Размещено на http://www.Allbest.Ru/

Размещено на http://www.Allbest.Ru/

Размещено на http://www.Allbest.Ru/

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Московский государственный университет приборостроения и информатики

Факультет ТИ, специальность 150202

Кафедра информационного обеспечения технологий соединения материалов

Дисциплина 4302 «Проектирование сварных конструкций»

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовому проекту

на тему:

Расчет и проектирование сварной двутавровой балки мостового крана

Студент Д.С. Терентьев

Группа ТИ-3 0602-06073

Руководитель Н.И. Минаева

Москва 2009 г.

Задание на курсовой проект)

Студент Терентьев Д. С. шифр 06073 группа ТИ-3 0602

1. Тема: «Расчёт и проектирование сварной двутавровой балки электрического мостового крана»

2. Срок представления проекта (работы) к защите 28 декабря 2009 г.

3. Исходные данные для разработки:

длина пролета l = 18 м;

грузоподъёмность балки P = 100 кН;

материал балки - 09Г2;

норма жесткости - [f/l] = 1/600;

расстояние между осями тележки d = 2 м;

коэффициент перегрузки n = 1,2;

коэффициент условий работы m = 0,9;

равномерно распределенная нагрузка от собственного веса балки

q = 2,5 кН/м

4. Содержание пояснительной записки:

Титульный лист

Задание

Содержание

Введение

1. Расчёт и проектирование сварной балки

2. Изготовление балок двутаврового сечения

3. Выполнение стыков балок

4. Результаты испытаний балок

5. Методы и режимы сварки

Заключение

Список использованных источников

5. Перечень графического материала:

1) Схема нагрузки балки, линии влияния, эпюры моментов и сил.

2) Чертёж - общий вид балки мостового крана.

3)Чертёж - обозначения сварных швов балки мостового крана

Руководитель проекта Н.И. Минаева

Содержание

• Введение
• 1. Определение допускаемого напряжения
• 2.2 Вычисление моментов в сечениях от равномерно распределенной нагрузки
• 2.1 Вычисление моментов в сечениях от сосредоточенных сил
• 2.3 Вычисление суммарных моментов в сечениях от сосредоточенных сил и равномерной нагрузки
• 2.4 Вычисление требуемого момента сопротивления балки
• 2.5 Определение расчетных усилий от сосредоточенных сил в сечениях
• 2.6 Определение поперечных сил от собственного веса
• 2.7 Определение суммарных значений поперечных сил от сосредоточенных и равномерно распределенных нагрузок
• 3. Расчёт сечения балки
• 3.1 Определение требуемой высоты балки из условий жесткости
• 3.2 Определение толщины вертикального листа
• 3.3 Определение требуемой высоты балки из условия наименьшей массы
• 3.4 Определение требуемого момента инерции поперечного сечения сварной балки двутаврового профиля
• 3.5 Определение момента инерции вертикального листа
• 3.6 Определение требуемого момента инерции горизонтальных листов балки (поясов)
• 3.7 Определение уточненного значения момента инерции подобранного поперечного сечения балки
• 3.8 Определение наибольшего нормального напряжения в крайнем волокне балки
• 3.9 Определение среднего напряжения
• 3.10 Определение новой высоты балки
• 3.11 Определение новой толщины вертикального листа
• 3.12 Определение нового требуемого момента инерции поперечного сечения сварной балки двутаврового профиля
• 3.13 Определение нового момента инерции вертикального листа:
• 3.14 Определение нового требуемого момента инерции горизонтальных листов балки (поясов)
• 3.15 Определение требуемого сечения одного пояса балки3.16 Определение нового уточненного значения момента инерции подобранного поперечного сечения балки
• 3.17 Определение нового наибольшего нормального напряжения в крайнем волокне балки
• 3.18 Определение статического момента площади горизонтального пояса относительно центра тяжести сечения балки
• 3.19 Определение касательного напряжения на уровне центра тяжести балки
• 3.20 Определение напряжения от изгибающего момента
• 3.21 Определение статического момента площади сечения горизонтального листа относительно центра тяжести
• 3.22 Определение напряжения от поперечной силы
• 4. Обеспечение общей устойчивости балки4.1 Определение расстояния между закреплениями, препятствующими перемещениям в горизонтальной плоскости
• 4.1 Определение расстояния между закреплениями, препятствующими перемещениям в горизонтальной плоскости
• 4.2 Определение коэффициента б
• 4.3 Определение момента инерции балки относительно вертикальной оси
• 4.4 Определение коэффициента уменьшения допускаемых напряжений
• 5. Обеспечение местной устойчивости элементов балки
• 5.1 Определение расстояний между ребрами жёсткости
• 5.2 Определение среднего касательного напряжения от поперечной силы
• 5.3 Определение ординаты центра тяжести сечения пояса и рельса относительно верхней кромки пояса
• 5.4 Определение момента инерции листа совместно с приваренным к нему рельсом, относительно оси, совпадающей с верхней кромкой пояса
• 5.5 Определение площади сечения пояса с рельсом:
• 5.6 Определение момента инерции, относительно оси проходящей через центр тяжести сечения пояса с рельсом
• 5.7 Определение условной длины, на которой сосредоточенный груз распределяется в вертикальном листе
• 5.8 Определение напряжения под сосредоточенной силой
• 5.9 Определение номинального напряжения от растягивающей силы
• 5.10 Определение касательного напряжения от растягивающей силы
• 5.11 Определение напряжения от конструктивного фактора, т.е. зависящего от расстояния между рёбрами жесткости
• 5.12 Проверка обеспечения общей устойчивости
• 5.13 Определение касательного напряжения на опоре
• 5.14 Проверка обеспечения общей устойчивости при нулевом нормальном напряжении
• 6. Расчет поясных швов
• 6.1 Определение касательного напряжения в нижних поясных швах
• 6.2 Определение статического момента площади сечения с учетом приваренного рельса
• 6.3 Определение касательного напряжения в верхних поясных швах
• 6.4 Определение напряжения от сосредоточенной силы в поясных швах
• 6.5 Определение условного результирующего напряжения
• 6.6 Определение допускаемого напряжения в поясных швах
• 7. Определение влияния приваренных рёбер жёсткости на снижение допустимых напряжений в основном металле
• 7.1 Определение коэффициента снижения допускаемых напряжений при действии переменных растягивающих усилий
• 8. Расчёт технологических стыков
• 8.2 Определение напряжения в месте стыка
• 8.3 Определение периметра шва
• 9. Расчёт опорных частей
• 9.1 Определение изгибающего момента на оси плиты
• 9.2 Определение требуемой толщины плиты
• 9.3 Изготовление балок двутаврового сечения

9.4 Выполнение стыков балок и стержней

9.5 Результаты испытаний балок

Список использованной литературы

Приложение

Введение

В данном курсовом проекте рассматривается расчёт и проектирование сварной подкрановой балки двутаврового профиля со свободно опертыми концами.

Создание сварной конструкции, полностью отвечающей своему служебному назначению, экономичной при изготовлении надёжной в эксплуатации, представляет собой комплексную задачу, которая включает проектирование, исследование прочности, расчёт, рациональное построение технологии изготовления с применением средств механизации и автоматизации.

Сварные конструкции обладают большими преимуществами по сравнению с клепаными, литыми и некоторыми коваными конструкциями. Применение сварных конструкций приводит к наиболее экономичному расходу металла и обеспечивает снижение себестоимости изготовления продукции. Прочность и работоспособность сварной конструкции зависит от выбранного для нее материала, запроектированных конструктивных форм деталей, типов сварных соединений и узлов, а также от принятых методов сварки и технологии изготовления.

Балками называют элементы конструкций, предназначенные для работы на поперечный изгиб. Так как основной вид нагрузки - поперечный изгиб в одной плоскости, то наиболее экономичным и простым является сечение в виде двутавра. Сварной двутавр состоит из трех основных листовых элементов: стенки и двух полок (поясов).

1. Определение допускаемого напряжения

(1)

где

m = 0,9 - коэффициент условий работы

n = 1,2 - коэффициент перегрузки

R = 0,9·_т - расчетное усилие в сварном шве

_т - предел текучести

для стали 09Г2 _т = 310МПа

R= 0,9·310 = 279МПа

принимаем равным 210МПа

2. Вычисление изгибающих моментов и поперечных сил

2.1 Вычисление моментов в сечениях от сосредоточенных сил

М_р (2)

где

- ордината линии влияния

Максимальные ординаты линии влияния для различных сечений составят:

следовательно:

(3)

Где P = 100кН - грузоподъемность балки

l = 18м - длина пролета

- сечение балки

- максимальная ордината линии влияния

d = 2 м - расстояние между осями тележки

2.2 Вычисление моментов в сечениях от равномерно распределенной нагрузки

(4)

Где q = 2,5кН/м - равномерно распределенная нагрузка от собственного веса балки l= 18м - длина пролета

- сечение балки

2.3 Вычисление суммарных моментов в сечениях от сосредоточенных сил и равномерной нагрузки

(5)

Где - момент в сечении от сосредоточенных сил

- момент в сечении от равномерно распределенной нагрузки

= 304 +36,45 = 340,45кНм

= 536 + 64,8 = 600,8кНм

= 696 + 85,5 = 781,05кНм

= 784 + 97,2 = 881,2кНм

= 800 + 101,25 = 901,25кНм

Расчетное значение момента для балки составляет: 901,25кНм = 0,9МНм

2.4 Вычисление требуемого момента сопротивления балки

(6)

Где = 0,9МНм - суммарный момент от сосредоточенных сил и равномерной нагрузки

= 210МПа - допускаемое напряжение

2.5 Определение расчетных усилий от сосредоточенных сил в сечениях

Qp (7)

Ординаты для различных сечений составят:

	0
	1	0,9	0,8	0,7	0,6	0,5

следовательно:

(8)

Где P = 100кН - грузоподъемность балки

L = 18м - длина пролета

d = 2м - расстояние между осями тележки

- сечение балки

2.6 Определение поперечных сил от собственного веса

(9)

Где q = 2,5кН/м - равномерно распределенная нагрузка от собственного веса балки l= 18м - длина пролета

- сечение балки

2.7 Определение суммарных значений поперечных сил от сосредоточенных и равномерно распределенных нагрузок

(10)

Где - поперечная сила от сосредоточенной нагрузки

- поперечная сила от собственного веса

= 188,89 + 22,5 = 211,39кН

= 187,65 + 18 = 205,65кН

= 186,11 + 13,5 = 199,61кН

= 184,13 + 9 = 193,13кН

3. Расчёт сечения балки

3.1 Определение требуемой высоты балки из условий жесткости

(11)

Где ш - числовой коэффициент, зависящий от сочетания нагрузок и от схемы закрепления балки в опорах

= 210МПа - расчетное усилие

l = 18м - длина балки

a = 8м - плечо сосредоточенной силы

E = 2,1·10⁵ МПа - модуль Юнга

[f/l] = 1/600 - норма жесткости для балки

3.2 Определение толщины вертикального листа

(12)

Где h = 1,8 м - требуемая высота балки из условий жесткости

- принимаем равным 11 мм

3.3 Определение требуемой высоты балки из условия наименьшей массы

(13)

Где 0,9МНм - суммарный момент от сосредоточенных сил и равномерной нагрузки

s_в = 11мм - толщина вертикального листа

= 210МПа - расчетное усилие

Так как требуемая высота, найденная по формуле (11), больше, чем высота, найденная по формуле (13), то её и следует принять в расчёт при подборе сечения. Высоту вертикального листа принимаем равной 176см, а высоту балки h=180см.

3.4 Определение требуемого момента инерции поперечного сечения сварной балки двутаврового профиля

(14)

Где W_тр = 4286см³ - требуемый момент сопротивления балки

h = 180см - высота балки

3.5 Определение момента инерции вертикального листа

(15)

Где h_в = 176см - высота вертикального листа

s_в = 1,1см - толщина вертикального листа

3.6 Определение требуемого момента инерции горизонтальных листов балки (поясов)

(16) где

I_тр = 385740см⁴ - требуемый момент инерции поперечного сечения сварной балки

I_в = 499746,13см⁴ - момент инерции вертикального листа

Отрицательное значение момента инерции горизонтальных листов указывает на то, что сечение балки подобрано нерационально.

Сечение горизонтального листа примем равным 360x20 мм

сварной двутавровый подкрановый балка

3.7 Определение уточненного значения момента инерции подобранного поперечного сечения балки

(17)

Где h_в = 176 см - высота вертикального листа

s_в = 1,1 см - толщина вертикального листа

s_г = 2 см - высота вертикального листа

b = 36 см - толщина вертикального листа

h₁ = 0,98h - расстояние между центрам тяжести горизонтальных листов

h = 180см - высота балки

h₁ = 0,98·180 =178см

3.8 Определение наибольшего нормального напряжения в крайнем волокне балки

(18) где

0,9МНм - наибольший изгибающий момент

I=1640418,13см⁴ - момент инерции сечения балки

h = 180см - высота балки

49,38МПа < 210МПа

Вследствие недогруза, фактический прогиб мал и жёсткость балки выше заданной, т.е. высота необоснованно велика. Необходимо пересчитать высоту балки.

3.9 Определение среднего напряжения

(19) где

= 49,38МПа - наибольшее нормальное напряжение

= 210МПа - расчетное усилие

3.10 Определение новой высоты балки

(20)

Где ш = 0,9 - числовой коэффициент, зависящий от сочетания нагрузок и от схемы закрепления балки в опорах

= 129,69МПа - среднее расчетное усилие

l = 18м - длина балки

a = 8м - плечо сосредоточенной силы

E = 2,1·10⁵ МПа - модуль Юнга

[f/l] = 1/600 - норма жесткости для балки

Высоту балки h принимаем равной 115см, а высоту вертикального листа =113см.

3.11 Определение новой толщины вертикального листа

(12)

Где h =1,15м - требуемая высота балки из условий жесткости

принимаем равным 9мм

3.12 Определение нового требуемого момента инерции поперечного сечения сварной балки двутаврового профиля

(14)

Где W_тр = 4286см³ - требуемый момент сопротивления балки

h = 115см - высота балки

3.13 Определение нового момента инерции вертикального листа

(15)

Где h_в = 113см - высота вертикального листа

s_в = 0,9 см - толщина вертикального листа

3.14 Определение нового требуемого момента инерции горизонтальных листов балки (поясов)

(16)

Где I_тр = 246445см⁴ - требуемый момент инерции поперечного сечения сварной балки

I_в = 108217,28см⁴ - момент инерции вертикального листа

3.15 Определение требуемого сечения одного пояса балки

(21) где

I_г = 138227,72см⁴ - требуемый момент инерции горизонтальных листов балки (поясов)

h₁ = 0,98h - расстояние между центрам тяжести горизонтальных листов

h = 115см - высота балки

h₁ = 0,98·115=114см

Сечение горизонтального листа принимаем равным 210x10 мм



Рисунок 2. Подобранное сечение балки

3.16 Определение нового уточненного значения момента инерции подобранного поперечного сечения балки

(17)

Где h_в = 113 см - высота вертикального листа

s_в = 0,9 см - толщина вертикального листа

s_г = 1 см - высота вертикального листа

b = 21 см - толщина вертикального листа

h₁ = 114 см- расстояние между центрам тяжести горизонтальных листов

3.17 Определение нового наибольшего нормального напряжения в крайнем волокне балки

(18)

Где 0,9МНм - наибольший изгибающий момент

I = 244678,78см⁴ - момент инерции сечения балки

h = 115см - высота балки

Расчётное напряжение превышает допустимое на 0,7%, что вполне допустимо.

3.18 Определение статического момента площади горизонтального пояса относительно центра тяжести сечения балки

(22)

Где F_Г = 21 см² - площадь сечения пояса

h₁ = 114 см - расстояние между центрам тяжести горизонтальных листов

h_в = 113 см - высота вертикального листа

s_в = 0,9 см - толщина вертикального листа

3.19 Определение касательного напряжения на уровне центра тяжести балки

(23)

Где Q = 211,39кН - наибольшая поперечная сила балки

S = 2633,51см³ - статический момент полуплощади сечения относительно центра тяжести сечения балки

I = 244678,78см⁴ - момент инерции сечения балки

s_в = 0,9см - толщина вертикального листа

3.20 Определение напряжения от изгибающего момента

(24)

Где 0,9МНм - наибольший изгибающий момент

h_в = 113 см - высота вертикального листа

I = 244678,78 см⁴ - момент инерции сечения балки

3.21 Определение статического момента площади сечения горизонтального листа относительно центра тяжести

(25)

Где b = 21см - толщина вертикального листа

s_г = 1см - высота вертикального листа

h₁ = 114см - расстояние между центрам тяжести горизонтальных листов

3.22 Определение напряжения от поперечной силы

(26)

Где Q = 177,48кН - поперечная сила балки

S₁ = 1197см³ - статический момент площади сечения горизонтального листа относительно центра тяжести

I =244678,78см⁴ - момент инерции сечения балки

s_в = 0,9см - толщина вертикального листа

3.23 Определение эквивалентного напряжения

(27)

Где у₁ = 207,82МПа - напряжение от изгибающего момента

ф₁ = 9,65МПа - напряжение от поперечной силы

4. Обеспечение общей устойчивости балки

Для предотвращения потери общей устойчивости балки необходимо ограничить свободную длину изгибаемого элемента - следует предусмотреть закрепления от возможных перемещений верхнего пояса.

4.1 Определение расстояния между закреплениями, препятствующими перемещениям в горизонтальной плоскости

(28)

Где b = 21см - толщина вертикального листа

4.2 Определение коэффициента б

(29)

Где l_o = 310 cм - расстояние между закреплениями, препятствующими перемещениям в горизонтальной плоскости

s_г = 1 см - высота вертикального листа

b = 21 см - толщина вертикального листа

h = 115 см - высота балки

h_в = 113 см - высота вертикального листа

s_в = 0,9 см - толщина вертикального листа

По графику, приведенном на рисунке 3, пользуясь интерполяцией, определяем коэффициент ш при б = 0,4; коэффициент ш = 1,78

Рисунок 3. Функция ш(б)

4.3 Определение момента инерции балки относительно вертикальной оси

(30)

Где s_в = 0,9 см - толщина вертикального листа

h_в = 113 см - высота вертикального листа

b = 21 см - толщина вертикального листа

s_г = 1 см - высота вертикального листа

4.4 Определение коэффициента уменьшения допускаемых напряжений

(31)

Где ш = 1,78

I_y = 1550,36 см⁴ - момент инерции балки относительно вертикальной оси

I_x =244678,78 см⁴ - момент инерции сечения балки

h = 115 см - высота балки

l_o = 310 cм - расстояние между закреплениями, препятствующими перемещениям в горизонтальной плоскости

Коэффициент ц > 1,5. Это значит, что при расчёте можно принять ц =1. Устойчивость балки при наличии закреплений на расстоянии l_o = 310cм обеспечена.

5. Обеспечение местной устойчивости элементов балки

Чтобы обеспечить устойчивость вертикального листа, следует приварить к нему рёбра жёсткости.

5.1 Определение расстояний между ребрами жёсткости

(32)

Где h_в = 1,13 м - высота вертикального листа

Сечение рельса принимаем равным 50x50 мм.

5.2 Определение среднего касательного напряжения от поперечной силы

(33)

Где Q = 177,48кН - поперечная сила балки

h_в = 1,13м - высота вертикального листа

s_в = 0,9см - толщина вертикального листа

5.3 Определение ординаты центра тяжести сечения пояса и рельса относительно верхней кромки пояса

(34)

Где b = 21см - толщина вертикального листа

s_г = 1см - высота вертикального листа

b_р = 5см - ширина ребра жёсткости

s_р = 5см - толщина ребра жёсткости

Положительное значение указывает на то, что центр тяжести расположен выше верхней кромки пояса.

5.4 Определение момента инерции листа совместно с приваренным к нему рельсом, относительно оси, совпадающей с верхней кромкой пояса

(35)

Где s_р = 5см - толщина ребра жёсткости

b_р = 5см - ширина ребра жёсткости

s_г = 1см - высота вертикального листа

b = 21см - толщина вертикального листа

5.5 Определение площади сечения пояса с рельсом

(36)

Где s_г = 1см - высота вертикального листа

b = 21см - толщина вертикального листа

s_р = 5см - толщина ребра жёсткости

b_р = 5см - ширина ребра жёсткости

5.6 Определение момента инерции, относительно оси проходящей через центр тяжести сечения пояса с рельсом

(37)

Где 215,33см⁴ - момент инерции листа, совместно с приваренным к нему рельсом, относительно оси совпадающей с верхней кромкой пояса

F = 46cм² - площадь сечения пояса с рельсом

y = 1,33см - ордината центра тяжести сечения пояса и рельса относительно верхней кромки пояса

5.7 Определение условной длины, на которой сосредоточенный груз распределяется в вертикальном листе

(38)

Где I_п = 156,6cм⁴ - момент инерции, относительно оси проходящей через центр тяжести сечения пояса с рельсом s_в = 0,9см - толщина вертикального листа

5.8 Определение напряжения под сосредоточенной силой

(39)

Где m = 1 коэффициент условий работы

s_в = 0,9см - толщина вертикального листа

P = 100кН - грузоподъемность балки

z = 18,14cм - условная длина, на которой сосредоточенный груз распределяется в вертикальном листе

5.9 Определение номинального напряжения от растягивающей силы

(40)

Где s_в = 0,9см - толщина вертикального листа

h_в = 1,13м - высота вертикального листа

5.10 Определение касательного напряжения от растягивающей силы

Где - отношение большей стороны прямоугольника, образуемого сторонами а и h_в к меньшей

d - наименьшая из сторон пластин а или h_в

s_в = 0,9см - толщина вертикального листа

5.11 Определение напряжения от конструктивного фактора, т.е. зависящего от расстояния между рёбрами жесткости

(41)

Где K₁ = 8,6

s_в = 0,9см - толщина вертикального листа

а = 1,7 - расстояние между рёбрами жесткости

5.12 Проверка обеспечения общей устойчивости

(42)

Где у = 167,51МПа - нормальное напряжение на верхней кромке вертикального листа

у₀ = 597,35МПа - номинальное напряжение от растягивающей силы

у_м = 61,25МПа - напряжение под сосредоточенной силой

у_м0 = 241,04МПа - напряжение от конструктивного фактора

ф = 17,45МПа - среднее касательное напряжение

ф₀ = 106,08 МПа - касательное напряжение от растягивающей силы

5.13 Определение касательного напряжения на опоре

(43)

Где Q = 211,39кН - наибольшая поперечная сила балки

h_в = 1,13м - высота вертикального листа

s_в = 0,9см - толщина вертикального листа

5.14 Проверка обеспечения общей устойчивости при нулевом нормальном напряжении

(44)

Где у_м = 61,25МПа - напряжение под сосредоточенной силой

у_м0 = 241,04МПа - напряжение от конструктивного фактора

ф = 17,45МПа - среднее касательное напряжение

ф₀ = 106,08 МПа - касательное напряжение от растягивающей силы

6. Расчет поясных швов

Катеты верхних и нижних поясных швов примем равными K= 8мм.

6.1 Определение касательного напряжения в нижних поясных швах

(45)

Где Q = 211,39кН - наибольшая поперечная сила балки

S₁ = 1197cм³ - статический момент площади сечений горизонтального листа относительно центра тяжести

I =244678,78см⁴ - момент инерции сечения балки

K = 0,8см - катет шва

6.2 Определение статического момента площади сечения с учетом приваренного рельса

(46)

Где F_г = 21 см - толщина вертикального листа

h₁ = 114 см- расстояние между центрам тяжести горизонтальных листов

b_р = 5 см - ширина ребра жёсткости

s_р = 5 см - толщина ребра жёсткости

h = 115 см - высота балки

6.3 Определение касательного напряжения в верхних поясных швах

(47)

Где Q = 211,39кН - наибольшая поперечная сила балки

S = 2697cм³ - статический момент площади сечений горизонтального листа относительно центра тяжести

I =244678,78см⁴ - момент инерции сечения балки

K = 0,8см - катет шва

6.4 Определение напряжения от сосредоточенной силы в поясных швах

(48)

Где n = 0,4 - коэффициент, зависящий от характера обработки кромок вертикального листа

P = 100кН - грузоподъемность балки

z = 18,14cм - условная длина, на которой сосредоточенный груз распределяется в вертикальном листе

K = 0,8см - катет шва



6.5 Определение условного результирующего напряжения

(49)

Где ф = 20,8МПа - касательное напряжение в верхних поясных швах

ф_р= 19,69МПа - напряжение от сосредоточенной силы в поясных швах

6.6 Определение допускаемого напряжения в поясных швах

(50)

Где = 210МПа - расчетное усилие

Катеты швов, приваривающих ребра жесткости к поясам и вертикальному листу, принимаем такими же, как и в поясных, т. е. K = 8 мм. Эти швы не передают рабочих напряжений и расчету на прочность не подлежат.

7. Определение влияния приваренных рёбер жёсткости на снижение допустимых напряжений в основном металле

7.1 Определение коэффициента снижения допускаемых напряжений при действии переменных растягивающих усилий

(51)

Где К_э = 1 - эффективный коэффициент концентрации в соединениях поясных швов балок

r - характеристика цикла

M_min = 101,25кН·м- минимальный момент в наиболее перегруженном сечении от равномерно распределённой нагрузки

M_max =800кН·м - максимальный момент в наиболее перегруженном сечении от сосредоточенной силы

Принимаем = 1. Таким образом, снижение допускаемых напряжений в основном металле не требуется.

8. Расчёт технологических стыков

Так как длина балки значительна, в ней необходимо предусмотреть технологические стыки. Длину вертикальных и горизонтальных листов зададим равной 6 метров, следовательно стык этих листов совмещён и находится на расстоянии 0,33l от опоры.

8.1 Определение изгибающего момента в месте стыка

Момент в сечении 0,3l равен М_0,3l = 696кН·м, а момент в сечении 0,4l равен М_0,4l=784кН·м. Пользуясь интерполяцией момент в сечении 0,33l принимаем равным

М_0,33l = 722,4кН·м = 0,7МН·м

8.2 Определение напряжения в месте стыка

(52)

Где 0,7МНм - момент в месте стыка

I = 244678,78см⁴ - момент инерции сечения балки

h = 115см - высота балки

8.3 Определение периметра шва

(53)

Где s_в = 0,9см - толщина вертикального листа

с = 8 см - ширина ребра жёсткости

8.4 Определение касательного напряжения в шве

(53)

Где A = 211,39кН - опорная реакция

z = 18,14cм - условная длина, на которой сосредоточенный груз распределяется в вертикальном листе

K = 0,8см - катет шва

9. Расчёт опорных частей

В качестве опоры принимаем стальную выпуклую плиту шириной b₀ = 24 см.

Длину плиты а = 26 см. Примем, что балка крепится к плите двумя штырями диаметром d = 18 мм.

9.1 Определение изгибающего момента на оси плиты

(54)

Где A = 211,39кН - опорная реакция

a = 26см - длина плиты

9.2 Определение требуемой толщины плиты

(55)

Где М = 6,87кН·м - изгибающий момент на оси плиты

= 210МПа - расчетное усилие

d = 18мм - длина штыря для крепления плиты

b₀ = 24см - ширина выпуклой плиты

Радиус цилиндрической поверхности плиты R принимаем равным 120 см. Один из концов балки закрепляют неподвижно, второй должен иметь свободное продольное перемещение, определяемое упругой и температурной деформациями.

9.3 Изготовление балок двутаврового сечения

Наиболее широкое применение имеет двутавровый профиль с поясными швами, выполняемыми обычно автоматами под флюсом.

Подкрановые балки обычно выполняют в виде сварного двутавра с ребрами жесткости. Условия их работы предъявляют, вполне определенные требования к конструктивному оформлению и технологии выполнения сварных соединений. При нагружении сварного двутавра только продольным изгибающим моментом такие концентраторы, как подрез стенки или непровар корня поясного шва, особой опасности не представляют, так как располагаются параллельно нормальным и касательным напряжениям. Однако сечения подкрановой балки дополнительно испытывают периодическое нагружение сосредоточенной силой от колеса крана, передаваемое с рельса на верхний пояс и через поясные швы на стенку балки. Кроме того, при нарушениях симметрии рельса относительно оси балки возникает дополнительный момент в поперечном направлении, воспринимаемый поясными швами и стенкой. В этом случае непровар корня поясного шва или подрез стенки оказываются расположенными поперек силового потока и поэтому могут служить причиной возникновения усталостных трещин, что подтверждается многолетней эксплуатацией таких балок.

Следовательно, конструктивные элементы подобного типа целесообразно выполнять с полным проплавлением стенки и сварку поясных швов производить в положении «в лодочку» для предотвращения подрезов. Установка и приварка ребер жесткости производится после выполнения поясных швов наклоненным электродом. К концам подкрановой балки могут быть приварены планки, нижние грани которых опираются на колонны, задавая положение балки по высоте. Поэтому установка этих планок с монтажными отверстиями должна быть выполнена достаточно точно.

Обычно двутавр собирают из трех листовых элементов. При их заготовке, помимо правки, резки и зачистки кромок, часто предусматривают сборочную и сварочную операции для получения листового элемента требуемой длины и ширины. В этом случае к стыковым соединениям предъявляется требование полного и надежного проплавления с хорошим формированием усиления и проплава шва. Поэтому сварка, как правило, производится с двух сторон. Первый слой целесообразно сваривать на флюсовой подушке.

Схематически устройство флюсовой подушки показано на рис. 16-1. Листы 1 укладываются на стеллаж так, чтобы стык располагался над флюсовой подушкой, представляющей гибкий короб 2, закрепленный между балками стенда и заполненный флюсом. Прижимами 3 листы плотно прижимаются к стенду, подачей сжатого воздуха в шланг 4 создается равномерное поджатие флюса по всей длине стыка.

При изготовлении двутавровых балок основной сварочной операцией является выполнение поясных швов, свариваемых обычно автоматами под слоем флюса. Приемы и последовательность наложения швов могут быть различными. Приемы сварки наклоненным электродом (рис. 16-7, а, б) позволяют одновременно сваривать два шва, однако имеется опасность возникновения подреза стенки или полки.

Выполнение швов «в лодочку» (рис. 16-7, б) обеспечивает лучшие условия их формирования и проплавления, зато поворачивать изделие приходится после сварки каждого шва. Для этого используют позиционеры-кантователи.

В нашем случае длина балки велика (l = 18 м) и необходимо предотвратить ее прогиб, можно между опорами расположить опорные разъемные кольца. На рис. 16-9 (см. Приложение 1) показан универсальный кантователь такого типа с подвижными опорами.

9.4 Выполнение стыков балок и стержней

При монтаже конструкций нередко возникает необходимость стыковки балок. Типы стыков балок двутаврового сечения показаны на рис. 14.22. Раздвинутый стык (рис. 14.22,6) применяют как технологический. При монтаже обычно используют совмещенный стык (рис. 14.22,а), выполняя его ручной сваркой или полуавтоматом в СО₂.

Назначая последовательность выполнения швов поясов и стенки, необходимо иметь в виду следующее. Если в первую очередь сварить стыки поясов, то стык стенки придется выполнять в условиях жесткого закрепления, что может способствовать образованию трещин в процессе сварки. Когда вначале сваривают стык стенки, в стыках поясов возникает высокий уровень остаточных напряжений растяжения, что может снизить усталостную прочность при работе на изгиб. Для облегчения условий сварки стыка участки поясных швов балки длиной L (рис. 14.22,а) иногда не доваривают, а выполняют их после сварки стыковых швов.

Так как поперечная усадка свариваемого последним шва будет восприниматься элементом длиной L, то значение остаточных напряжений окажется меньше, чем при жестком закреплении. Однако в элементах, свариваемых в первую очередь, появление свободного участка L может вызвать коробление из-за потери устойчивости под напряжением сжатия. Для каждого конкретного случая в зависимости от перечисленных факторов (опасности возникновения трещин при сварке, условий работы стыка балки в конструкции, размеров поперечных сечений элементов) оптимальная технология выполнения стыка может быть различной.

Стык, показанный на рис. 14.22,в применяется сравнительно редко, когда нужно исключить ручную сварку. Вставки вертикальной стенки и верхнего пояса позволяют выполнять швы автоматами, причем пояса сваривают многопроходной сваркой, а стыки стенки--однопроходной с принудительным формированием. Последовательность выполнения швов показана на рис. 14.22,в цифрами.

Непосредственная сварка стыковых соединений с полным проплавлением всего сечения профильных элементов требует высокой квалификации сварщика и тщательного контроля. При изготовлении конструкций, работающих под статической нагрузкой, часто применяют соединения с накладками, приваренными к соединяемым элементам угловыми швами. Такие соединения технологически проще, хотя и требуют дополнительного расхода металла. Для конструкций, работающих в условиях вибраций, соединения с накладками непригодны.

9.5 Результаты испытаний балок

При испытаниях сварных балок под статической нагрузкой установлено, что стальные сварные балки обладают необходимой прочностью, однако распределение напряжений в них по поперечному сечению происходит неравномерно. В широких горизонтальных листах балок двутаврового профиля напряжения у оси больше, чем по кромкам. При наличии прерывистых поясных швов сечение балки не работает как одно целое. В зоне кромок вертикального листа наблюдается концентрация напряжений. При непрерывных швах она значительно меньше. Концентрация напряжений имеет место и в случае приложения к поясу балки сосредоточенной силы (колеса крана). Все стыки элементов по длине должны быть сварены стыковыми соединениями без применения накладок. Ребра жесткости целесообразно приваривать так, к растянутому поясу и в растянутой зоне вертикального листа на длине a=(0,l--0,2)/h ребра жесткости рекомендуется не приваривать вовсе.

Испытания показали, что применение накладок, приваренных к поясам угловыми швами, значительно снижает усталостную прочность конструкции. Наибольшей усталостной прочностью обладали балки без стыков и с косыми механически обработанными стыковыми соединениями.

Список использованной литературы

Николаев Г.А., Куркин С.А., Винокуров В.А. Сварные конструкции. Технология изготовления, автоматизация производства и проектирование сварных конструкций: учебное пособие.- М.: Высшая Школа , 1982г. - 344с.

Николаев Г.А., Куркин С.А., Винокуров В.А. Сварные конструкции. Прочность сварных соединений и деформации конструкций: учебное пособие. - М.: Высшая Школа , 1982г. - 272с.

Серенко А.Н, Крумбольдт М.Н., Багрянский К.В.. Расчет сварных соединений и конструкций. Примеры и задачи. - Киев: Вица школа, 1977. - 336с.



Приложение

Размещено на allbest.ru

...