Проектирование сварной колонны для опирания двух балок перекрытия

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Ведение

Колонны - элементы конструкции, работающие на сжатие или на сжатие с продольным изгибом.

Колонны служат для передачи нагрузки от вышерасположенных конструкций через фундаменты на грунт. Колонна состоит из 3 основных частей:

стержня - основного несущего элемента колонны;

оголовка, представляющего собой опору для вышележащей конструкции и распределяющего нагрузку по сечению стержня; базы (башмака), распределяющей сосредоточенную нагрузку от стержня по поверхности фундамента и закрепляющей колонну в фундаменте.

Центрально-сжатые колонны работают на продольную силу, приложенную по оси колонны и вызывающую равномерное сжатие поперечного сечения.

Сплошностенчатые колонны применяют при больших нагрузках и небольших высотах.

В центрально-сжатых колоннах нагрузки приложены либо непосредственно к центру сечения колонны, либо симметрично относительно оси стержня.

колонна балка сварка устойчивость

Рисунок 1 - Колонна сплошного сечения

1 - оголовок; 2 - стержень; 3 - база.

Исходные данные

F = 2350 кН

H = 6 м

µ = 0,7

Материал колонны сталь Вст.3пс

Рисунок 2-схема колонны



1.Расчетная часть

Проектирование сплошной колонны

м

Требуемая площадь поперечного сечения колонны

ммІ,

где Ry = 240 Н/ммІ - расчетное сопротивление стали,

- коэффициент продольного изгиба в первом приближении, соответствующий гибкости .

Определить габариты поперечного сечения колонны

мм

Габариты поперечного сечения;

мм, мм,

Где =0.43,=0.24 - коэффициент формы поперечного сечения колонны.

Принимаем с учетом сортамента на листовой прокатмм

Подобрать толщину стенки и поясов поперечного сечения колонны

мм

По сортаменту на листовой прокат принимаем , тогда на долю поясов приходиться площадь

Требуемая толщина одного пояса составит

По сортаменту на листовой прокат принимаем .

Проверяем подобранное поперечное сечение колонны:

ммІ

Минимальный момент инерции

мм?

Минимальный радиус инерции

ммІ

Наибольшая гибкость

Условная гибкость

При

Значения и незначительно отличаются друг от друга.

Нормальное напряжение:

ммІ

Проверяем условия обеспечения устойчивости стенки и поясов поперечного сечения:

При условной гибкости

Следовательно, укрепления стенки продольными ребрами жесткости требуются.

Так как

То и поперечные ребра жесткости так же необходимы.

Проверить устойчивость поясов:

Устойчивость поясов проверяется неравенством:

< ( 0,36 + 0,1 · )

В нашем случае:

< ( 0,36 + 0,1 · 2,8)

Т.е. устойчивость поясов обеспечена.

Рисунок 3 - Поперечное сечение сплошной колонны

1.2 Проектирование сквозной колонны

Проектируем сквозную колонну, стержень которой состоит из двух швеллеров.

1.2.1 Расчёт относительно материальной точки оси Х

Задаемся, как и раньше

По полученной площади поперечного сеченияммІ и, используя сортамент фасонного проката подбираем два двутавра ГОСТ 8239-89№40с суммарной площадью

ммІ и с радиусом инерции мм

Двутавр №40

Тогда гибкость

Условная гибкость

ммІ

Коэффициент



Напряжение

ммІ

Прочность подобранного сечения колонны обеспечена.

1.2.2 Расчёт относительно материальной точки оси Y

Определяем ширину поперечного сечения колонны из условия ее равной устойчивости.

Предварительно задаемся гибкостью ветви

Гибкость

Радиус инерции

мм

Требуемое расстояние между обушками швеллеров с полками ориентированными внутрь

мм

Это расстояние должно быть не менее удвоенной ширины полки швеллера плюс зазор 100мм для возможности очистки и окраски ветвей стержня колонны с внутренней стороны.

- расчетная ширина приемлема.

Рисунок 4 - Поперечное сечение сквозной колонны

Производим окончательную проверку подобранного поперечного сечения сквозной колоны. По сортаменту на фасонный прокат для №40 двутавра выбираем:

Момент инерции относительно собственной оси Y, мм?

Радиус инерции относительно собственной оси Y, мм

Расстояние от обушка до собственной оси Y, мм

Момент инерции всего сечения колонны относительно общей оси

Y:

мм?

Расчетная длина ветви:

мм

Принимаем расстояние между планками в свету мм.

Радиус инерции всего поперечного сечения колонны:

мм

Гибкость

,

Приведенная гибкость

Полученное значение приведенной гибкости условно равно гибкости относительно оси

Х, т.е., следовательно, проверка напряжений требуется.

229,9

Производим расчет планок.

Ширина планки:

.

Принимаем,

Толщина планки; Принимаем.

Планки заводят на ветвь стержня на.

Должны соблюдаться условия:

;

в нашем случае:

Отношение жесткостей планок и ветви стержня.

;

т.е. деформации планок можно пренебречь.

Рисунок 5 - Расположение планок на стержне колонны

1.3 Сравнение вариантов

Для окончательного выбора варианта конструкций стержня колонны сравним площади их поперечных сечений.

Площадь поперечного сечения сплошной колонны: ммІ

Площадь поперечного сечения сквозной колонны

ммІ

Предпочтение отдаем варианту сплошного поперечного сечения колонны, так как его площадь меньше, и, следовательно, экономичнее по расходу материала и менее трудоемка.



1.4 Расчет и конструирование базы

1.4.1 Определяем размеры опорной плиты

Расчетная сила давления не фундамент с учетом веса колонны:A=0.0145

,

где міплотность стали;

- коэффициент надежности.

Материал фундамента бетон марки M100 с нормативным сопротивлением. ммІ

Задавшись коэффициентом сопротивления бетона, определяем расчетное сопротивление бетона:

ммІ

Требуемая площадь опорной плиты

ммІ

Принимаем ширину плиты, при толщине листов траверсы мм.

Тогда размер выпуска

мм.



Требуемая длина плиты

.

Принимаем мм, тогда выпуск

плиты за пояса стержня

мм.

Рисунок 6 - Опорная плита вместе со стержнем в плане

Определяем толщину плиты. Среднее напряжение в бетоне

ммІ



На участках, опертых по четырем сторонам (внутри поперечного сечения стержня колонны):

мм; ммІ и

По таблице определяем.. Величина изгибающего момента на этом участке составит:

м.

На участках, опертых по трем сторонам (между листами траверсы и поясом стержня колонны):

;

.

По таблице определяем.

Величина изгибающего момента на этом участке составит:

м.

На консольных участках величина изгибающего момента составит:

м

Вследствие большой разницы между моментами М?, М?, М? предусматриваем укрепление плиты ребрами жесткости толщиноймм.

Рисунок 7 - Опорная плита вместе со стержнем и ребрами жесткости в плане

Тогда,

.

По таблице выбираем.

Изгибающий момент на этом участке составит:

мм.

Максимальный изгибающий момент мм

Толщина плиты

мм



По таблице принимаем толщину плиты

1.4.2 Рассчитаем и сконструируем траверсу

Принимаем катет сварных швовмм. Тогда при четырех сварных швах необходимая высота траверсы

мм

Принимаеммм

Проверяем прочность траверсы на изгиб и срез.

Нагрузка на единицу одного листа траверсы:

кH/м

Изгибающий момент в месте приварки траверсы к колонне:

кHм

Поперечная сила в месте приварки траверсы к колонне.

кH

Момент сопротивления листа траверсы



ммІ

Нормальное напряжение в сечении траверсы:

ммІ

Касательное напряжение в сечении траверсы:

ммІ

Прочность траверсы обеспечена.

Рисунок 8 - Траверса

1.4.3 Рассчитаем и сконструируем ребра жесткости

Нагрузка на единицу длины ребра

кH/м

Изгибающий момент в месте приварки ребра

кH/м

Поперечная сила в месте приварки ребра

кH

Требуемая высота ребра

мм

Принимаем высоту ребрамм по таблице.

Касательное напряжение

ммІ

Прочность ребра жесткости обеспечена.

Рисунок 9 - Ребро жесткости.



1.5 Конструирование оголовка колонны

Оголовок колонны представляет собой плиту, на которой располагаются выше лежащие балки. Размеры оголовка зависят от поперечного сечения стержня колонны и назначаются конструктивно.

Рисунок 10 - Оголовок колонны в плане.

Толщину оголовка принимаем равной толщине опорной плиты - 16мм. Выпуск оголовка за стержень колонны принимаем 80мм с каждой стороны.

1.6 Расчет сварных швов.

Швы, прикрепляющие ребро к колонне проверяем по результирующему напряжению.

ммІ



Швы, прикрепляющие элементы базы к плите определяем по катету.

Катет шва, прикрепляющего траверсу:

мм

Катет шва, прикрепляющего ребро жесткости:

мм

Принимаем катеты швов в соответствии с толщиной плитымм. Такого же катета назначаем швы, прикрепляющие к плите пояса и стенку стержня колонны, а также оголовок к стержню колонны.

1.7 Проверка принятого расчетного сопротивления бетона

Размеры верхнего обреза фундамента примем на больше размеров опорной плиты.

Тогда длина обреза фундаментамм

Ширина обреза фундаментамм

Коэффициент

Полученный коэффициент не отличается от принятого ранее, следовательно, все конструктивные решения и расчеты верны.



2.Технологическая часть

2.1 Анализ технологичности

Выбор материала сварного узла производится с учётом обеспечения прочности и жёсткости при наименьших затратах на его изготовление, с учётом экономии металла, гарантирование условий хорошей свариваемости при минимальном разупрочнении и снижении пластичности в зонах сварных соединений, обеспечения надёжности эксплуатации при заданных нагрузках переменных температурах.Для изготовления сварной колонны применяется сталь ВСт3пс, которая является углеродистой, обыкновенного качества, несущие и ненесущие элементы сварных и несварных конструкций и деталей, работающих при положительных температурах.Фасонный и листовой прокат (5-й категории) толщиной до 10 мм для несущих элементов сварных конструкций, работающих при переменных нагрузках в интервале от --40 до +425 °С.Прокат от 10 до 25 мм -- для несущих элементов сварных конструкций, работающих при температуре от --40 до +425°С при условии поставки с гарантируемой свариваемостью. Заготовки для элементов колонны изготавливаются из листового проката термической резкой и не нуждаются в последующей механической обработке. Сварные соединения располагаются симметрично, отсутствует скопление сварных швов в одном месте, имеется хороший доступ ко всем местам сварки и для выполнения контрольных операций.

Сварная колонна позволяет применять высокопроизводительные способы сборки и сварки с использованием прогрессивного оборудования и не требует высокой квалификации рабочих. Все выше сказанное позволяет сделать вывод, что спроектированная сварная колонна является технологичной.



2.2 Технология сборки и сварки колонны

При подготовке деталей под сварку поступающий металл подвергается правке, очистке, разметке, резке, подготовке кромок под сварку.

Правка металла выполняется либо вручную, либо на листопрокатных вальцах. Ручную правку выполняют на чугунных либо стальных правильных плитах ударами кувалды или с помощью ручного винтового пресса. Угловая сталь правится на правильных вальцах, двутавра и швеллера - на приводных или ручных правильных прессах.

Разметка определяет конфигурацию будущих деталей.

Резка. Можно выделить несколько основных способов резки металла. Выбирая подходящий способ, следует отталкиваться от типа металла -- цветной, легированная сталь или обычная сталь. В нашем случае заготовки будут выполнены при помощи плазменно-дуговой резки.

Далее, детали, предназначенные для сварки, должны быть очищены от грязи, масляных пятен и других посторонних частиц. Особенно тщательную очистку следует выполнять в околошовной зоне не менее 10 -15 мм, так как любые посторонние частицы, загрязняющие сварочную ванну, отрицательно скажутся на качестве сварного соединения. Кромки очищаются стальными вращающимися щётками, гидропескоструйным и дробемётным способами, шлифовальными кругами, пламенем сварочной горелки, травлением в растворах кислот и щелочей. Для очистки деталей для данной конструкции достаточно использовать шлифовальные круги или стальные щётки. Очень важно убедиться в том, что подготовленные детали соответствуют габаритным размерам и их кромки выполнены качественно, по этому, производим проверку этих деталей.

Транспортировку осуществляем с помощью мостового крана. Сборку производим на плите с помощью струбцин. Сначала стержень собирается на прихватки. Они должны быть не более 30 мм, а расстояние между ними не менее 500 мм. Сварочный ток для прихваток должен на 20-30 % превышать сварочный ток, необходимый для сварки того же материала. Далее узел сваривается. При сборке обязательно должны соблюдаться все необходимые зазоры и правильное расположение деталей в пространстве. Сборка снования колонны производится на её стержне. Сначала привариваем траверсу, затем рёбра жёсткости. Далее для удобства, колонна кладётся на подставку, прихватывается, затем приваривается опорная плита, с другой стороны оголовок. В последнюю очередь привариваются рёбра жёсткости. Вся сборка конструкции выполняется тавровыми швами Т5. Так как сварная колонна не особо сложна, в изготовлении, то все сварочные работы можно выполнить при помощи одного полуавтомата ПДГ-502.

После сборки и сварки швы зачищаются. Размеры швов проверяются катетомерами. Далее колонна транспортируется на проверку качества в отдел технического контроля. После этого изготовленная сварная колонна отправляется на склад готовой продукции.

2.3 Применяемое оборудование

Для полуавтоматической сварки применяем инвертор “СварогMIG 160 (j35)”. С проволокой LN-23Pдиаметром1.8 мм. Для транспортировки используемдвухбалочный кран КМ 5. Для ручной дуговой сварки используем автомат TelwinQuality 280 AC/DC.



3.Техника безопасности

Нарушение техники безопасности при проведении сварочных работ часто приводит к самым печальным последствиям - пожарам, взрывам и как следствие травмам и гибели людей. Так же при сварке возможны следующие травмы - поражение электрическим током, ожоги от шлака и капель металла, травмы механического характера.Для предотвращения всех этих положений важно неукоснительно соблюдать меры предосторожности. Надежная изоляция всех, проводов, связанных с питанием источника тока и сварочной дуги, устройство геометрически закрытых включающих устройств, заземление корпусов сварочных аппаратов. Заземлению подлежат: корпуса источников питания, аппаратного ящика, вспомогательное электрическое оборудование. Сечение заземляющих проводов должно быть не менее 25 мм. Подключением, отключением и ремонтом сварочного оборудования занимается только дежурный электромонтер. Сварщикам запрещается производить эти работы. Применение в источниках питания автоматических выключателей высокого напряжения, которые в момент холостого хода разрывают сварочную цепь и подают на держатель напряжение 12 В.Надежное устройство электродa-держателя с хорошей изоляцией, которая гарантирует, что не будет случайного контакта токоведущих частей электродадержателя со свариваемым изделием или руками сварщика (ГОСТ 14651-69). Электрододержатель должен иметь высокую механическую прочность и выдерживать не менее 8000 зажимов электродов.Работа в исправной сухой спецодежде и рукавицах. При работе в тесных отсеках и замкнутых пространствах обязательно использование резиновых галош и ковриков, источников освещения с напряжением не свыше 6-12 В.При работе на электронно-лучевых установках предотвращение опасности поражения лучами жесткого рентгеновского (почти полное) поглощение вредных излучении, связанных с горением дуги. Особую опасность в смысле поражения глаз представляет световой луч квантовых генераторов (лазеров) так как даже отраженные лучи лазера могут вызвать тяжелое повреждение глаз и кожи. Поэтому лазеры имеют автоматические устройства, предотвращающие такие поражения, но при условии строгого соблюдения производственной инструкции операторами-сварщиками, работающими на этих установках.Защитные стекла, вставленные в щитки и маски, снаружи закрывают простым стеклом для предохранения их от брызг расплавленного металла. Щитки изготовляют из изоляционного металла - фибры, фанеры и по форме и размерам они должны полностью защищать лицо и голову сварщика(ГОСТ 1361-69).Для ослабления резкого контраста между яркостью дуги и малой яркостью темных стен (кабины) последние должны быть окрашены в светлые тона (серый, голубой, желтый) с добавлением в краску окиси цинка с целью уменьшения отражения ультрафиолетовых лучей дуги, падающих на стены.При работе вне кабины для защиты зрения окружающих, работающих сварщиков и вспомогательных рабочих должны применяться переносные щиты и ширмы.Предотвращение опасности поражения брызгами расплавленного металла и шлака. Образующиеся при дуговой сварке брызги расплавленного металла имеют температуру до 1800 градусов. При которой одежда из любой ткани разрушается. Для защиты от таких брызг обычно используют спецодежду (брюки, куртку и рукавицы) из брезентовой или специальной ткани. Куртки при работе не следует вправлять в брюки, а обувь должна иметь гладкий верх, чтобы брызги расплавленного металла не попадали внутрь одежды, так как в этом случае возможны тяжелые ожоги.Категорически запрещается продувать емкости кислородом, что иногда пытаются делать, так как в этом случае попадание кислорода на одежду и кожу сварщика при любом открытом источнике огня вызывает интенсивное возгорание одежды и приводит к ожогам со смертельным исходом.



Заключение

Выбор марки стали, для центрально - сжатой колонны сквозного сечения производят, с учетом климатического района, в котором конструкция будет монтироваться, эксплуатироваться, а также с учетом характера нагрузки, толщины проката, применяемого в колонне.

В курсовом проекте проверена устойчивость колонны, прочность и жесткость, рассчитаны оголовок, стержень и база колонны.

В данной курсовой работе мы рассчитали и сконструировали сварную колонну для опирания двух балок перекрытия. Было проведено проектирование сплошной колонны и сквозной колонны. После сравнения полученных результатов оказалось, что сплошная колонна поперечного сечения экономичнее, чем колонна сквозного поперечного сечения, так как площадь у колонны поперечного сплошного сечения меньше, а, следовательно, меньше займёт материала дляее изготовление это и показывает экономичность.



Список используемых источников

Виноградов В.С. Оборудование и технология дуговой автоматической и механизированной сварки / В.С. Виноградов. Учеб. Для проф.учеб. заведений. - 4-е изд., стерреотип. - М.: Высш. Шк.; Изд. центр «Академия», 2001. - 319 с.

Овчинников В.В.. Расчет и проектирование сварных конструкций: учебник для студентов учреждений среднего профессионального образования/ В.В. овчинников. - М.: издательский центр «Академия», 2010. - 256 с.

Размещено на Allbest.ru

...