Расчет и проектирование центрально-сжатой сварной колонны двутаврового сечения

Размещено на http://www.allbest.ru

Введение

Современный технический прогресс в промышленности неразрывно связано с совершенствованием сварочного производства. Сварка, как высокопроизводительный процесс изготовления неразъемных соединений, находит широкое применение при изготовлении металлургического оборудования, различных трубопроводов, в сельскохозяйственном и тракторном машиностроении, в производстве строительных и других конструкций. Сварка является таким же необходимым технологическим процессом, как обработка металлов резанием, литьё, ковка, штамповка. Она часто конкурирует с этими процессами, а в некоторых случаях и вытесняет их.

Сварка один из ведущих технологических процессов обработки металлов. Большие преимущества сварки обеспечили её широкое применение в народном хозяйстве: без неё сейчас немыслимо производство судов , автомобилей, самолетов, котлов, реакторов, мостов и других конструкций. Перспективы сварки, как в научном, так и в техническом плане, безграничны. Применение сварки способствует совершенствованию машиностроения и развитию новых отраслей техники - ракетостроения, атомной энергетики, радиоэлектроники. Развитие сварки требует серьёзного повышения уровня теоретических знаний и практической подготовки квалифицированных рабочих.

Знание сварочного производства очень велико не только в нашей стране, но и во всем мире. В наше время трудно назвать отрасль народного хозяйства, где бы не применялся тот или иной методы сварки. Сварочные конструкции окружают нас повсюду, на заводах, предприятиях, машинах и т.д.

С применением сварки стало возможным создание таких конструкций машин и аппаратов, которые практически нельзя было изготовить другими способами. Сварка внесла коренные изменения в конструкционные и технологическое производство многих машин, изделий, позволила создать принципиально новые конструкции.

Сваривание металла является одним из выделяющих изображений русских ученых и инженеров и впервые было основано в нашей стране.



1. Общая часть

1.1 Описание и назначение конструкции

Колонна работает на сжатие или на сжатие с продольным изгибом, предназначенная для передачи нагрузки от выше лежащей конструкции на фундамент. Колонна состоит из базы колонны - нижняя часть, передающая давление колонны на фундамент стержня и поясов, оголовка - верхняя часть конструкции воспринимающая нагрузки; рёбер жесткости и траверсы.

1. Оголовок

2. Стержень

3. Продольные ребра

4. Траверса

5. Плита базы

1.2 Описание материала сварной конструкции

Для данной колонны выбираем сталь В Ст3 сп. ГОСТ380-88

В Ст3 сп - это углеродистая конструкционная сталь обыкновенного качества порядковый номер 3, сталь поставляется по механическим свойствам и химическому составу, сталь спокойная.

Таблица 1 Механические свойства стали

Марка стали	Временное сопротивление G; МПа	Предел текучести G МПа	Относительное удлинение %
В Ст3 сп	380 - 490	250	26

Таблица 2 Химический состав стали

Углерод	Кремний	Марганец	Сера	Фосфор	Свариваемость
0,14 - 0,22%	0,4 - 0,65%	0,12 -0,3%	не более 0,05%	не более 0,04%	хорошая



Свариваемость стали В Ст3 сп - хорошая, свариваемость без ограничений, без предварительного подогрева и термической обработки.

2. Расчётная часть

2.1 Подбор сечения стержня

Определяем расчетное усилие сжатия

N = n · P (1)

где, n - коэффициент перегрузки.

n = 1,2 P-величина силы

N = 1,2 · 800 = 960 кH

Расчётная длина стержня в зависимости от закрепления колонны.

М = 0,7 Коэффициент для данного закрепления колонны.

L= М · ? (2)

L= 0,7 · 10 = 7 м

Площадь поперечного сечения стержня.

А = (3)

где , - коэффициент продольного изгиба

= (0,5 - 0,8) , принимаем = 0,5

Этому коэффициенту продольного изгиба соответствует гибкость

= 100

R = 210 МПа R - расчётное сопротивление.

А = = 9142,86 мм

В приложении.

Я= 0,43 h

Я= 0,24 b

откуда = 0,43

= 0,24 Рисунок 2. Расположение сечения относительно осей координат

Определяем радиус инерции сечения

Я= Я= (4)

Я= Я= = 70 мм

Учитывая, что в приложении, двутавр расположен по иному, относительно осей X и У, принимает = 0,24 ; = 0,43.

Ширина полки

b = (5)



b= = 162,8 мм

Принимаем b = 200 мм по ГОСТ 82 - 80 на широкополосовую сталь.

Высота полки

h= (6)

h= = 291,7 мм

Толщина стенки и пояса

Толщина пояса

= (7)

= = 18,3 мм

? = = 6,7 18,3 > 6,7

Принимаем = 20 мм по ГОСТ 82 - 80.

Высота стенки

h= h - 2 · (8)



h= 291,7 - 2 · 20 = 251,7

Принимаем h= 260 мм по ГОСТ 82 -80.

h= h+ 2 · (9)

h= 260 + 2 · 20 = 300 мм

Толщина стенки

= (10)

= = 7,03 мм

Принимаем = 8 мм по ГОСТ 82 -80.

b= (200) 280 мм

= 8 мм

= 20 мм

h= 300 мм

Рисунок 3. Габариты сечения

Проверка подобранного сечения

Фактическая площадь

А= h· + 2 · b ·



A= 260 · 8 + 2 · 200 · 20 = 10080 мм

Определяем минимальный момент инерции

J= J= 2 · J= 2 · (12)

J= J= 2 · J= 2 · = 26666666,7 мм

Определяем минимальный радиус инерции

Я= (13)

Я== 51,4 мм

Определяем наибольшую гибкость

= (14)

= = 136,2 < = 120

Так как превышает предельное значение = 120, то увеличиваем ширину полки до b = 280 мм



= = = 108,6 мм < = 120 (15)

Определяем условную гибкость

(16)

где, E = 206 ·- модуль упругости.

= 108,6 ·= 3,37

Коэффициент продольного изгиба

= 1 - ( 0,073 - 5,53 ) · (17)

= 1 - ( 0,073 - 5,53 · )· 3,37 · = 0,43

Среднее значение коэффициента продольного изгиба

Проверка сечения

(18)



= 140,06 МПа

Недонапряжение

· 100% (19)

· 100 = 33,3 %

Недогруз более 5% допускается, т.к. он оправдан переходом на ближайшие профили ГОСТа.

Проверка устойчивости стенки и поясов колонны

При должно выполняться условие

(20)

Неравенство не выполняется, требуется установить продольные ребра жесткости.

Проверка на поперечные ребра

(21)

2,2 · = 32,568,86

Условие не выполняется, установка поперечных ребер не требуется.

Условие устойчивости



(22)

6,8<21,9

Условие выполняется, устойчивость пояса обеспечена.

2.2 Расчёт продольных ребер

Определяем ширину продольного ребра

(23)

=80 мм

Определяем толщину продольного ребра

(24)

Принимаю = 6 мм



2.3 Расчёт базы

Определяем расчётную силу давления на фундамент с учётом веса

N= N +p ·A· g · H · (25)

где , N - Расчетная нагрузка на колонну в кН

p- плотность стали = 7,85 Т/м= 78,5 кН

А- Фактическая площадь сечения стержня в м

g- 9,81 м/с - ускорение в свободном падении

H=L высота колонны в м

= 1,05 - коэффициент надежности

N= 960 + 78,5 ·0,01 · 9,81 ·10 ·1,05= 1040,8 кН

Требуемая площадь опорной плиты

А= (26)

А= = 177915 мм

где, - коэффициент задаваемых пределов

= (1,2 - 1,5)

R- расчетное сопротивление бетона осевого сжатия

R= 4,5 МПа для бетона М 100

Конструируем базу колонны с двумя траверсами с приваркой их к полкам колонны и к плите угловыми швами. Толщину траверсы выбираем из листов толщиной = 10 мм, с выпуском за них плиты на расстояние с = 50 мм

Диаметр анкерных болтов принимаем М 30 мм

Ширина плиты базы

b= b + 2 · ( + c ) (27)

b= 280 + 2 · ( 10 + 50 ) = 400 мм

Длина плиты базы

= (28)

= = 444,8 мм

Увеличиваем длину плиты т.к. она меньше высоты сечения стержня

=h=2·d (29)

d=75 мм

=300+2·75=450 мм

Определяем размер внутри сечения колонны

a = (30)

a = = 136 мм

Определяем среднее напряжение в бетоне фундамента



= g = (31)

= g = = 5,8 мПа < = 10

Определяем изгибающие моменты

Участок 1 опертый по четырем сторонам внутри сечения стержня колонны

М= q · а (32)

М= 0,1 · 5,8 · 136= 10728

где, - коэффициент, зависящий от отношения сторон участка.

Отношение

(33)

= 2 мм

Этому отношению соответствует = 0,1 [1,47 ,таб. 3,8]

Участок 2

М= q · (34)

М= 5,8 · = 16312,5 H·мм

Определяем толщину плиты



? (35)

? = 21,6 мм

Принимаем по ГОСТ = 22 мм

2.4 Расчёт траверсы

Определяем высоту траверсы

h= + (36)

где, - Коэффициент зависящий от вида сварки.

= 0,7 - для ручной дуговой сварки и для многопроходной автоматической и

полуавтоматической сварки.

К - Катет шва.

К = 1,1 · = 11 мм

- Расчетное сопротивление шва.

= 165 мПа.

h= +10=214,8 ? 215



2.5 Расчёт оголовка

Размеры плиты оголовка соответствует габаритным размерам сечения стержня.

Задаемся:

m = d = 40

L= h + 2 ·d (37)

L= 300 + 2 · 40 = 380 мм

b= b + 2 · m (38)

b= 280 + 2 · 40 = 360 мм

Толщина оголовка

= ( 1,5 ч 2 ) · (39)

= 1,5 · 22 = 33 мм Принимаем по ГОСТ =34мм

2.6 Расчёт сварных соединений

Приварка стержня к базе и оголовку

Касательное напряжение

(40)



= 280 · 2 + 260 · 2 + 20 · 4 + 136 · 4 = 1704·2=3408 мм

Высота катета сварного шва плиты с колонной

(41)

Принимаем по ГОСТу К = 6 мм

Приварка траверсы к базе

(42)

=450·2+75·4+260·2=1720 мм

= 144,07 мПа < 210 мПа

Приварка траверсы к стержню

Назначаем катет : К = 9

(43)



=214,8·4=859,2

=193 мПа

2.7 Расчёт веса колонны

Определяем вес траверсы

(44)

Определяем массу стержня

Масса стенки

(45)

Масса полки

(46)

Определяем массу оголовка

(47)



= 360 · 34 · 380 · 0,00785 · 10= 36,5 кг

Определяем массу плиты

(48)

= 400 · 22 · 450 · 0,00785 · 10= 31,09 кг

Определяем массу ребер жесткости

= (49)

= 80 · 6 · 10000 · 0,00785 · 2 · 10= 75,36 кг

Определяем массу колонны

m = (50)

m = 15,2 + 163,28 + 879,2 + 36,5 + 31,09 + 75,36 = 1200,63 кг

Определяем массу наплавленного металла

m = = = 18 кг. (51)

Определяем общую массу колонны

= 1200,63 + 18 = 1218,63 кг (52)

 Заключение

В курсовой работе была спроектирована и расчерчена колонна центрально - сжатая.

Габаритные размеры колонны:

Высота колонны

Ширина колонны В = 280 мм

Сечение колонны b x h 280 x 300

Вес колонны = 1218,63 кг.

сварной колонна сталь стержень

Список литературы

1. Лукин Р.С. « Расчет и проектирование сварочных конструкций»

Методическое пособие НПК -2008г. - 15 с.

2. Николаев Г.А., Куркин С.А., Винокуров В.А. « Сварные конструкции» 1982 г. - 300 с.

3. Николаев Г.А., Куркин С.А., Винокуров В.А. « Сварные конструкции» Прочность сварных соединений и деформации конструкций. Учебное пособие « Высшая лига» 1982г. - 272с.

4. Серенко А.Н. « Расчет сварных соединений и конструкций» Киев, издательское объединение « Высшая школа» 1977г. - 316с.

5. Методическое пособие по курсовому проектированию сварочных конструкций.

Размещено на Allbest.ru

...