Рекомендуемая литература

Задание

На курсовой проект профессионального модуля МДК 02.01 основы расчета и проектирования сварных конструкций

Специальность 22.02.06 «Сварочное производство»

Студент Минликаев Валерий Вадимович

Тема: Расчет и проектирование сварной балки

Утверждена приказом по колледжу от 27 марта 2020г. № 141с/02

Рассчитать и спроектировать сварную сплошностенчатую балку перекрытия объекта 1 класса ответственности, которая несёт равномерно распределённую нагрузку, складывающуюся из постоянной нагрузки р₁_n с коэффициентом надёжности γ_f₁ и временной нагрузки р₂_n c коэффициентом надёжности γ_f₂. Строительный габарит для балки h_б _, пролёт балки L, материал балки ВСт3пс.

Данные	p_1n, кН/м	γ_f1	p_2n, кН/м	γ_f2	h_б, м	L, м
Данные	32	1,1	175	1,2	1,3	10

Срок сдачи работы 25.06. 2020 г.

Содержание Пояснительной записки

Введение.

Раздел 1. Расчётная часть

1.1. Определение нагрузки на балку

1.2. Определение размеров поперечного сечения балки

1.3. Проверка балки на прочность

1.4. Изменение сечения балки

1.5. Проверка прочности изменённого сечения балки

1.6. Устойчивость балки и её элементов

1.7. Рёбра жёсткости

Раздел 2. Технологическая часть

2.1. Анализ конструкции изделия на технологичность

2.2 Технология сборки и сварки

2.3. Применяемое оборудование.

2.4 Выбор и обоснование сварочного инструмента

2.5 Контроль качества сборки и сварки

2.6 Требования техники безопасности при изготовлении сварной конструкции

Объем проекта

1. Пояснительная записка 25–35 страниц формата А4 (60%)

2. Графическая часть (40%)

Рекомендуемая литература

1. Николаев Г.А., Винокуров В.А., Сварные конструкции. Расчет и проектирование. - М. Высшая школа. 2016.-446 с..

2. Овчинников В.В., Расчет и проектирование сварных конструкций М. «Академия» 2016

3. Овчинников В.В., Расчет и проектирование сварных конструкций Практикум и курсовое проектирование М. «Академия» 2016

Руководитель работы ______________(Ф.Ф.Файзрахманов)

Дата выдачи задания 28 марта 2020г.

Задание принял к исполнению _____________(Минликаев В. В.)

(подпись студента)

Согласовано: председатель ПЦК Сварочное производство, пожарная

безопасность, нефтегазовое дело___________ Н.В Данилова

Лит

Лист

Листов

ГБПОУ НМК

Расчет и проектирование сварной балки

КП МДК 02.01 СП171.М1629 ПЗ

Лит

№ докум.

Изм.

Подп.

Дата

Минликаев

Разраб.

Файзрахманов

Пров.

Т. контр.

Н. контр.

Утв.

Содержание

Раздел 1 Введение 4

Раздел 2 Расчетная часть 6

2.1 Определение нагрузки на балку 6

2.2 Определение размеров поперечного сечения балки 7

2.3 Проверка балки на прочность 10

2.4 Изменение сечения балки 12

2.5 Проверка прочности изменённого сечения балки 13

2.6 Устойчивость балки и её элементов 15

2.7 Рёбра жёсткости 17

Раздел 3 Технологическая часть 22

3.1 Анализ технологичности балки 22

3.2 Технология сборки и сварки 22

3.3 Применяемое оборудование 23

Раздел 4 Графическая часть 24

Список литературы

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КП МДК 02.01 СП171.М1629 ПЗ

Раздел 1 Введение

Балка представляет собой элемент каркаса промышленного здания, предназначенный для работы на поперечный изгиб. Сварные балки применяются в тех случаях, когда условием прочности, жесткости и устойчивости не удовлетворяют балки стандартного фасонного профиля (двутаврового или швеллерного). Чаще всего применяются сварные балки, полученные сваркой трёх листов двутаврового поперечного сечения. Вертикальный лист с размерами hw и tw называется стенкой, а два горизонтальных листа с размерами bf и tf – поясами.

Рисунок 1.1 - Двутавровое поперечное сечение балки, состоящее из 3 листов

В том случае, если и эта сварная балка не будет удовлетворять условиям прочности, жесткости и устойчивости, применяют сварные балки усиленного поперечного сечения. К таким балкам относятся балки с четырьмя поясами или двумя стенками.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КП МДК 02.01 СП171.М1629 ПЗ

Рисунок 1.2 – Сварные балки усиленного поперечного сечения: а – с двумя стенками; б – с четырьмя поясами

В настоящее время всё более применяют сквозные (перфорированные) двутавровые балки. Роспуск стенки горячекатаного двутавра по ломанной линии с последующим совмещением и сваркой выступающих гребней обеспечивают получение элемента двутаврового сечения с шестиугольными отверстиями, напоминающие пчелиные соты. Иногда такие балки называют «сотовыми».

Рисунок 1.3 - Перфорированная (сотовая) двутавровая балка: а – после поспуска двутавра; б – после совмещения и сварки

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КП МДК 02.01 СП171.М1629 ПЗ

Раздел 2 Расчетная часть

2.1 Определение нагрузки на балку

Определяем расчетное значение нагрузки на балку, составляем её расчетную схему, строим эпюры поперечных си и изгибающих моментов.

Определяем максимальные значения поперечной силы и изгибающего момента.

Максимальная поперечная сила действует на опорах балки, а максимальный изгибающий момент – по середине пролёта балки.

Рисунок 2.1 – Расчётная схема балки и эпюры Qy и My

2.2 Определение размеров поперечного сечения балки

Определяем требуемый момент сопротивления изгибу поперечного сечения балки. В целях экономии материала проектируем балку переменного поперечного сечения по длине и, поэтому развитие пластических деформаций можно допустить только по середине её пролёта, где действует максимальный изгибающий момент.

где c1 = 1.1 – коэффициент безопасности;

gс = 1 – коэффициент надёжности;

Ry = 215 – расчётное сопротивление стали.

Определяем высоту поперечного сечения балки.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КП МДК 02.01 СП171.М1629 ПЗ

где = – отношение максимального прогиба к пролёту балки.

– нормативная нагрузка

Для балок высотой поперечного сечения до 3м. Рациональное значение толщины стенки.

Определяем оптимальную высоту поперечного сечения балки.

где k = 1,1 – 1,15.

Принимаем окончательную высоту поперечного сечения балки 1300 мм, что больше минимальной и почти не отличается от оптимальной высоты, а также не выходит за рамки заданного строительного габарита.

Определяем толщину стенки поперечного сечения балки.

Из условия прочности на срез:

где Rs = 0,58 × Ryn = 0,58 × 225 = 130 – рассчётное сопротивлене на срез;

Ryn = 225 – расчётное сопротивление с учётом пластических деформаций.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КП МДК 02.01 СП171.М1629 ПЗ

gс = 1 – коэффициент надёжности.

Из условия местной устойчивости:

Сравниваем полученные два значения толщины стенки, окончательно принимаем tw = 11 мм.

Определяем размеры поясных листов.

Требуемая площадь сечения пояса:

Согласно сортамента на листовой прокат назначаем высоту стенки балки hw = 1250 мм, тогда толщина каждого поясного листа:

и требуемая ширина поясного листа:

Согласно сортаменту на листовой прокат принимаем с некоторым запасом листы с размерами bf = 350 мм и tf = 25 мм.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КП МДК 02.01 СП171.М1629 ПЗ

Подобранное поперечное сечение балки требует конструкторской проверки. Необходимо, чтобы: tf < 3tw, 25 < 33, а также: bf / h = (0,2 … 0,33), 350 / 1300 = 0,269.

Подобранные размеры отвечают условиям конструкторской проверки.

Для окончательного утверждения принятых размеров поперечного сечения балки необходимо проверить местную устойчивость сжатого верхнего пояса. Её обеспечивают следующие соотношение:

Рисунок 2.2 – Поперечное сечение балки

2.3 Проверка балки на прочность

По назначенным размерам поперечного сечения балки определяем следующие геометрические характеристики:

- площадь сечения:

- статический момент площади половины поперечного сечения относительно нейтральной оси X:

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КП МДК 02.01 СП171.М1629 ПЗ

момент инерции поперечного сечения относительно нейтральной оси Х:

- момент сопротивления поперечного сечения относительно нейтральной оси Х:

Определяем вес одного метра балки и уточняем расчётные усилия: нормативный вес одного метра

где p = 7850 кг/м3 = 7,85 × 103 × 9,81 Н/м3 – плотность стали

Суммарная расчётная нагрузка с учётом веса:

Проверяем прочность балки:

- по нормальным напряженям:

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КП МДК 02.01 СП171.М1629 ПЗ

где с = 1,09 – коэффициент, зависящий от отношения Af / Aw = 25 × 350/10 × 1250 = 0,72;

- по касательным напряжениям:

Прочность балки по нормальным и касательным напряжениям обеспеченна.

2.4 Изменение сечения балки

Так как нагрузка на балку неравномерна, целесообразно спроектированное поперечное сечение балки выполнять не по всей её длине. На концах балки поперечное сечение выполнять уменьшенным. Рекомендуется ширину уменьшенного пояса принимать в два раза меньшим по сравнению с определённым ранее значением, но не менее 180 мм, в нашем случае: bf = 350/2 = 180 мм.

Тогда момент инерции уменьшенного сечения относительно нейтральной оси Х будет:

Момент сопротивления уменьшенного сечения относительно нейтральной оси Х будет:

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КП МДК 02.01 СП171.М1629 ПЗ

Вычисляем предельный изгибающий момент, который может быть воспринят уменьшенным сечением балки без пластических деформаций:

где Rwy = 0,85 × Ry = 0,85 × 215 = 180 Н/мм2

Составляем аналитическое выражение изгибающего момента и приравниваем его к Мu:

2.5 Проверка прочности изменённого сечения балки

Проверяем прочность изменённого сечения балки по касательным напряжениям на опорах.

Статистический момент половины измененного сечения балки относительно нейтральной оси Х:

КП ОПРСК СП171 М1629 ПЗ

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КП МДК 02.01 СП171.М1629 ПЗ

Максимальные касательные напряжения:

По приведенным напряжениям:

Нормальные напряжения на уровне поясных швов:

Поперечная сила на расстоянии от опоры z = 1,6 м:

Статический момент площади сечения пояса относительно нейтральной оси Х:

Касательные напряжения на уровне пояса:

Приведённые напряжения:

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КП МДК 02.01 СП171.М1629 ПЗ

β = 1,15 – коэффициент, учитывающий развитие пластических деформаций.

Прочность по приведенным напряжениям обеспеченна.

Рисунок 2.3 – Конструкция пояса балки

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КП МДК 02.01 СП171.М1629 ПЗ

Рисунок 2.4 – Эпюры нормальных и касательных напряжений

2.6 Устойчивость балки и её элементов

Рисунок 2.5 – Размещение балок настила

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КП МДК 02.01 СП171.М1629 ПЗ

Балки настила изготавливают из фасонного проката двутавр № 30 и устанавливаем на проектируемой балке м шагом l0 = 1 м.

На крайних участках балки, где ширина её поясов уменьшена, отношение:

Сравниваем это отношение с величиной, полученной по формуле:

Следовательно, устойчивость балки обеспечена.

Коэффициенты ε, η, ξ.

В средней части балки, где отношение:

допускается развитие пластических деформаций в сечении с максимальным изгибающим моментом.

Следовательно, наибольшее значение этого отношения необходимо умножить на поправочный коэффициент, который составляет:

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КП МДК 02.01 СП171.М1629 ПЗ

Тогда:

следовательно, общая устойчивость балки обеспечена.

Устойчивость сжатого верхнего пояса уже проверялась в подразделе 2.2.

Проверяем устойчивость стенок.

Условная гибкость:

следовательно, условие устойчивости стенки не выполняется и требуется рёбра жесткости.

2.7 Рёбра жёсткости

Выясним, возможна ли расстановка рёбер жёсткости на расстоянии, равном удвоенному шагу балок настила. Проверим устойчивость стенки с учётом местных напряжений под балкой настила в отсеке, где изменяется сечение балки, т. е. на расстоянии 1 м от опоры.

Определим изгибающий момент и поперечную силу в этом месте

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Краевое нормальное напряжение:

Среднее касательное напряжение:

Местное напряжение:

где b = 135 мм – ширина полки двутавра №30.

Коэффициент защемления стенки в поясах:

где β = 0,8 при прерывном опирании.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КП МДК 02.01 СП171.М1629 ПЗ

Отношение сторон отсека:

Отношение напряжений:

В этом случае критическое напряжение определяется по формуле:

где с2 табличный коэффициент.

Критическое местное напряжение:

где табличный коэффициент:

Критическое касательное напряжение:

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КП МДК 02.01 СП171.М1629 ПЗ

Найденные напряжения и их критические значения подставим в формулу:

Результат показывает, что принятая расстановка рёбер жёсткости обеспечивает устойчивость стенки и нет необходимости укреплять её под каждой бал

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КП МДК 02.01 СП171.М1629 ПЗ

кой настила.

Конструируем рёбра:

Ширина одного ребра:

Ширина свеса уменьшенного пояса:

102 > 94,5 – не подходить (ширина ребра больше свеса пояса).

Конструируем парные рёбра жёсткости, ширина которых:

Примем bh = 85 мм < 95 мм

Толщина рёбер:

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КП МДК 02.01 СП171.М1629 ПЗ

Предусматриваем парную расстановку рёбер жёсткости на расстояниях, равных удвоенному шагу балок настила.

Рисунок 2.6 – Ребро жёсткости

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КП МДК 02.01 СП171.М1629 ПЗ

Раздел 3 Технологическая часть

3.1 Анализ технологичности балки

Для изготовления сварной балки применяется низкоуглеродистая сталь ВСт3пс, относящаяся к первой группе по свариваемости. Сварные соединения из этих сталей отличаются высоким качеством, получаются без применения дополнительных приёмов. Заготовки для элементов балки изготовляются из листового проката термической резкой и не нуждаются в дальнейшей механической обработке. Все сварные соединения располагаются симметрично, отсутствует скопление сварных швов в одном месте, имеется хороший доступ к местам сварки и для выполнения контрольных операций. Сварная балка позволяет применять высокопроизводительные способы сборки и сварки с применением прогрессивного оборудования и не требует высокой квалификации основных рабочих. Все выше сказанное позволяет сделать вывод, что спроектированная сварная балка является технологичной.

3.2 Технология сборки и сварки

Заготовки элементов, полученные термической резкой, правится на листоправильных вальцах и транспортируются к месту сборки мостовым краном. Сборка осуществляется по разметке на плите модели ПС-2.5Х4 с использованием перпендикулярных зажимов. На сборку поступают сваренные предварительно ручной электродуговой сваркой широкий и узкий пояса с применением V-образной обработки кромок в количестве 2-х штук (верхний и нижний), одна стенка и 14 рёбер жёсткости. На поясах с помощью мостового крана устанавливаем стенку, выверяя установку с помощью угольника, и осуществляем прихватку. Затем устанавливаем и прихватываем второй пояс. При сборке должна соблюдаться симметрия и перпендикулярность поясов относительно стенки. Рёбра жёсткости устанавливаем по разметке и прихватываем. При вертикальном расположении балки сварка производится под флюсом двумя автоматами, обеспечивающими высокую производительность. Для исключения сварных деформаций производим жёсткое закрепление балки при помощи зажимов к плите. При сварке используем проволоку СВ-08А диаметром 5 мм и флюс ОСЦ-45 по

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КП МДК 02.01 СП171.М1629 ПЗ

ГОСТ 9087-69. Применяемый флюс малочувствителен к ржавчине, даёт плотные швы, стойкие против образования горячих трещин. Сварку ведём в кантователе «в лодочку». После сварки двутавровой балки необходим контроль симметричности и перпендикулярности поясов относительно стенки. Рёбра жёсткости привариваем ручной дуговой сваркой электродами Э42. После сварки рёбер жёсткости, отбиваем шлак, очищаем металл от брызг, производим контроль и транспортируем сварную балку на склад.

3.3 Применяемое оборудование

Для автоматической сварки применяем аппарат тракторного типа АДГ-502, который комплектуется универсальным выпрямителем ВДУ-506.Для ручной дуговой сварки в качестве источника питания применяем трансформатор ТД-306.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КП МДК 02.01 СП171.М1629 ПЗ

Раздел 4 Графическая часть

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КП МДК 02.01 СП171.М1629 ПЗ

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КП МДК 02.01 СП171.М1629 ПЗ

Список использованных источников

Основные источники:

1. Жуков В. А. Механика. Основы расчёта и проектирования деталей машин: Учебное пособие / В.А. Жуков, Ю.К. Михайлов. - М.: НИЦ ИНФРА-М, 2014. - 349 с

http://znanium.com/catalog.php?bookinfo=427644

2. Овчинников В. В. Производство сварных конструкций: Учебник/В.В.Овчинников - М.: ИД ФОРУМ, НИЦ ИНФРА-М, 2015. - 288 с.: 60x90 1/16. - (Профессиональное образование)

http://znanium.com/catalog.php?bookinfo=500249

3. Нормирование труда / В.Б. Бычин, С.В. Малинин, Е.В. Новикова. - М.: НИЦ ИНФРА-М, 2015. - 352 с.

http://znanium.com/catalog.php?bookinfo=507650

4. Основы автоматизированного проектирования технологических процессов в машиностроении: Учебное пособие / Акулович Л.М., Шелег В.К. - М.:ИНФРА-М Издательский Дом, Нов. знание, 2016. - 488 с.

http://znanium.com/catalog.php?bookinfo=461911

5. САПР технолога машиностроителя: Учебник/Э.М.Берлинер, О.В.Таратынов - М.: Форум, НИЦ ИНФРА-М, 2015. - 336 с.

http://znanium.com/catalog.php?bookinfo=501435

Дополнительные источники:

1. Гусева Т.И. Расчёт и проектирование сварных конструкций. Курсовое проектирование: Учеб. пособие для студентов машиностроительных техникумов и колледжей по специальности «Технология сварочного производства». СПб.: Политехника, 2008 – 208 с.

2.Кузнецов В.А. Технологические процессы в машиностроениии: учебник для студ. учреждений сред. проф. образования / В.А.Кузнецов, А.А.Черепахин. – М.: Издательский центр «Академия», 2009. – 192с.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КП МДК 02.01 СП171.М1629 ПЗ

Седель О.Я. Техническое нормирование. Практикум: пособие / О.Я.Седель. – М.: Новое знание; Минск Новое знание, 2010. – 333с.: ил. – (Профессиональное образование)

4.Норенков И.П. Основы автоматизированного проектирования. Учебник. -М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2009 – 359 с.

Интернет ресурсы

1. Электронный ресурс «Металлические конструкции». Форма доступа: http://metalkon.narod.ru/guide/

2. Электронный ресурс «Изготовление конструкций балочного типа». Форма доступа: http://www.svarkainfo.ru/rus/lib/book/balki/

3. Электронный ресурс «Сварные конструкции». Форма доступа: http://svarnye-konstrukcii.ru/svarka/proverka_osnovnyh_elementov/66

4. Электронный ресурс «Расчет плоских ферм при подвижной нагрузке». Форма доступа: http://www.ref.by/refs/88/19892/1.html

5. Электронный ресурс «Технологический процесс сварки». Форма доступа: http://www.weldzone.info/technology/teoriya-svarki/498-texnologicheskij-proczess-svarki

6. Электронный ресурс «Технологический процесс производство сварных конструкций». Форма доступа: http://www.uzim.ru/324-texnologicheskij-process-proizvodstva-svarnyx-konstrukcij.html

7. Электронный ресурс «Методические указания по использованию систем КОМПАС, ВЕРТИКАЛЬ в учебном процессе». Форма доступа: http://edu.ascon.ru/library/methods/.

8. Электронный ресурс «Демонстрационные материалы о программных продуктах ЗАО АСКОН». Форма доступа: http://edu.ascon.ru/library/demomaterials/

9. Электронный ресурс «Полезные ссылки на сайты по использованию систем КОМПАС, ВЕРТИКАЛЬ в учебном процессе». Форма доступа: http://edu.ascon.ru/library/links/

Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:

Среднее квадратическое отклонение

Основные теории происхождения государства

Гражданская война в России. Причины, ход, итоги и последствия

ВИДЫ ОРУЖИЯ МАССОВОГО ПОРАЖЕНИЯ И ПОСЛЕДСТВИЯ ЕГО ПРИМЕНЕНИЯ

Методика обучения ребенка строевым упражнениям

Средства ЛФК. Классификация физических упражнений в ЛФК и их характеристика

Самый сильный аргумент, почему эволюция человека не могла быть