книги / Сварка в машиностроении. Т. 3

Устойчивость в плоскости, перпендикулярной к действию изгибающего

При определении пг по формуле (100) в стержнях с закрепленными концами за расчетный момент М принимают момент в средней части длины стержня» в кон­ сольных стержнях моменты определяют в защемлениях. Коэффициенты a и f) приведены в табл. 13.

13. Коэффициенты а и р

Стержни в большинстве случаев конструируют из прокатных профильных элементов. Целесообразны гнутые элементы, так как при малой толщине они обладают повышенной жесткостью. Для сокращения объема сварочных работ и уменьшения деформаций от сварки швы в элементах следует располагать по возможности симметрично.

Типы поперечных сечений сжатых поясов приведены на рис. 26, а—и. Замк­ нутые сечения (рис. 26, в, и) целесообразны в конструкциях, где требуется повы­ шенное сопротивление кручению. Сечения, приведенные на рис. 26, д, е, встре­ чаются в фермах, в которых верхние пояса, кроме силы сжатия, испытывают изгибающие моменты» Трубчатые конструкции (рис. 26, и) рациональны с пози­ ции жесткости.

При проверке устойчивости стержней при возможном их выходе из плоскости фермы расчетные длины всех элементов принимают равными /. Для элементов решетки из одиночных уголков расчетную длину /0 принимают равной I,

Напряжения в подобранном сечении

В стержнях, поперечные сечения которых приведены на рис. 26, в—з, соединительные швы конструируют, как правило, непрерывными и выполняют автома­ тической сваркой; при этом катет шва К принимают 0,4— 0,6 s листа; нередка К = 4 - г 5 мм.

При отсутствии на панели нагрузки для расчета швов определяют поперечную

Рис. 27. Стыки элементов поясов с эксцентриситетами

Для повышения устойчивости элемента (рис. 26, г— ж) применяют соедини­ тельные планки, диафрагмы, ребра жесткости, расположенные в плоскости, перпендикулярной к оси элемента.

В крановых и стропильных фермах средней и малой грузоподъемности сече­ ния поясов часто остаются неизменными по длине. На положение центра тяжести влияет изменение поперечного сечения, что создает эксцентриситет е (рис. 27). Если е >0,02/i, то следует учесть дополнительные напряжения от изгибающего момента.

Требуемая площадь поперечного сечения стержня при растяжении

Поперечные сечения растянутых поясов приведены на рис. 26, к—р, Условия возможности изменения сечения от панели к панели в растянутых поясах те же, что и в сжатых. Соединительные швы в растянутых элементах не рабочие; катеты швов К = 4 -г- 5 мм; швы в большинстве случаев непрерывные; сваривают их на автоматах. Поперечные сечения раскосов и стоек приведены на рис. 26, с *— ч. В растянутых раскосах и стойках требуемую площадь поперечных сечений эле­ ментов определяют по формуле (108), в сжатых раскосах и стойках — по формуле (105).

Порядок подбора сечений аналогичен описанному для стоек.

Условия рационального конструирования узлов ферм следующие: геометри­ ческие оси соединяемых стержней должны пересекаться в одной точке — центре

узла; должна быть обеспечена возможность наложения швов, прочно прикреп­ ляющих раскосы и стойки к поясам в удобном для производства сварочных работ положении; не должно быть лишних швов.

Требуемая длина швов, прикрепляющих стержень в узле,

где [т'] — допускаемое напряжение в шве при срезе.

Если присоединяемый элемент является уголком, то сварные швы рассчиты­ вают, как указано в гл. 1.

При конструировании узлов нередко используют косынки в форме надставок, вставок, прокладок, накладок. Узлы без косынок наиболее просты (рис. 28); их применяют, если могут быть соблюдены все правила рационального констру­ ирования.

Надставки приваривают к поясам втавр для обеспечения прочного прикреп­ ления раскосов и стоек (рис. 29).

Рис. 34. Узлы ферм, сваренные точками

Приближенно расчет швов, прикрепляющих надставку, может быть произве­ ден с учетом срезывающей силы

Т=Щ 7' *Ш)

Узлы со вставками (рис. 30) применяют в фермах, работающих под перемен­ ными нагрузками. Вставку к вертикальным листам прикрепляют как прямыми, так и косыми стыковыми швами.

Узлы с прокладками используют, когда сечения стержней ферм состоят из парных элементов — уголков или швеллеров, расставленных с зазором, доста­ точным для того, чтобы поместить в узле прокладку (рис. 31).

Распределение усилий между фланговыми швами неравномерное. В случае равнобоких уголков усилие со стороны обушка Tl = 0,7Т, а с противоположной стороны Т2= 0,3?.

Узел с накладкой приведен на рис. 32. Подобные узлы применяют главным образом в легких фермах.

Стыки поясов ферм разделяются на три вида: технологические, если отсут­ ствуют элементы требуемой длины; конструктивные для изменения поперечного сечения пояса от панели к панели; монтажные в зависимости от условий транспор­ тировки, Наиболее целесообразны соединения, сваренные встык прямыми и

косыми швами, при работе элементов на растяжение и сжатие, а также при стати­ ческих и динамических нагрузках (рис. 33, а и б). На рис. 33, в приведен пример соединения встык с добавлением прокладки, на рис. 33, г — втавр через про­ кладку. Последнюю из приведенных конструкций применяют в элементах, рабо­ тающих на сжатие.

Узел верхнего пояса с элементами в форме гнутых профилей, сваренных кон­ тактной точечной сваркой, изображен на рис. 34, a, a нижнего — на рис. 34, б.

Для ферм, требующих предельного сокращения массы, например, для стрел подъемных кранов, сборно-разборных мостов, гидротехнических затворов и т. п„

миниевых ферм сваривают аргонодуговой сваркой и под флюсом, реже контактгой. Для обеспечения плотности соединений и улучшения антикоррозионных свойств иногда комбинируют сварку с клейкой. При проектировании алюминиевых ферм уделяют внимание выбору конструктивных форм при наименьших значениях концентраторов напряжений.

ЛИСТОВЫЕ КОНСТРУКЦИИ

Резерву ары-хранилища, как правило, бывают цилиндрической формы. Для их изготовления применяют сталь С 36/23, а также низколегированные стали. Немаркированная сталь допускается лишь для неответственных резер­ вуаров небольшой вместимости.

Ширина поясов обечаек (рис. 36, а) зависит от ширины листов. Продольные •:вы вдоль образующей резервуара нередко сваривают встык, кольцевые — вна­ хлестку и встык. Резервуары хранилищ проектируют с учетом их изготовления методом рулонирования, который почти полностью вытеснил процесс полистовой сборки. Нижние пояса чаще сваривают встык, верхние — внахлестку. При рулогировании используют листы толщиной до 14 мм и более; применение низколеги- I ованных сталей расширяет возможности этого метода.

Расположение швов показано на рис. 36, б—г. Угловые швы, как правило, выполняют непрерывными. Толщина листов поясов зависит от давления жидкости, наполняющей резервуар.

Требуемая толщина листа пояса

свободной поверхности); по соображениям рационального конструирования наи­ меньшую толщину пояса в резервуарах принимают 4 мм; при определении р на пояс за h принимают расстояние до сечений А, как показано на рис. 36; [а]' —

допускаемое напряжение в сварном шве.

Л

7 ^

a&4s

• менее 25 мм

г)

Рис. 36. Сварное соединения обечаек резервуаров

При проектировании резМвуаЪо^ применяют метод расчета прочности по предельному состоянию. При этом доп^с*^^106 напряжение

И р = R £■;

где hn — высота пояса; d — диаметр отверстия, то отверстие не опаснее так как в месте выреза расчетное напряжение о меньше допускаемого [о]р.

Если напряжение в сечении, ослабленном отверстием, больше [а]р, то пояс в зоне выреза целесообразно усиливать (рис. 37, б), например, кольцом,

Так как плоское днище резервуаров, установленных на песчаные и бетонные основания, не воспринимает усилий существенной величины, то их толщину назна чают 4—8 мм в зависимости от диаметра и без дополнительной проверки проч­

ности .

Резервуары большого диаметра можно проектировать с составными стенками в цилиндрической части, соединенными из двух тонких листов и более. Для повы шения жесткости гонкостенных поясов в верхней малонагруженной части резер

вуаров предусматриваются зиги, направленные по кольцу, позволяющие исполь' зовать листы толщиной 3 мм.

В некоторых конструкциях вертикальных резервуаров, например в баках, устанавливаемых на водонапорных башнях, днища выполняют сферическими.

Для устранения напряжений сжатия значительной величины и напряжения изгиба применяют плавные сопряжения цилиндра с днищем по эллиптической кривой, что позволяет избежать напряжений сжатия в зоне сопряжения с цилин­ дром или довести их до незначительной величины.

В продольных швах труб от внутреннего давления создаются напряжения

В кольцевых стыках труб от давления жидкости создайся напряжение (117)

При понижении температуры воздуху относительно температуры в период монтажа и сварки в кольцевых стыргЗс в условиях жесткой заделки образуется напряжение

где М — изгибающий момент от собственной массы трубы и жидкости, напол­ няющей ее; W — момент сопротивления сечения трубы.

Суммарное напряжение в кольцевых швах должно быть

= 0,9 — коэффициент условий работы; при проходе через препятствие m = 0,75; п — коэффициент перегрузки; для газопроводов л = 1,20, для нефтепроводов п = 1,15.

Для немагистральных линий можно применять плоскосворачиваемые трубы. Толщина стенки такой трубы диаметром 150мм составляет 2мм, обычной — 6 мм; число стыков на 1 км трубопровода соответственно 4—6 и 85— 125.

11а рис. 38 показана цистерна с выпуклым днищем, а на рис. 39 — резервуар н J алюминиевого сплава. Для уменьшения концентраторов напряжений широко применены соединения встык, а также втавр с разделкой кромок.

Резервуары с плавающей крышей вместимостью до 100 тыс. м3 и более при­ меняют в большинстве случаев для нефтепродуктов, легко испаряющихся, рабо­ тающих при невысоких положительных температурах. Используют также резер­ вуары-хранилища в форме сфероидов, каплевидные, цилиндрические со сфери­ ческими крышами и другие сосуды, содержащие нефтепродукты (кипящие при

атмосферном давлении и низкой положительной температуре), резервуары, рабо­ тающие при высоких давлениях (до 15 кгс/см2 и выше).

Из высокопрочных сталей изготовляют резервуары-хранилища газов диамет­ ром до 15 м и высотой 80 м. При небольших внутренних давлениях используют

Рис. 38. Конструкция сварной горизонтальной цистерны

цилиндрические резервуары с плоскими днищами и выпуклыми крышами. В неко­ торых случаях резервуары углубляют в грунт, устанавливают в пещерах: при этом вода с внешней стороны способствует уравновешиванию внутреннего давле­ ния при его наличии.

Рис. 39. Конструкция резервуара из алюминиевого сплава

Разработаны системы цилиндрических резервуаров с многослойными стенками (с применением в концах кованых царг); при этом цилиндрическая часть полу­ чается с помощью нескольких колец, насаженных в горячем состоянии, обеспе­ чивающих плотную посадку и образование полезных остаточных напряжений в кольцах, прилегающих к внутренней части цилиндра. В других случаях цилиндрические части резервуаров изготовляют методом навивки из высокопроч­ ной стальной ленты,