Содержание

1. Описание конструкции

2. Особенности выбора материала конструкции

3. Проектирование сечения балки

4. Обеспечение общей и местной устойчивости балки

5. Расчет сварных соединений и проектирование необходимых стыков

6. Конструирование и расчет опорных частей балки

7. Расчет массы конструкции

8 Литература

Введение

Практически во всех отраслях народного хозяйства находят применение различного рода и назначения конструкции, одни из них могут быть сварными конструкциями. К сварным относятся такие конструкции, неразъемные соединения, которые изготавливаются при помощи сварки. Трудно найти отрасль, где не находили применение сварные конструкции. Сварка является одним из ведущих технологическим процессов обработки металлов. Преимущество сварных конструкций в настоящие время не вызывает сомнения. Применение сварки дает прочное, неразъемное герметичное соединение; экономию металла (на 20-25% по сравнению с клепкой и до 50% по сравнению с литьем), времени и рабочей силы; уменьшение расходов на оборудование цехов по изготовлению металлоконструкций и позволяет решить ряд сложных технических задач по созданию принципиально новых конструкций.

2 Описание конструкции

Балки присутствуют в составе многих сварных конструкций (рамные конструкции, мостовые краны, строительные конструкции) и как элементы этих конструкции работают в основном на поперечный изгиб м передают действующую нагрузку на балу; в некоторых конструкциях балки работают на косой изгиб, кручение или могут передавать продольные усилия

Широкое распространение балок определяется простой конструкции, простотой изготовления и надежностью в работе.

В зависимости от нагрузки и пролета применяют балки двутаврового и швеллерного сечения. Во всех случаях служебное назначение балок заключается в том чтобы, приняв нагрузку от других элементов конструкции, передать ее на опоры на те части конструкции, которые, в свою очередь, поддерживают балки.

Сварная конструкция в данном курсовом состоят из трех элементов: вертикальной стенки, и двух горизонтальных полок, присоединяемых к стенки при помощи сварки.

Полка 1/2; Стенка 2/1; Ребра 3/13; Плита 4/2.

3 Материал конструкции

Материал: Сталь Ст3сп, сталь обыкновенного качества сваривается без ограничений.

Назначение: Несущие элементы сварных конструкций, работающие при переменных нагрузках: толщиной до 25мм в интервале температур от-40 до+425^◦С.

Свариваемость: Сваривается без ограничений.

Способы сварки: РД, РАД, АФ, МП, ЭШ, и КТ. Для толщины свыше 36мм рекомендуется подогрев и последующая термообработка.

Таблица 1 – Химический состав стали Ст 3сп, % ГОСТ 380-94

C	Si	Mn	S	P	Cr	Ni	Cu	As	N
0,14- 0,22	0,15- 0,30	0,40- 0,65	≤ 0,050	≤ 0,040	≤ 0,30	≤ 0,30	≤ 0,30	≤ 0,080	≤ 0,010
			≤ 0,045	≤ 0,035					≤ 0,008

Таблица 2 – Механические свойства проката

ГОСТ	Состояние поставки	σ 0.2 н/мм	σв н/мм	%
14637-89	В горячекатаном состоянии	235	370-480	25

Рисунок 1. Проектирование балки

Рисунок 2. Эпюры изгибающих моментов

2 Построение эпюры изгибающих моментов рисунок 1

MA=0кН

MB=750кН

MB=MB*1/2-q*1/2*1/4

М_с=750*1/2-100*1/2*1/4=34375Кн

2.1 Опасное сечение из эпюры изгибающих моментов и из него максимальный изгибающий момент.

М _max =Р*а

М _max.=4.5 кН/м

3 Определяем высоту балки

3.1 Высота балки из условия жесткости

[ 4, с. 5 ] ( 2 )

где hж- высота балки из условия жесткости, мм;

l/f- величина обратная величина относительному прогибу;

-коэффициент зависящий от сочетания нагрузок и схемы закрепления балок;

= 1.0÷0.3 ( = 0.3)

Е- модуль упругости первого рода Е= мПа

R-Расчетное сопротивление материала для стали Ст3СП R=2100мПа

m- коэффициент условий работы m=1

кН- коэффициент надежности по назначению кН=1

мм

3.2 Высота балки из условия прочности и экономичности

[ 4, с. 5 ] ( 3 )

Где h_э- высота балки из условия прочности и экономичности мм,

Мmаx- максимальный изгибающий момент Нмм,

_ст- толщина вертикальной стенки, первоначально _ст назначают в приделах от 5 до 10мм

мм

3.3 Высоту балки принимаем из большего значения т.е. из условия жесткости, т.к. разница между значениями hж и hэ большая, hж следует занизить на 15%.

4. Конструктивное сечение балки высотой h

4.1 Толщина пояса (полки)

[ 3, с 5 ] ( 4 )

Где толщина полки пояса

=0.025*200= 5 мм принимаю 35 мм

4.2 Толщина вертикальной стенки:

[ 3, с 5 ] ( 5)

Где -толщина вертикальной стенки

h- окончательная высота балки

4.3 Высота вертикальной стенки:

[ 3, с 5 ] ( 6 )

Где - высота вертикальной стенки

4.4 Расстояние между центрами тяжести полк

[ 3, с 5 ] ( 7 )

Где -расстояние между центрами тяжести полок

4.5 Момент инерции вертикальной стенки

[ 3, с 6 ] ( 8 )

Где -момент инерции вертикальной стенки

4.6 Требуемый момент инерции:

[ 3, с. 6 ] ( 9 )

Где -требуемый момент инерции

4.7 Момент инерции пояса.

I_п2=I_тр-I_cт [ 3, с. 6 ] ( 10 )

Где Iп2-момент инерции поясов

I_п2=

4.8 Ширина пояса (полки)

А_п ≥2*I_п2/ [ 3, с. 6 ] ( 11 )

Где А_п- площадь сечения одной полки

А_п ≥2*

b_п ≥А_п/

Где b_п- ширина полки

b_п ≥ принимаю 27 см [ 3, с. 6 ] (12 )

b_п/

5. Технологические и конструктивные требования к сечению пояса

5.1 для балки высотой h≥2000 мм ширина пояса должна быть b≥270мм, требования соблюдаются, т.к при высоте h=2000мм b=270мм.

5.2 Отношение ширины полки к ее толщине должно быть от 10-20, но не более 24.

b_п/ =10-2027355

Рисунок 3. Сечение балки

6 Проверка полученного сечения

6.1 По использованию материала

А_ст = h_ст * δ_ст [ 2, с. 6 ] ( 13 )

где А_ст – площадь сечения стенки

А_ст=200*12=2400мм²

А_П = b_П _П

где А_П  площадь сечения полки

А_п=270*35=9450мм²

2 * А_п / ( 2 * А_п + А_ст) ≥ 0,3 [ 2, с. 6] (14 )

2*9450/(2*9450+2400)= 0,7  0,3 в полках содержится  60 %

материала, что удовлетворяет требованиям по содержанию материала.

В полках должно содержаться не менее 30% материала.

6.2 Проверка по максимальным нормальным напряжениям

I_х = δ_ст * h_ст³ / 12 + 2* В_п* δ_п³ /12 + 2* В_п* δ_п* ( h₁ / 2) [ 2, с 6 ] ( 15 )

где I_х – момент инерции сечения балки

I_х = 12*193/12+2*27*35³/12+2*27*35(196/2)²=1742048мм⁴

σ_макс = М_max * h /2 * I_х ≤ R* m/кн [ 2, с 6 ] ( 16 )

где σ_макс - максимальное нормальное напряжение МП

σ_макс =4.5*10 *200/2*1742048=2583*10 ≤ R m/kн  2583*10 ≤1.718*10

σ_макс=863.112

6.3 Проверка по максимальным касательным напряжениям

S_x = В_п * δ_п * h₁ / 2 + h_ст² * δ_ст / 4 [ 4, с 6 ] ( 17 )

где S_x – статический момент инерции мм³

S_x =270*35*196/2+193²*12/4=1.129*10 см

τ_макс. = Q_max * Sx / Iх * δ_ст ≤ R_ср* m/Kн [ 4, с. 6 ] ( 18 )

где τ_макс. - максимальное касательно напряжение МПа , R_ср – расчетное сапро-

тивление материала при срезе для стали Ст 3 сп R_ср = 0,6*R = 1260МПа

Q_max – максимальная поперечная сила, Н

τ_макс. =863.118*1,129*10 /1742048*12=466≤ R_ср* m/Kн. R_ср* m/Kн = 2100

2.4 Обеспечение местной и общей устойчивости

2.4.1 Для обеспечения общей устойчивости устанавливаем дополнительные

связи по сжатому поясу.

L₀≤ 16 b_П

где L₀  расстояние между горизонтальными связями

b_П  ширина пояса

L₀≤ 16 *27=432см

2.4.2 Обеспечиваем местную устойчивость

К_y = h_ст / δ_ст > К_кр [ 2, с. 7 ] ( 19 )

где К_y- условная гибкость стенки

К_кр – критическая гибкость вертикальной стенки

Для низколегированной стали Ккр = 118

Кy = 200 / 12= 150,119< 150 горизонтальные ребра жесткости не устанавливаем,

т.к. условие К_У > К_КР выполняется

2.4.3 Устанавливаем поперечные ребра жесткости

Ширина ребра  поперечного 

b_P = h / 3+ 40 [ 2, с. 7 ] ( 20 )

где h  высота балки

b_P =200/3+40=106см

2.4.4 Толщина ребра

δ_Р > b_Р  15 [ 2, с. 7] ( 21 )

где b_Р  ширина ребра

δ_Р>106/15=7см

2.4.5 Толщина опорного ребра

δ_О.Р = δ_cТ

где δ_СТ  толщина вертикальной стенки

δ_О.Р = 12 мм

Ширину опорного ребра принимаем равной 12мм

2.4.6 Расстояние между вертикальными ребрами

a = 1.0*1.5*h

где h  высота балки

а=1.5*200=300мм

2.4.7 Количество пар ребер

n = L/a

где a  расстояние между вертикальными ребрами

n=18000/133,333=13

2.4.8 Истинная длина балки

l_и = L + δ_ст * 30 [ 2, с. 7 ] ( 22 )

где l_и – истинная длина балки, мм

δ_ст-  толщина вертикальной стенки

l_и =18000+12*30=540360см