.4 Контрольные сварные соединения

1.11. Технологический процесс сборки и сварки конструкции

1.11.1 Общие требования

1.11.2 Нормирование сборочно-сварочных операций

1.12 Расчет потребности сварочных материалов и электроэнергии

2. КОНСТРУКТОРСКИЙ РАЗДЕЛ

2.1 Выбор оборудования наплавки

2.1.1 Выбор источника питания

2.2 Планировка размещения оборудования на участках

3. ОРГАНИЗАЦИОННО-ЭКОНОМИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ

4. БЕЗОПАСНОСТЬ ПРОИЗВОДСТВА

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ

Вначале третьего тысячелетия сварка продолжает оставаться одним из ведущих технологических процессов создания материальной основы современной цивилизации. Более половины валового национального продукта промышленно развитых стран создается с помощью сварки и родственных технологий. До 2/3 мирового потребления стального проката идет на производство стальных конструкций и сооружений. Во многих случаях сварка является наиболее эффективным и единственно возможным способом создания неразъемных соединений конструкционных материалов и получения ресурсосберегающих заготовок, максимально приближенных по геометрии и оптимальной форме готовой детали или конструкции.

Рост технического прогресса введение в эксплуатацию сложного сварочного оборудования, автоматических линий, сварочных роботов, повышает требования к общеобразовательной и технической подготовки кадров рабочих сварщиков. Сварка экономически выгодный, высокопроизводительный и в значительной степени механизированный технологический процесс, широко применяемый практически во всех отраслях машиностроения. Физическая сущность процесса сварки заключается в образовании прочных связей между атомами и молекулами на соединяемых поверхностях заготовок

Наибольшее применение в промышленных и гражданских зданиях и сооружениях находят стержневые системы с жестким элементом, хорошо работающим на растяжение, сжатие, изгиб. Более половины всей стали применяемой в строительстве используется в одноэтажных промышленных зданиях, состоящих из одно- или многопрофильных плоских поперечных рам, образованных колоннами и строительными фермами с пролетами более18м для отапливаемых зданий, поэтому к металлическим конструкциям предъявляют особые требования. Надежность и долговечность металлических конструкций во многом зависят от свойств материала. К наиболее важным свойствам для работы конструкций являются механические свойства: прочность, упругость, пластичность, склонность к хрупкому разрушению, ползучесть, твердость, а так же свариваемость, коррозионная стойкость, склонность к старению и технологичность.

Широкое применение сварки определяется возможностью создания наиболее целесообразных, эффективных в эксплуатации и одновременно технологичных, удобных в изготовлении конструкций.

По сравнению с другими методами изготовления металлических конструкций (литых кованных выполненных с помощью клепки) аналогичные сварные конструкции, как правило, оказываются более легкими. Экономия в весе металла при этом составляет от 10 до 50%. Целый ряд конструкций, например, в энергомашиностроении, при необходимости их длительной эксплуатации при повышенных и высоких температурах, вообще не возможно создать без применения различных сварочных соединений. В настоящее время сварными изделиями изготавливаются не только из углеродистых, но и из различных легированных и высоко легированных сталей. колонна производство серийный трудоемкость

Сварка простейших металлов и пайка, кок методы соединения, известны человечеству давно, практически с периода освоения производства металла и начала изготовления металлических конструкций. Изделия, сваренные, кузнечногорновой сваркой были найдены или соединенные пайкой, найдены в раскопках, относящиеся примерно четырех тысячелетней давности. Однако современные методы сварки в частности связанные с местным расплавлением металла, начали появляться только в конце ХIХ века. В изобретении и разработке большинства современных способов сварки ведущая роль принадлежит русским изобретателям, советским ученым, инженерам, новаторам.

1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ

1.1 Описание и назначение конструкции

Колонна К-3т является частью здания завода КПД ГЗСЖС, УПТКА треста «Газпромстрой». Колонна - металлическая конструкция, работающая на сжатие или сжатие с продольным изгибом, при этом все поперечное сечение испытывает равномерное сжатие, обеспечивающая передачу нагрузки от выше лежащей конструкции через фундамент на грунт. Способ закрепления колонны: шарнирное вверху и жесткое внизу, то есть горизонтальное смещение невозможно, поворот возможен, сечение колонны сплошное. По типу воспринимаемых нагрузок колонна является центрально-сжатой. Центрально сжатые колонны воспринимают продольную нагрузку, приложенную по оси колонны. При этом все поперечное сечение испытывает равномерное сжатие.

Колонна состоит из трех основных частей. Стержень - основной несущий элемент колонны имеет сплошное сечение воспринимает нагрузки и передает их на базу - выполнен в виде сварного двутавра из трех прокатных элементов (поз.1; поз.2), местная устойчивость стенки колонны обеспечивается поперечными ребрами жесткости (поз.5). База состоит из прокатного листа (поз.3), распределяет сосредоточенную нагрузку от стержня по поверхности фундамента и жестко закрепляет колонну к анкерным болтам в фундаменте, вследствие большой разницы в значениях изгибающего момента предусмотрено укрепление опорной плиты ребрами жесткости (поз.4, поз.11, поз.13). Оголовок представляет собой опору для выше лежащей конструкции. Он состоит из верхней опорной плиты (поз.8). Плита передает нагрузку по сечению стержня через сварные швы. Для удовлетворения условий прочности оголовка предусмотрены вертикальные ребра жесткости (поз.7), и поперечные ребра (поз.5) которые дополнительно укрепляют стенку. Колонна имеет опорный столик (поз.16) на который опирается балка перекрытия первого этажа, укрепленный ребром жесткости (поз.12), а так же вертикальные ребра примыкающих связей (поз.6,9,10,11). Отправочный элемент изготавливается в заводских условиях на основании СНиП III-18-75 «Правила производства и приемки работ». Стальная конструкция должна изготавливаться и монтироваться в соответствии с требованиями пунктов 1.1-1.8.

Стальные конструкции должны изготавливаться и монтироваться в соответствии с чертежами КМД (конструкции металлические деталировка), разработанными по рабочим чертежам КМ (конструкции металлические). При разработке чертежей КМД следует учитывать требования, определяемые технологией монтажных работ (членение на отправочные элементы, указания по общим и контрольным сборкам, укомплектование деталями для сборки, установки и сварке на монтаже) и технологические возможности предприятия изготовителя. Организация, разрабатывающая чертежи КМД, несет ответственность за соответствие их чертежам КМ, за правильность размеров элементов конструкций и увязку их между собой, а так же за выполнение требований, определяемых технологией монтажных работ.

Изготовление и монтаж стальных конструкций должны производиться технически совершенными методами с механизацией работ, а так же укрупнением отправочных элементов и обеспечением возможности укрупнения их на монтаже и в соответствии с инструкциями и руководствами, проекта производства работ и технологическими картами.

Контроль качества при изготовлении конструкции осуществляется отделом технического контроля ОТК предприятия изготовителя, а при монтаже линейным инженерно техническим персоналом.

Контроль должен осуществляться на следующих стадиях изготовления, монтажа и приемки;

1) изготовление деталей;

2) сборка элементов конструкции под сварку;

3) при сварке;

4) общей и контрольной сборке;

5) предварительных напряжений конструкций;

6) грунтовки и окраски;

7) укрупнительной сборке и установке; 8) испытании конструкции.

Качество и марки материалов, применяемых в соответствии с проектом при изготовлении и монтаже конструкций, должны удовлетворять требованиям соответствующих стандартов и технических условий и удовлетворяться сертификатами или паспортом заводов поставщиков.

Хранение стали и сварочных материалов п.п. 1.9-1.11.

Разметка и обработка кромок п.п. 1.17;1.21;1.23.

Образование отверстий п.п. 1.64;1.67-1.69;1.72.

Сварка согласно п.п. 1.37-1.39;1.41.

Контроль качества сварного шва согласно п.п. 1.48-1.51; 1.53; 1.56;1.58.

1.2 Выбор и обоснование материалов

Для обеспечения необходимых условий работы сварных соединений и конструкций решающее значение имеет выбор материала. Правильным выбором основного металла можно обеспечить не только необходимую прочность несущих элементов в конструкции, но также и прочность околошовных зон. Для строительных конструкций применяют, стали обладающие достаточной прочностью и пластичностью, хорошей свариваемостью, прочностью при динамических воздействиях, стойкостью при низких и отрицательных температурах.

Выбор марки стали для конструкции К3^т производен согласно СНиП II-23-81* в соответствии с режимами работы конструкции и температуры ее эксплуатации. Качество и марки материалов, применяемых в соответствии с проектом при изготовлении и монтаже конструкций, должны удовлетворять требованиям соответствующих стандартов и технических условий и удостоверяться сертификатами или паспортами заводов-поставщиков. С учетом приложения 5 СНиП 2.01.-85 «Карты районирования территорий России по климатическим характеристикам», колонна располагается в области со среднегодовой температурой окружающей среды до -40С. В зависимости от степени ответственности конструкций зданий и сооружений, а также от условий их эксплуатации все конструкции разделяются на четыре группы. Согласно СНиП II-23-81* табл. 50* сварные конструкции и их элементы, работающие при статической нагрузке подверженные сжатию или сжатию с изгибом, относятся ко 3 группе (колонны), наиболее ответственные элементы конструкции изготавливается сталь 375 поз.1-3;8,9,15-18, остальные сталь 245 поз. 4-7;10-14. Это группа конструкционных низкоуглеродистых сталей содержание каждого из легирующих компонентов не превышает 2%, а суммарное содержание легирующих компонентов менее 3,5%. Конструкционными называют, стали, предназначенные для изготовления деталей машин, приборов и инженерных конструкций, подвергающихся механическим нагрузкам. Изделия из таких сталей работают при невысокой температуре (до 450 °С) и в неагрессивных средах. Содержание углерода в стали определяет ее основные физические, механические и технологические характеристики. Отличительной особенностью этих сталей является малое содержание углерода и высокие механические характеристики. Сваривается, без ограничений всеми способами плавления имеют высокие показатели по ударной вязкости. Полученное после сварки равнопрочное соединение, швы которого обладают удовлетворительной стойкостью к образованию кристаллизационных трещин. Что обусловлено низким содержанием углерода до 0.25%.

Условия поставки стали следует оговаривать на рабочих (КМ) и на деталеровочных (МКД) чертежах стальных конструкций и в документации по заказу. Сталь должна поставляться в соответствии с ГОСТ 27772-88, химический состав стали по плавочному анализу ковшовой пробы должен соответствовать нормам приведенным в табл. 1.

Таблица 1

Химический состав применяемых сталей

Химический элемент	Массовая доля элементов %
	С245	С375
Углерода (C	не более 0.22	не более 0.15
Марганца, (Mn)	не более 0.65	1.3-1.7
Кремния (Si)	0.05-0.15	не более 0.080
Серы (S) не более	0.050	0.040
Фосфора (P)	не более 0.040	не более 0.035
Хрома (Cr)	не более 0. 30	не более 0. 30
Никеля (Ni)	не более 0. 30	не более 0. 30
Меди (Cu)	не более 0. 30	не более 0. 30
Ванадия (V)	_	_
Других элементов	_	_

Механические характеристики дифференцированы в зависимости от толщины проката и марки стали.

Механические свойства при растяжении, ударная вязкость, а также условия испытаний на изгиб должны соответствовать для листового и широкополосного универсального проката табл. 2.

С375	С245	Наименование стали	Таблица 2
20>40	Св 10>20	Св 10 до 20	От 4до 10 Включительно	Толщина полки в мм
355(34)	355(36)	245(25)	245(25)		Предел Текучести ут К/мм2 кгс/мм2	Механические характеристики
480(49)	490(50)	370(38)	370(38)		Временное Сопротивление ув К/мм2 (кгс/мм2)
20	20	25	25		Относительное удлиннение %
D=2а	D=2а	D=1.5а	D=1.5а	Изгиб параллельности сторон(а-толщина образца, 1- диамерт оправки)
_	_	_	_	Не менее	-20	При температуре, ?С	Ударная вязкость KCU, Дж/см2
34(3.5)	34(3,5)	_	_		-40
29(3)	29(3)	_	_		-70
29(3)	29(3)	29(3)	29(3)*		После Механического старения

Учитывая эксплуатационные нагрузки, климатические и температурные условия на основании СНиП II-23-81*табл.55* материалы для соединения элементов стальной конструкции представлены в табл. 3.

Таблица 3.

Материалы для сварки

		Материалы для сварки
Группы конструкций в климатических районах	Стали	под флюсом	в углекислом газе (по ГОСТ 805085 или в его смеси с аргоном (по ГОСТ 1015779*)	покрытыми электродами
		Марки
		флюсов (по ГОСТ 908781*)	сварочной проволоки (по ГОСТ 224670*)	сварочной проволоки (по ГОСТ 224670*)	Тип по ГОСТ 946775*
3,II4	С245 и С375,	АН-348-А,	Св08ГА	Св-08Г2С,	Э46

При сборе на прихватку использовать электроды типа Э46, Механические свойства электрода указанные в табл.4, должны соответствовать ГОСТ 9467-75. Временное сопротивление разрыву шва 46кгс/мм. Покрытие электродов обеспечивает стабильное горение сварочной дуги, получение металла шва с заранее заданными свойствами. Дуга должна легко возбуждаться и стабильно гореть. Равномерное расплавление покрытия, без чрезмерного разбрызгивания отваливания кусков и образования чехла или козырька, препятствующих нормальному плавлению электрода при сварке во всех пространственных положениях. Рекомендованных для электродов данной марки; в металле шва, а так же в металле, наплавленном предназначенными для сварки электродами, не должно быть трещин, надрывов и пор; образовавшийся при сварке шлак должен обеспечивать правильное формирование валиков шва и легко удаляться после охлаждения. Покрытие должно быть плотным, прочным, без вздутий, пор, наплывов. На поверхности покрытия электродов допускаются продольные трещины и местные сетчатые растрескивания суммарным числом не более двух на электрод при протяжении каждой трещины или участка растрескивания не более 10мм для электродов диаметром до 4мм включительно и не более 15мм для электродов диаметром более 4мм.

Данный тип электродов соответствует марке АНО 4. АНО 4 имеют в своем составе преобладающее количество рутила (ТiО₂), которое технологично и менее вредно для органов сварщика, чем другие. Электроды должны соответствовать техническим требованиям ГОСТ 9466-75 «Электроды покрытые металлические, для ручной дуговой сварки наплавки»

Таблица 4.

Тип электрода	Механические свойства при нормальной температуре	Содержание в наплавленном металле
	Металла шва или наплавленного металла	Сварного соединения выполненного электродами диаметром менее3мм
	Временное сопротивление разрыву ув, кгс/мм2	Относительное удлинение б,%	Ударная вязкость н, кгс м/см2	Временное сопротивление разрывуув,кгс/мм2	Угол загиба, град.	серы	фосфора
Э46	46	18	8	46	150	0.040	0.045

Общая сварка колонны производится полумеханизированным способом в защитном газе СО₂. Сварка ведется проволокой СВ08Г2С.

СВ08Г2С является специальной, т.к. стандартом к ней предусмотрены специальные требования, по химическому составу, способу, точности изготовления и упаковки, в отличии от обычной товарной проволоки. Технические требования к проволоке должны соответствовать ГОСТ 2246-70. Проволока поставляется в мотки с внутренним диаметром от 150 до 750мм, массой от 1.5 до 40кг. Проволока в мотках, катушках или кассетах должна состоять из одного отрезка, свернутого неперепутанными рядами и плотно укатанного таким образом, чтобы исключить возможность разпушивания или разматывания мотка. Концы проволоки должны быть легко находимы. Допускается контактная стыковая сварка отдельных кусков проволоки одной плавки. Поверхность проволоки должна быть чистой и гладкой. Без трещин, расслоений, плен, закатов. Раковин, забоин, окалины, ржавчины, масла и других загрязнений. Проволока поставляется партиями. Каждая партия должна состоять из проволоки одной марки, одной плавки, одного диаметра, одного назначения и одного вида поверхности. Каждый моток или бухта должны иметь бирку, на которой указано наименование завода изготовителя, условное обозначение проволоки, номер партии, клеймо технического контроля. Каждая партия должна иметь сертификат, удостоверяющий качество, повторная прокалка при температуре указанной в сертификате; проволока подлежит механической или химической очистке, перед механической очисткой прокалить проволоку при температуре 150°С, после химической очистки просушка на открытом воздухе.

Химический состав сварочной проволоки СВ08Г2С указан в табл. 5.

Таблица 5

Химический состав сварочных проволок

Химический состав	Марка проволоки
	СВ80А	СВ08Г2С
Углерод	Не более 0.10	0.05-0.11
Кремний	Не более 0.03	0.60-0.90
Марганец	0.35-0.60	0.8-1.10
хром	Не более 0.12	Не более 0.20
Никель	Не более 0.25	Не более 0.25
Молибден	_	_
Титан	_	_
Сера не более	0.030	0.025
Фосфор не более	0.030	0.030
Прочие элементы	Al не более 0.01	_

В качестве защиты зоны сварки и физической изоляции сварочной ванны от атмосферного воздействия, стабилизации дугового разряда, химического воздействия с жидким металлом и формирования поверхности шва при полумеханизированной сварке использовать углекислый газ СО₂ по ГОСТ 8050-85 высшего сорта с содержанием жидкого газа 99.8%, поставляемого в баллонах по ГОСТ 949-73 под давлением 20 МПа в жидком виде. Углекислый газ относится к окислительным газам, поэтому его в основном применяют для сварки низкоуглеродистых и низколегированных сталей. СО₂ является активным газом может вступать в химическое взаимодействие со свариваемыми металлами или растворяться в нем.

Жидкую двуокись углерода в баллонах транспортируют всеми видами транспорта в соответствии с правилами перевозки грузов. Транспортируемые баллоны должны находиться в горизонтальном положении с прокладками между ними или в вертикальном положении при наличии защитных колец и при условии плотной погрузки. Транспортная маркировка наносится в соответствии с ГОСТ 14192-77 с нанесением манипуляционного знака «Боится нагрева» и предупредительной надписью «Не бросать».

На каждый баллон наклеивают ярлык с обозначениями: наименования предприятия изготовителя и его товарный знак; наименования и сорта продукта; номера партии и даты их изготовления; обозначение настоящего стандарта. Баллоны окрашивают в черный цвет.

Для двуокиси углерода получаемой на базе экспанзерного газа очистки коксового газа, наносят предупредительную дополнительную надпись: «Применение для пищевых целей не допускается».

Жидкую двуокись углерода высокого давления хранят в баллонах в специальных складских помещениях или на открытых огражденных площадках под навесом, защищающим баллоны от атмосферных осадков и прямых солнечных лучей.

Допускаемое отклонение массы нетто наполненных баллонов не должно превышать 2% от номинальной. Баллоны и другие сосуды высокого давления поступающие от потребителей, должны иметь остаточное давление двуокиси углерода не ниже 4 кгс/см².

По физико-химическим показателям жидкая двуокись углерода должна соответствовать нормам, указанным в таблице 6.

Таблица 6.

Нормы жидкой двуокиси углерода по физико-химическим показателям

Наименование показателя	Высший сорт
Объемная доля двуокиси углерода (СО2), % не менее	99.8
Объемная доля окиси углерода (СО)	Должна выдержать испытание по п. 4.4 по ГОСТ 8050-85
Массовая концентрация минеральных масел и механических примесей, не более	0.1
Наличие сероводорода	Должна выдержать испытание по п. 4.6 по ГОСТ 8050-85
Наличие соляной кислоты	Должна выдержать испытание по п. 4.7 по ГОСТ 8050-85
Наличие сернистой и азотной кислот	Должна выдержать испытание по п. 4.8 по ГОСТ 8050-85
Наличие аммиака и этаноламиаков	Должна выдержать испытание по п. 4.9 по ГОСТ 8050-85
Наличие запаха и вкуса	Должна выдержать испытание по п. 4.10 по ГОСТ 8050-85
Массовая доля воды	Должна выдержать испытание по п. 4.11 по ГОСТ 8050-85
Массовая концентрация водяных паров при температуре 20°С и давлении 101.3 кПа не более, что соответствует температуре насыщения двуокиси углерода водяными парами при давлении 101.3 при температуре 20°С не выше	0.037 Минус 48
Наличие ароматических углеводородов	Должна выдержать испытание по п. 4.13
Наличие оксидов ванадия	Должна выдержать испытание по п. 4.14

Сварка двутаврового стержня колонны (поз.1,2) производится автоматизированной сваркой под слоем флюса.

Конструктивные элементы подготовки кромок и размеры сварных швов регламентируются ГОСТ 8713-79.

Необходимый уровень механических и технологических свойств сварных соединений достигается при использовании в качестве сварочной проволоки Св08А в сочетании с высококремнистым флюсом АН-348-А. При этом удается реализовать такое преимущество данного вида сварки, как возможность получения швов с глубоким проплавлением за один проход без разделки кромок, увеличение при этом доли участия основного металла в металле шва не снижает технологической прочности швов вследствии пониженного содержания в них углерода.

Флюсы не должны содержать инородных примесей. Относительная влажность готового флюса в момент упаковывания должна быть не более 0.1%. Сварочно-технологические свойства флюсов при соблюдении режимов и условий сварки, установленными техническими условиями на флюс конкретной марки, и при отсутствии магнитного дутья должны удовлетворять следующим требованиям - дуга должна легко возбуждаться и стабильно гореть; сварочный валик должен иметь ровную гладкую поверхность с выпуклостью не более 4мм и плавным переходом к основному металлу; шлак должен обеспечивать хорошее формирование валиков наплавленного металла и легко удаляться после охлаждения; поры трещины и надрывы на поверхности металла не допускаются. Химический состав флюса указан в таблице 7.

Таблица 7.

Химический состав флюса

Флюс АН-348-А
SiO2	Fe2O3	Al2O3	CaO	MgO	MnO	CaF2	S	P
42.10	1.88	3.81	8.26	1.79	34.48	4.13	0.021	0.115

Таблица 8.

Характеристика плавленых флюсов

Марка	Размер зерен	Строение флюса и цвет	Режим сушки ?С	Назначение флюсов
АН-348А	0.35-3	Стекловидный, желтый и коричневый всех оттенков	300-400	Механизированная сварка и наплавка углеродистых и низколегированных углеродистой и низко легированной сварочной проволокой

1.3 Конструирование стержня колонны

Колонны производственных зданий работают на внецентренное сжатие. При расчете колонны необходимо проверить ее прочность, а также общую устойчивость и местную устойчивость элементов. Для обеспечения нормальных условий эксплуатации колонны должны обладать также необходимой жесткостью.

Подбираем двутавровое сечение для стержня сплошной колонны, требуемая высота колонны Н=14.53м. колонна в обоих направлениях защемлена внизу и шарнирно закреплена вверху. Колонна нагружена продольной расчетной силой N=1100кН. Материал стержня колонны сталь С375 по ГОСТ 27772-88

Расчетная длина колонны или ее участка с постоянным моментом инерции -lx зависит от формы потери устойчивости. Для колонн с постоянным по высоте сечением коэффициенты расчетной длины принимают в зависимости от способа закрепления колонн в фундаменте.

1. Определим расчетную длину l_ef в обоих направлениях l_x и l_y c учетом коэффициента =0.7

Определим требуемую площадь сечения

Согласно таблице 51* СНиП II-23-81 листовой прокат толщиной от2 до 20 мм имеет расчетное сопротивление Ry=34.5 кН/см².Задаемся первым приближенным значением ц₀=0.8,чему соответствует гибкость л₀62

Определяем габариты сечения двутавра. Находим требуемые радиусы инерции.

=1017/62=16.40см.

Используя, приближенные значения зависимости радиусов инерции от конфигурации сеченияопределяем требуемую высоту и ширину сечения

Для удобства автоматической приварки поясов к стенке принимаем b_f=30см; h_w=45cм.

Произведем подбор толщины стенки и поясов.

Учитывая, что на площадь стенки приходится около 20% общей площади сечения, толщина стенки.

Принимаем =12мм.

Тогда на долю поясов приходится площадь

Отсюда требуемая толщина одного пояса

Назначаем

Полученные размеры проставляем в поперечном сечении стержня колонны.

Произведем проверку подобранного сечения. Определим фактическую площадь.

Минимальный момент инерции

Моментом инерции площади относительно оси y пренебрегаем ввиду малости.

Минимальный радиус инерции



Наибольшая гибкость

Согласно СНиП II-23-81 таблице 19* наибольшая гибкость для второстепенных колонн

Коэффициент продольного изгиба будет равен ц = 0.222 согласно СНиП II-23-81 таблица 72.

Проверяем устойчивость продольного сечения при =1.

Проверка условий обеспечения устойчивости стенки и поясов.

Местная устойчивость стенки обеспечивается, если выполняется неравенство



Следовательно, укрепление стенки продольными ребрами не требуется.

В поперечных ребрах нет необходимости, если выполняется неравенство

Устойчивость поясов обеспечена, если выполняется неравенство.

Расчет и конструирование базы центрально сжатой колонны

Материал фундамента бетон класса В10 с расчетным сопротивлением осевому сжатию Rc=7.5МПа=0.75 кН/см², элементы выполнены из стали 375. Сварка полумеханизированная в СО₂ сварочной проволокой СВ08Г2С по ГОСТ 2246-70.

Сжимающая нагрузка действующая на колонну N=2400кН.

В соответствии с ранее принятой расчетной схемой колонны предусматриваем жесткую базу.

Расчетная сжимающая нагрузка на фундамент с учетом веса колонны

Где А- площадь поперечного сечения колонны

Где r- объемный вес стали =78.5 кН/см²

Rf-коэффициент надежности для собственного веса металлических конструкций =1.05.

Задаваясь, ж =1.2 устанавливаем расчетное сопротивление бетона смятию

Требуемая площадь опорной плиты

Ширина плиты зависит от конструкции базы и размеров поперечного сечения стержня колонны. Чтобы плита не получилась слишком толстая, ее консольную часть принимаем с=100мм.

Ширина плиты

Что удовлетворяет ГОСТ 82-70 на универсальную сталь

Требуемая длинна плиты

Принимая во внимание размеры сечения стержня, назначаем длину плиты

Определение толщины плиты.

Плита работает на изгиб от равномерно распределенной нагрузки (реактивного давления фундамента).

Рассматривая различные участки плиты, определяем наибольший изгибающий момент.

Участок №1 - опирание по четырем сторонам.

Чему равен коэффициент L₁0.085

Изгибающий момент участка плиты опертой по четырем сторонам

Участок №2- опирание по трем сторонам



Чему равен коэффициент L₂=0.122

Изгибающий момент

Участок №3- консольный

Таким образом, по большому значению изгибающего момента Mmax=М₃=44.25кН/см определяем толщину плиты.

Назначаем

Произведем расчет ребер жесткости примыкающих к полкам

Прикрепление ребер жесткости к колонне выполняется полумеханизированной сваркой в углекислом газе сварочной проволокой СВ08Г2С.

Расчетные характеристики

Вf- коэффициент зависящий от условий сварки = 0.7

kf - катет шва = 0.6 см

Rwf - расчетное сопротивление металла шва, для сварочной проволоки СВ08Г2С, Rwf=215МПа=21.5кН/см².

д - непровар и кратер =0.6см.

Проверяем допускаемую длину шва

Округляя принимаем

Проводим проверку прочности ребра примыкающего к стенке на изгиб и срез.

Изгибающий момент в месте приварки к колонне

Поперечная сила

Момент сопротивления сечения листа

Нормальное напряжение

Касательное напряжение

Прочность ребра обеспечена с запасом, расчетное сопротивление принято согласно СНиП II-23-81по таблице 56. Исходя из толщины ребра.

Произведем проверку прочности ребра примыкающего к полке. На изгиб и срез.

Изгибающий момент в месте приварки к колонне

Поперечная сила

Момент сопротивления сечения листа



Нормальное напряжение

Касательное напряжение

Прочность ребра обеспечена.

Конструирование оголовка колонны.

Толщину опорной плиты оголовка назначают конструктивно в пределах 20-25мм.

Определение катета.

Где - коэффициент условий работы стальной конструкции =1.

- коэффициент надежности по материалу.

-расчетное сопротивление металла шва.

-ширина ребра

Определение длинны ребра оголовка по формуле.



По конструктивным соображениям принимаем длину ребра =540мм, толщину ребра принимаем 1см=10мм.

Проверка напряжения, возникающего в ребре при работе на срез.

1.4 Требования, предъявляемые к конструкции

По условиям СНиП III-18-75 вся сталь должна быть проверена на соответствие ее действующим ГОСТам или техническим условиям (на основании документов). Материал должен быть рассортирован, замаркирован, сложен по профилям, маркам и плавкам. Сталь перед подачей в производство выправлена, очищена от окалины, ржавчины, масла, влаги, снега, льда и других загрязнений и защищена от коррозии грунтовкой, позволяющей производить сварку.

Прокат принимают партиями. Партия должна состоять из проката одного размера, одной плавки ковша, партия должна сопровождаться документом о качестве по ГОСТ 7566-81, ГОСТ 14637-79, ГОСТ 16523-70 для листового проката, ГОСТ 535-79 для фасонного проката. Маркировку фасонного проката из стали С245 и С375проводят несмываемой краской. С245 маркируется желтым и зеленым цветом, С375- синим и белым.

Сталь следует, как правило, хранить в закрытых помещениях с укладкой в устойчивые штабеля. При хранении стали, на открытом воздухе ей следует придавать уклон, обеспечивающий сток воды. Сварочные материалы (электроды, флюс, проволока) должны храниться отдельно по маркам и партиям в теплом и сухом помещении. Флюс, кроме того, следует хранить в закрытой таре.

Стальные плоские подкладки и прокладки, используемые в штабелях, должны иметь кромки с закругленными углами, без заусенцев и завалов. При выполнении транспортных операций необходимо применять приспособления, исключающие образование остаточных деформаций и смятия стали.

Электроды и флюсы перед употреблением должны просушиваться или прокаливаться по режимам, указанным в технических условиях и паспортах, и храниться отдельно от непросушенных и непрокаленных материалов.

Разметку следует производить с помощью рулеток, соответствующих точности второго класса по ГОСТ 7502 -- 69, и линеек измерительных металлических по ГОСТ 427 -- 56. При разметке необходимо учитывать припуски на механическую обработку и усадку от сварки, указываемые в технологической документации. Правка стали должна производиться способами, исключающими образование вмятин, забоин и других повреждений на поверхности стали. Радиус кривизны деталей в расчетных элементах при правке в холодном состоянии на вальцах и прессах не должен быть меньше, а стрела прогиба f не должна быть больше величин, приведенных в таблице 9.

Таблица 9

Прокат	Эскиз	Относительно оси	Радиус кривизны и стрелы прогибаf
			При правке
Листовая, универсальная полосовая сталь. Универсальная и полосовая сталь		Х-Х У-У	90в1 90в2	f L2/720в1 L2/720в2

При обработке кромок под сварку допускается применение резки (без последующей обработки) способами, обеспечивающими соблюдение допусков на размеры и форму подготовки кромок, при этом отклонения прямолинейных кромок от проектного очертания определяются допусками на зазоры, установленными ГОСТ 14771 -- 79. Остальные кромки после резки на ножницах не должны иметь неровностей, заусенцев и завалов, превышающих 0,3мм, и трещин

Механическая обработка производится на глубину, обеспечивающую удаление дефектов поверхности, но не менее 2мм; поверхности кромок не должны иметь надрывов и трещин. При обработке абразивным кругом следы зачистки должны быть направлены вдоль кромок.

Приторцовываемые кромки деталей, независимо от способов резки и класса стали, подлежат строжке или фрезерованию. Согласно п.1.68 табл. 6 отклонение диаметра просверливаемых отверстий диаметром более 17мм, допускаемое отклонение 0;+1.5мм. Шероховатость поверхности после строжки, фрезерования или сверления должна быть не грубее 3-его класса чистоты поверхности по ГОСТ 2789-73(п.1.86). Согласно п.1.85 табл. 8-9 величина отклонений от проектных линейных размеров и проектных геометрических форм не должна превышать величин указанных в таблице.

1.5 Выбор и обоснование способов сборки и сварки

Операции сборки под сварку не представляет собой технических трудностей, но порядок и количество прихваток, а так, же размеры влияют на качество сварной конструкции. Сборочная операция предусматривает сборку и прихватку деталей перед сваркой. Согласно СНиП III-18-75 сборка конструкций может производиться только из выправленных деталей и элементов, очищенных от заусенцев, грязи, масла, ржавчины, влаги, льда и снега. При сборке конструкций и деталей не должно допускаться изменение их формы, не предусмотренное технологическим процессом, а при кантовке и транспортировании -- остаточное деформирование их. Перенос и кантовка краном тяжелых и крупногабаритных конструкций и их элементов, собранных только на прихватках, без применения приспособлений, обеспечивающих неизменяемость их формы, не допускается. Прихватки, предназначенные для соединения собираемых деталей, должны размещаться в местах расположения сварных швов. Размеры сечения прихваток должны быть минимально необходимыми для обеспечения расплавления их при наложении швов проектного сечения. Прихватки накладывают коротким валиком, по качеству соответствующие качеству рабочего шва. Высота каждой прихватки не должна превышать 3мм, при длине 50мм, при сборке двутаврового стержня следует использовать шаг прихватки 250мм, под полумеханизированный способ принимаем шаг прихватки 150мм, но не более одной на детали. Прихваточные швы получаются короткие и прерывистые, для них целесообразней применить ручной дуговой способ сварки. Этот способ не требует сложных переналадок оборудования и имеет большую мобильность.

Согласно СНиП III-18-75 п.1.3-сварка стальных конструкций должна производиться высокопроизводительным механизированным способом. Сварку стальных конструкций следует производить по разработанному и контролируемому технологическому процессу, который должен обеспечить требуемые геометрические размеры швов и механические свойства сварных соединений.

Для сварки двутаврового стержня колонны (поз.1, поз.2) принимаем механизированную сварку под слоем флюса, так как она наиболее подходит для сварки длинных прямолинейных швов. Производительность этого вида сварки достигается за счет увеличения скорости сварки, повышения коэффициента наплавки и уменьшения количества присадочного материала, высокое качество сварного шва достигают защитой расплавленного металла флюсом от воздействия кислорода и азота воздуха и лучшим формированием металла шва. Экономию сварочных материалов получают за счет уменьшения расхода электродной проволоки на угар, разбрызгивание и сварку, отсутствует покрытие на сварочной проволоке. Эксплуатационные преимущества заключаются в полной автоматизации процесса сварки. Кроме того, сварка под слоем флюса значительно улучшает условия труда сварщика, повышает культуру производства.

При общей сварке колонны предлагается использовать полумеханизированный способ в среде углекислого газа, так как протяженность сварного шва на деталях конструкции не превышает 1 метра. Достоинства сварки в углекислом газе: высокая производительность, большой диапазон свариваемых толщин, высокая маневренность, низкая себестоимость. В настоящее время этот вид сварки применяется практически во всех отраслях промышленности. Сварка в СО₂ дает более глубокий провар, чем электродом, поэтому при переходе от ручной сварки оправданным считается уменьшение катетов примерно на 10%. Полумеханизированный способ сварки в СО₂ применяется для сварки коротких швов и швов недоступных для сварки автоматом. Кроме того, сварка в среде углекислого газа не требует времени для подачи, удержания и удаления флюса. Качество сварного шва обеспечивается из-за малого угара легирующих элементов, возможности наблюдать за образованием шва, низкой стоимостью защитного газа. Механизированная подача сварочной проволоки механизирует одну из главных операций при сварке. При этом проволока подается равномерно с заданной скоростью.

Таблица 10

Значения длин шва и прихватки для автоматической и полуавтоматической сварки

Вид сварки	Длинна шва, мм.	Длинна прихватки, мм.
Автоматическая	57860	14465
Полуавтоматическая	34940	8768

1.6 Подготовка кромок под сварку

Сварное соединение - это соединение двух деталей выполненных сваркой. При сварке плавлением сварное соединение состоит из сварного шва, зоны сплавления и зоны термического влияния и основного металла. Сварной шов представляет собой участок сварного соединения, образовавшийся в результате кристаллизации расплавленного металла сварочной ванны. Сварочная ванна - это часть металла сварного шва, находящаяся в момент сварки в расплавленном состоянии. Конструктивный тип сварного соединения определяется взаиморасположением свариваемых частей, ГОСТ 2601-84 Тип соединения и вид сварки назначен конструктором с учетом стандарта на сварку. Элементы колонны располагаются перпендикулярно друг другу и образуют, угол 90° в месте примыкания свариваются, такой тип соединения определен, как тавровыйпоз.1 и поз.2 Стыковое соединение представляет собой сварное соединение двух деталей, расположенных в одной плоскости и примыкающих друг к другу торцовыми поверхностями поз.1 и поз.18. Нахлесточное соединение представляет собой сварное соединение, в котором соединяемые элементы расположены параллельно и частично перекрывают друг друга поз.6 и поз.7.

На основании СНиП III 18-75 п.1.26- формы кромок и размеры зазоров при сборке сварных соединений должны соответствовать величинам, указанным в ГОСТ 5264-80,ГОСТ 14771-76 и ГОСТ 8713-79. Параметры разделки кромок под механизированную сварку позиция 1толлщиной 17мм и позиция 2 толщиной 12мм, представлены в таблице 11 и 12. Сварка двутаврового стержня.

Таблица 11

Параметры разделки кромок

Тип соединения	Форма подготовленных кромок	Характер сварного шва	Форма поперечного сечения	Способ сварки	Толщина св. деталей мм.	Условное об. сварного соединения
			Подготовленных кромок	Сварного шва
тавровое	Без скоса кромок	двусторонний			АФ;	0,3- 40,0	Т3

Таблица 12

Параметры разделки кромок

Условное обозначение сварного шва	Конструктивные элементы	Способ сварки	S	d
	Подготовленных кромок свариваемых деталей	Сварного шва			Номинальное отклонение	Предельное отклонение
Т3			АФ	Св. 5 до 40	0	+1.5

Разделку кромок под полумеханизированную сварку производить согласно ГОСТ14771-76 «Дуговая сварка в защитном газе. Соединения сварные. Основные типы, конструктивные элементы и размеры». Способ разделки кромок указан в таблице с 13 по 18. Наиболее характерные толщины для полумеханизированной сварки конструкции: деталь 15 t=25мм с деталью 1 стенка t=17мм. деталь 3 плита t=40 с дет. 4 ребро t=20мм, деталь 5 ребро t=10мм с дет. 1 толщина 17мм.

Разделка кромок по ГОСТ 5264-80 ручная дуговая сварка не производится, так как данный вид сварки используется на прихватке во время сборки. Разделка произведена под основные способам сварки.

Таблица 13

Параметры разделки кромок

Условное обозначение сварного соединения	Конструктивнее элементы	Способ сварки	s	d
	Подготовленных кромок	Сварного шва			Номин.	Пред. отклон.
Т3			УП	0	6.0-20.0	+1.5
					220-40.0	+2.0

Таблица 14

Способ и параметры разделки кромок

Тип соединения	Условное обозначение шва	Конструктивные элементы	Способ сварки	b	S	B
		Подготовка кромок	Шва сварного соединения		Номиноткл	Предел откл
Тавр	Т3			УП	0	+1,5	6,0-20,0	-

Таблица 15

Способ и параметры разделки кромок

Толщина свариваемых деталей	Форма подготовленных кромок	Характер выполненного шва	Форма поперечного сечения	Толщина деталей. мм	Условн. обозначение.
			Подготовленных кромок	Выполненного шва	УП
тавровое	Баз скоса кромок	двусторонний			0.8-40	Т3
	С двумя симметричными скосами одной кромки				6-80	Т8
Стыковое	С двумя симметричными скосами одной кромки	двусторонний			8-100	С15
Нахлесточное	Без скоса кромок	двусторонний			0.8-60	Н2

Таблица 16

Способ и параметры разделки кромок

усл. Обознач.

Конструктивные элементы

Способ сварки

s

b

c

e

g прелдель. откл

a, град. пред. откл. +2°

Подготовленных Кромок

Шва сварного соединения

Номин.

Предельн.

Номин.

Предельн.

Номин.

Предельн.

Т8

УП

20-24

2

+1 -2

2

+1 -2

14

±3

0.08s

45

26-30

16

±4

Таблица 17

Способ и параметры разделки кромок

Условное обозначение

Конструктивные элементы

Способ сварки

s=s1

b

c

e

g

гр. пр. откл 2

Номин.

Пред. откл

Номин.

Пред. откл

Номин.

Пред. откл

Номин.

Пред. откл

Подготовленных кромок

Шва св. соед.

С15

УП

16-20

1

±1

1

±1

12

±2

1

±1

40

Таблица 18

Способ и параметры разделки кромок

Условное обозначение	Конструктивные элементы	Сособ сварки	s	b	B
	Подготовленных кромок	Сварного шва			Номин откл	Пред откл.
Н2			УП	11.0-28.0	0	+1.5	12.0-100.0

1.7 Определение трудоемкости работ

1.7.1 Компоновка сопроводительных листов

Подготовку металла под обработку начинаем с группирования сопроводительных листов. Листы комплектуем по однородным технологическим операциям, одной толщине и виду проката.

Сопроводительный лист №1 содержит поз. 1, 2 сталь полосовая универсальная ГОСТ82-70.

Сопроводительный лист №2 содержит поз.3 t=40мм.

Сопроводительный лист №3 содержит поз.4 и поз.14 толщина 20мм необходима фигурная механическая резка, все остальные операции идентичны по обработке.

Сопроводительный лист №4 включает поз.13 и поз.5 t=20мм для неё необходима фигурная механическая резка.

Сопроводительный лист №5 содержит поз. 11 t=20мм для них необходима пробивка отверстий.

Сопроводительный лист № 6 включает, в себя поз 6,10,12 требуется сверление отверстий.

Сопроводительный лист №7 содержит поз. 8 t=25мм.

Сопроводительный лист №8 включает поз.7, поз.15, поз.16, поз.17 t=25мм строгать торец.

Сопроводительный лист №9 содержит поз. 9 t=12мм необходимо сверление отверстий.

Сопроводительный лист №10 включает поз. 18 t=17мм требуется строгать в 1 продол.

Для сопроводительного листа №1 под позицию.1 принимаем лист, 17х300х15000 на листе располагается одна деталь, принимаем 60 листов, деловой остаток, полученный сечением 535х300 в количестве 60шт. возвращаем на склад. Под позицию.2 принимаем лист 12х450х15000 на листе одна деталь, принимаем 30 листов, остаток, полученный сечением 450х535...