Практична робота №3

3 Розрахунок та проектування зварної колони.

3.1 Мета роботи: оволодіти навичками проектування і перевірочного розрахунку зварних колон. Зварна колона повинна задовольняти вимоги міцності, загальній та місцевій стійкості.

3.2 Обладнання і приладдя:

3.2.1 Мікрокалькулятор.

3.2.2 Навчально-довідкова література.

3.3 Хід роботи:

Вихідні дані у таблиці 3.1.

3.3.1 Розрахункова схема колони.

Рис. 3.1 Розрахункова схема стояка

Стояк шарнірно опертий і централь­но навантажений, тому на стояк діє поздовжня внутрішня сила N = Р. Оскільки фактична поперечна сила відсутня, приймаємо, що на стояк діє умовна поперечна сила Q. Для шарнірно опертого стояка μ= 1.

3.3.2 Компоновка перерізу стояка.

3.3.2.1 Визначаємо потрібну площу перерізу стояка. Приймаючи коефіцієнт поздовжнього згину φ = 0,7

3.3.2.2 Вибираємо стояк суцільного перерізу двотаврового типу (рис. 3.2).

Рис 3.2 Переріз стояка

3.3.2.3 За прийнятим значенням коефіцієнта φ = 0,7 з таблиці 3.2 визначаємо гнучкість стояка λ = λ_х = λ_у (умова рівної стійкості) і визначаємо розміри h_x і h_y.:

(м²)

(м)

(м)

Значення коефіцієнтів а і b знаходимо за таблицею 3.3.

Визначаємо розміри складових перерізу.

Іноді розміри h перерізу стояка при висоті колон l = 10 - 20 м можуть братися не меншими h = (l/15...l/20).

Розміри складових перерізу призначають, виходячи з наступних розу­мінь. Для поясів застосовують листи товщиною δ_п = 8 - 40 мм, а для стінки - товщиною

δ_ст = 6 - 16 мм у залежності від потужності колони.

Ширина поясних листів b_п повинна призначатися такою, щоб лист не міг утратити стійкість від впливу стискаючих нормальних напружень. Однак для стояків, мабуть, бажано при втраті місцевої стійкості полиць мати критичні напруження трохи вищі, ніж критичні напруження всього стояка в цілому, а ці напруження, як відомо, є функцією гнучкості стояка. Тому за нормами найбільша розрахункова ширина звису листа (полці) визначається в залежності від гнучкості стояка .

За рекомендацією табли­ці 3.4.

,мм

Мінімальна ,мм

Визначаємо геометричні характеристики перерізу:

площа перерізу ,м²

моменти інерції:

,м⁴

,м⁴ радіуси інерції:

,м²

3.3.2.4 Визначаємо гнучкість і використовуючи таблицю коефіцієнт φ.

;

Визначаємо λ _max, та коефіцієнт φ.

3.3.3 Перевірка міцності і стійкості стояка:

,МПа

Якщо ця умова не дотримується (σ відрізняється від [σ] на ±5%), слід внести відповідні зміни в розміри складових перерізу.

Крім забезпечення міцності і стійкості, необхідно передбачити заходи проти скручування стояка - постановку діафрагм та ребер жорсткості.

Діафрагми підвищують опір стояка скручуванню. У кожному стояку повинно бути не менше двох діафрагм.

При значній висоті стояка необхідні проміжні діафрагми. Відстань між діафрагмами в межах 4 м. Діафрагми бувають листові і ґратчасті. Листові діафрагми вигідні при невеликому (менше 0,8 м) розносі стержнів Перерізу. У стояках суціль­ного перерізу роль проміжних діафрагм виконують поперечні ребра жорсткості, розставлені через 2,5 - 3h_x по висоті.

Ширина поперечних ребер b_р ≥ h_х / 30 + 40 мм,

товщина δ_р ≥ b_р / 15.

Товщину листових діаф­рагм призначають такою, як і для планок.

Рис. 3.3 Діаграма стояка

3.3.4 Зварні з'єднання. З'єднання стінки з полицями проектуємо у вигляді двостороннього таврового з'єднання без розкриття кромок Т1 для автома­тичного дугового зварювання за ГОСТ 8713-79 з кутовими швами катетом (рис. 3.4).

Рис.3.4 Зварні з’єднання стояка

Міцність швів перевіряємо на дію умовної поперечної сили Q_ум:

Q_ум = 30F

Напруження у швах:

де статичний момент полки:

Приварювання ребер виконується дуговим механізованим зварюван­ням у середовищі вуглекислого газу за ГОСТ 14771-76. Тип з'єднання Т5 з катетом кутового шва. Шви перевірки на міцність не потребують.

3.4 Зробити висновки.

Таблиця 3.1 Розрахункові дані

№ варіанта	Матеріал	Сила Р,кН	Довжина стояка l,м
1	09Г2С	1000	6
2	10ХСНД	2000	10
3	15ХСНД	3000	8
4	Ст3сп	1000	4
5	09Г2С	2000	7
6	10ХСНД	1500	12
7	09Г2С	1000	9
8	10ХСНД	3000	4
9	15ХСНД	1200	6
10	Ст3сп	1400	5

Таблиця 3.2 Значення коефіцієнта λ

Таблиця 3.3 Приблизне значення радіусів інерції перерізів суцільних стояків

Таблиця 3.4 Найбільше відношення b_п до її товщини δ_п