Харцызск 20___

Дополнение Б

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………………..4

1Общая часть………………………………………………………..6

1. Назначение сварной балки, её основные элементы и условия эксплуатации……………………………………………………..6

2. Выбор сварки для изготовления конструкции………………...8

3. Выбор материала для изготовления конструкции…………...10

4. Расчёт допускаемых напряжений……………………………..13

1. Расчётная часть…………………………………………….…...14

   1. Построение эпюр изгибающих моментов и поперечных сил.15

   2. Подбор сечения балки………………………………………….17

   3. Проверка сечения балки на прочность………………………..18

   4. Конструирование опорных частей. Стыки…………………...21

   5. Расстановка рёбер жёсткости………………………………….23

Список литературы…………………………………………...……25

СТРУКТУРА ОБЩЕЙ ЧАСТИ

ВВЕДЕНИЕ

В данном пункте студенты должны раскрыть вопросы:

- История развития сварки.

- Перспективы розвития сварки в настоящее время.

- Преимущества сварки по сравнению с клёпкой.

- Основные особенности сварных конструкций.

1ОБЩАЯ ЧАСТЬ

1. Назначение сварной конструкции, ее основные элементы и условия эксплуатации.

В данном пункте студенты должны:

• дать определение сварной конструкции;

• описать назначение сварной конструкции;

• указать отрасль использования;

• указать основные элементы сварной конструкции, за что они отвечают;

• обязательно показать рисунок сварной конструкции и обозначить на нём основные элементы конструкции.

2. Выбор способа сварки для изготовления сварной конструкции.

В данном пункте студент должен определить, с помощью какой сварки он будет выполнять свою конструкцию. Указать сущность сварки, её преимущества и недостатки.

3. Выбор материала для сварной конструкции.

В данном пункте студент должен определить материал для своей конструкции с учетом температурных условий эксплуатации сварной конструкции. Дать характеристику метериалу. С помощью таблицы указать механиеские свойства и химический состав материала.

Таблица 1.1 - Механические свойства и химический состав

Марка стали	Химические элементы содержащиеся в стали, %								Механические свойства
	C	Mn	Si	P	S	Cr	Ni	Cu		σт, МПа	σв, МПа

4. Расчёт допускаемых напряжений

В данном пункте студент должен сделать расчеты допускаемых напряжений для основного металла и металла сварных швов. Учитывая задание.

Расчеты прочностим по предельному состоянию ведутся таким образом:

Допускаемые напряжения для основного металла определяется по формуле:

, МПа

где σ_т - граница текучести металла (определяется по таблице 1.1);

k - коэффициент однородности металла (зависит от материала).

углеродистые стали - 0,9;

низколегированные стали - 0,85.

m - коэффициент условий работы выбирается по таблице 3.2,[6] стр. 136;

n - коэффициент перегрузки выбирается по таблице 3.1,[6] стр.136.

_{Расчеты} прочности по допускаемым напряжениям ведутся таким образом:

_{Допускаемые напряжения для основного металла определяется по формуле:}

, МПа

где σ_т - граница текучести металла (определяется по таблице 1.1);

к_з – коэфициент запаса, принимаем (1,3÷1,5).

Допускаемое напряжение для металла шва определяется по формуле:

где φ - коэффициент прочности сварного шва, зависит от вида сварного соединения и способа сварки определяется по справочным таблицам.

допускаемое напряжение для основного металла.

Касательное напряжение для основного металла определяется по формуле:

_, МПа

Касательное напряжение для металла шва:

, МПа

где [τ] _ср - касательное напряжение для основного металла, МПа.

2. РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ

Расчетная часть выполняется, в зависимости от условия задачи поставленной перед студентом, для разных типов конструкции индивидуально.

Для колонны расчетная часть выполняется по такому плану:

2.1 Составление расчетной схемы.

2.2 Компоновка сечения колонны.

2.3 Соединение составных элементов сечения. Стыки.

2.4 Конструирование оголовка.

2.5 Конструирование базы.

2.1 Расчетная схема колонны

Составление расчетной схемы приводится на рисунке 2.1:

Рисунок 2.1 - Расчетная схема колонны

Колонна центрально сжатая, потому на колонну действует продольная внутренняя сила N = Р. Поскольку фактическая поперечная сила отсутствует, принимаем, что на колонна действует условная поперечная сила Q. Закрипление концов стержня шарнирное потому принимаем μ= 1.

2.2 Компоновка сечения колонны

Компоновка сечения колонны делается таким образом:

Надо определить нужную площадь сечения колонны. Принимая коэффициент продольного изгиба φ = 0,7.

,м²

Выбрать сечение колонны таким образом:

Выбираем колонну сплошного сечения двутаврового типа (рисунок 2.2).

Рисунок 2.2 – Поперечное сечение стержня колонны

По принятым значениям коэффициента φ = 0,7 по таблице определяем гибкость колонны λ = λ_х = λ_в (условие стойкости) и определяем размеры h_x и h_y:

(см²)

(см)

(см)

Значение коэффициентов а и b берется по справочной таблице.

Дальше определяем размеры поперечного сечения колонны.

Иногда размеры h высоты сечения колонны при высоте колонны l = 10 - 20 м могут браться не меньшими h = (l/15..l/20).

Размеры поперечного сечения назначают, исходя из следующих соображений. Для поясов применяют листы толщиной δ_п = 8 - 40 мм, а для стенки - толщиной δ_в = 6 - 16 мм.

Ширина поясных листов b_п должна назначаться таким, образом чтобы лист не мог потерять стойкость от влияния сжимающих нормальных напряжений. Однако для колонн, по-видимому, желательно при потере местной стойкости полок иметь критические напряжения немного выше, чем критические напряжения всей колонны в целом, а эти напряжения, как известно, являются функцией гибкости колонны. Поэтому по нормам наибольшая расчетная ширина листа (полки) определяется в зависимости от гибкости колонны. По рекомендованной таблице.

,см

, см

Минимальная толщина стенки составляет:

Определяем геометрические характеристики сечения:

площадь сечения:

,см²

моменты инерции:

,см⁴

,см⁴

радиусы инерции:

,м2

Дальше надо определить гибкость:

Определяем λ _max, и коэффициент φ.

Используя справочную таблицу, определим коэффициент φ.

Проверка прочности и стойкости колонны:

,МПа

После проверки прочности сечения надо сделать выводы. Если это условие не выполняется (σ отличается от [σ] на ±5%), следует внести соответствующие изменения в размеры расчитаных сечений.

2.3 Соединение составных элементов сечения. Стыки

Кроме обеспечения прочности и стойкости, необходимо предусмотреть мероприятия против кручения колонны - постановку ребер жесткости.

В колоннах сплошного сечения роль промежуточных диафрагм исполняют поперечные ребра жесткости, расставленные через 2,5 - 3h_x по высоте.

Ширина поперечных ребер b_р ≥ h_х / 30 + 40 мм, толщина δ_р ≥ b_р / 15.

Рисунок 2.3 - Диаграмма колонны

Приваривание ребер выполняется с помощью полуавтоматической сварки в среде углекислого газа за ГОСТ 14771-76. Тип соединения Т3 с катетом углового шва. Швы проверки на прочность не требуют.

Соединение стенки с полками проектируем в виде двустороннего таврового соединения без раскрытия кромок Т1. Сварку для выполнения сечения выбираем в зовисимости от высоты колонны.

Рисунок 2.4 - Сварные соединения колонны

Прочность швов проверяем на действие условной поперечной силы Q_ус.

Q_ус = 30F, МН

Касательные напряжения, которые возникают в швах, определяются по формуле:

, МПа

где S - статичный момент площади пояса, м³;

,см³

I_сеч - момент инерции сечения, см⁴.

Как правило, напряжения от поперечной силы незначительны, но по технологическим требованиям размер катета шва следует назначать

к > 4мм.

Стыки колонн различают:

Технологические;

Конструктивные;

монтажные.

Технологические стыки лучше выполнять стыковыми швами, однако такой стык требует тщательной подготовки и обрабатывания кромок.

Рисунок 2.5 - Стыки колонн

2.4 Конструирование оголовка колонны

Оголовок колонны предназначен для восприятия сосредоточенной нагрузки от вышележащих конструкций (балок, ферм и т.п.) и равномерного её распределения по сечению стержня.

Оголовок колонны выбирается в зависимости от типа сопряжения колонны с балкой.

Конструкция оголовка должна соответствовать расчётной схеме стержня колонны. При шарнирном опирании сопряжение работает только на вертикальные воздействия.

В случаях, когда балка передает только вертикальные нагрузки, прикрепление является наиболее простым и удобным для монтажа. Свободное опирание балок сверху производится через плиту, которая приваривается к верхнему торцу стержня колонны по периметру.

Шарнирное опирание балок осуществляют посредством передачи нагрузки на опорную плиту через пристроганные торцевые диаграммы балок. На рисунке 2.6 показан пример опирания балок.

Рисунок 2.6 – Схема опирания балок на колонну:

1. опорная плита;

2. оголовок;

3. горизонтальное ребро.

Толщину опорной плиты назначают в пределах 16-30мм, мы принимаем 20мм. Болты выполняют только фиксирующую функцию.

Отдельные примеры оголовка приведены на рисунке 2.7.

Рисунок 2.7 – Тип оголовка

2.4 Конструирование базы колонны

База колонны имеет опорную плиту, через которую происходит распределение нагрузки на фундамент.

База сконструирована в форме плиты, к которой стержень приваривается тавровыми соединениями.

Размеры опорной плиты центрально сжатой колонны определяются в зависимости от расчетного сопротивления материала фундамента сжатию. При определении площади плиты предполагается, что давление на фундамент передается по всей опорной поверхности равномерно.

F=B_пл×L_пл

Расчёт базы ведут в следующем порядке:

1. находят требуемую площадь опорной плиты;

2. в соответствии с требуемой площадью назначают ширину и длину плиты в зависимости от размещения ветвей траверсы, рёбер жесткости, укрепляющих плиту, и анкерных болтов;

3. из условия прочности на изгиб определяют толщину опорной плиты, которую рассматривают как пластину, опирающуюся на торец стержня колонны и нагруженную условно распределённой реакцией фундамента q. Обычно толщину плиты назначают в пределах 16-40мм.

Плита воспринимает давление со стороны фундамента и работает на изгиб.

Размеры косынок или траверсы определяются по конструктивным соображениям с учетом размещения сварных швов, через которые передается усилие от стержня колонны.

Для равномерного распределения давления под плитой её делают жёсткой. Для этого используем шесть рёбер жёсткости, установленных в плоскостях стенки и поясов стенки.

На рисунке 2.8 приведён пример №1 базы колонны, рисунок 2.9 пример №2 схема базы колоны.

Рисунок 2.8 – Пример №1 базы колоны

Рисунок 2.9 – Пример №2 Схема базы колонны:

1. траверса;

2. опорная плита;

3. анкерные болты.

Для закрепления плиты в фундаменте ставятся анкерные болты, которые воспринимают растягивающие усилия, возникающие во внецентренно сжатых колоннах. Анкерные болты фиксируют правильное положение колонны они по – существу не воспринимают усилий, поэтому их диаметр назначают в пределах 20-36мм. С каждой стороны базы ставится не менее двух болтов.

Для упрощения монтажных работ прикрепление базы колонны к фундаменту осуществляется через траверсы, которым придают несколько большую длину, чем опорной плите. При этом площадь опирания колонны располагается между болтами, что обеспечивает возможность предварительной установки фундаментных болтов, которые затем заводятся в боковые прорези траверсов.

Размеры косынок или траверсы определяют по конструктивным соображениям с учётом размещения сварных швов, через которые передаётся усилие от стержня колонны.

Швы делают непрерывными; катет шва имеет величину к = (0,75-1)δ, где δ – толщина ребра жёсткости.

Размеры плиты (ширина B и длина L) назначаются по требуемой площади, увязываются с контуром колонны (свесы опорной плиты должны быть не менее 40мм) и согласуются с сортаментом.

Назначаем ширину плиты:

В = h + 2t + 2c, см

где:

h – высота сечения стержня колоны;

t – толщина траверсы (принимают 8-16мм);

с – минимальный вылет консольной части плиты (предварительно принимают 40-120мм) и при необходимости уточняют в процессе расчёта толщины плиты).

Для центрально - сжатой колонны опорная плита должна быть близкой к квадрату (рекомендуемое соотношение сторон L/B ≤1,2).

Толщина плит в больших колоннах равна 16-30мм.

Размеры плиты назначают так, чтобы максимальные напряжения в фундаменте под плитой были не больше [σ]_ф, для бетона 3-8МПа.

Для баз, нагруженных силой N (центрально – нагруженные стойки).

Это значительно больше, чем [σ]_ф, поэтому нужно скорректировать размеры плиты. Сделать выводы относительно прочности.

Для балки расчетная часть выполняется по такому плану:

1. 2.1 Построение эпюр изгибающих моментов и поперечных сил.

2. 2.2 Подбор сечения сварной балки.

3. 2.3 Проверка сечения балки на прочность.

4. 2.4 Конструирование опорных частей. Стыки.

5. 2.5 Расстановка ребер жесткости.

2.1 Построение эпюр изгибающих моментов и поперечных сил

Схемы нагрузки балок

Схема 1

Схема 2

Схема 3

Рисунок 2.1 - Схемы нагрузки балок

2.1.1 Определение опорных реакций для схемы 1.

Для этого надо определить реакции опор RA и RB .

Сумма моментов относительно точки А равна 0:

,кН

Сума моментов относительно точки В равняется 0:

,кН

Проверка: R_A - P₁ - P₂ + R_В = 0

Определение опорных реакций для схемы 2.

Сумма моментов относительно точки А равна 0:

,кН

Сумма моментов относительно точки В равна 0:

,кН

R_A = R_B

Проверка: R_A + R_B – P = 0

Определение опорных реакций для схемы 3.

Сумма моментов относительно точки А равна 0:

,кН

R_A = R_B

Построение эпюр изгибающих моментов М и перерезывающих сил Q.

Построение эпюр сил перерезанных Q:

К схеме 1.

ΣQ_A=R_A ;(кН)

ΣQ_С=R_A-Р₁

ΣQ_D=R_A-Р₁-P₂;(кН)

ΣQ_B=R_A-Р₁-P₂+R_B;(кН)

К схеме 2.

ΣQ_A=R_A ;(кН)

ΣQ_С=R_A-Р ;(кН) ΣQ_B=R_A-Р + R_B;(кН)

К схеме3.

ΣQ = R_A-qx ;(кН)

x = 0; х = x = l

Построение эпюр изгибающих моментов М:

К схеме 1.

ΣM_A=0; (кН×м)

∑М_С=R_A×a; (кН×м)

ΣM_D=R_A× (a + в) - Р₁×в;(кН×м)

ΣМ_В=R_A×l-P₁× (l-a)-P₂× [l-(а+в)](кН×м)

К схеме 2.

ΣM_A= 0; (кН×м)

∑М_С = R_A×a; (кН×м)

ΣМ_В = R_A× l – P× (l-a); (кН×м)

К схеме 3.

ΣМ = ; (кН×м)

x = 0; х = x = l

Рисунок.2.3 - Построение эпюр перерезывающих сил Q и изгибающих моментов М

2.2 Подбор сечения балки

Определение размеров сечения балки следует начинать с выбора ее высоты.

Высота балки является одним из самых главных размеров ее поперечного сечения. Это следует из того, что такие основные характеристики поперечного сечения при изгибе, как момент сопротивления и момент инерции, выражаются зависимостями, в которые высота входит во второй и даже в третьей степени.

От выбора высоты вертикального листа балки зависит ее жесткость и масса. Поэтому высота вертикального листа и выбирается исходя из условий обеспечения требуемой жесткости и условий получения меньшей массы. При этом следует иметь в виду, что из этих двух условий первое является обязательным, так как определяется требованиями технических условий, а второе только желательным, поэтому в случае расхождения решений, вытекающих из этих условий, второе решение должно быть подчинено первому. На рисунке 2.3 приведено поперечное сечение балки.

Рисунок 2.4 - Схема поперечного сечения балки в расчетных размерах

Важная задача при подборе сечения сварной балки – установление рациональной высоты балки.

Из условия обеспечения жесткости, наименьшая высота балки определяется по формуле:

, м

где: l – длина балки, м;

[σ]_р – допускаемое напряжение для основного металла металл, МПа;

Е - модуль упругости, МПа для стали 2×10⁵ МПа;

f/l – максимальный изгиб балки.

Из условия экономичности (наименьшей затраты металла) оптимальная высота балки определяется по формуле:

h_опт= , м - для двутаврового сечения

h_опт= , м - для коробчатого сечения

где: М – максимальный изгибающий момент, МН×м; (из эпюры рисунок 2.3);

[σ]_р – допустимое напряжение на металл, МПа;

δ_ст, δ^к_ст – соответственно толщина вертикальной стенки, для двутаврового сечения и суммарная толщина двух стенок для коробчатого сечения, м;

Обычно толщина вертикальной стенки составляет 6-12мм и определяется по формуле:

δ_{ст =} , мм

δ^к_ст = 0,5 δ_ст

где: h_min - высота балки, мм;

Из двух найденных высот h_min и һ_опт надо выбрать наибольшее значение и округлить сделать кратным 50мм, а в некоторых случаях кратным 100мм.

Дальше подбираются размеры поперечного сечения балки.

Требуемый момент сопротивления балки определяется по формуле:

W_тр = ,м³

где: М – максимальный изгибающий момент,МН×м;

[σ]_р – допускаемое напряжение для основного металла, МПа.

Требуемый момент инерции сечения балки:

, м⁴

де: h - принятая высота балки, м.

Момент инерции вертикального листа (стенки):

, м⁴

где: І_ст – момент инерции стенки, м⁴;

δ_ст - толщина вертикальной стенки, м;

һ_ст - высота стенки, определяется по условию: һ_ст = 0,95×h, м.

Требуемый момент инерции 2-х поясов:

, м⁴

Площадь сечения пояса:

, м²

где: h₁ – расстояние между центрами поясов: h₁= 0,975×h, м.

Товщина поясов обычно составляет 8 - 40 мм,

Из Условия местной устойчивости:

, м

Ширина пояса ровна:

в_п = , м

Из условия общей устойчивости .

По полученным размерам, начертить поперечное сечение балки.

2.3 Проверка сечения балки на прочность

Подобрав размеры поперечного сечения балки, проверяем её на прочность.

Напряжение от изгибающего момента:

, МПа

где: М – максимальный изгибающий момент (из эпюры рисунок 2.3), МН×м;

І_сеч – момент инерции сечения,м⁴;

де: [σ]_р –допускаемое напряжение на металл, МПа;

Если неравенство не соблюдено, размеры поперечного сечения спроектированной балки изменяют в нужном направлении: увеличивают, когда σ >1,05[σ], или уменьшают когда σ <0,95[σ], то есть нужна корректировка сечения балки. Затем вновь определяется напряжение. Таким образом, корректируются размеры сечения до тех пор, пока напряжение не будет иметь нужной величины: σ = [σ] ± 5%

, МПа

где: Q – максимальная поперечная сила, МН определяется по эпюре рисунок 2.3);

S_n - статический момент пояса относительно центра тяжести сечения балки, м³;

, м³

Расчет сварных поясных швов на прочность.

Поясные швы - это двухстороние тавровые соединения со сплошными угловыми швами.

Рисунок 2.5 - Соединение поясов с полками (угловые швы)

Швы без скоса кромок, сосредоточенная сила отсутствует. В этом случае в шве будуть действовать только касательные напряжения τ от поперечной силы Q.

Тогда условие прочности выполняется по формуле:

, МПа

где: β- коэффициент проплавления металла, который определяем по способу сварки:

• для ручной дуговой сварки β = 0,7;

• для газоэлектрической сварки β = 0,85;

• для автоматической сварки под флюсом β = 1.

2.4 Конструирование опорных частей. Стыки

Опорными частями балок являются стальные плиты с одной цилиндрической поверхностью. На одной опоре балка закрепляется болтами или штырями, на другой она должна иметь свободу для продольного перемещения. Опорная площадь плиты должна обеспечивать передачу сосредоточенной опорной реакции на поверхность того материала, на котором она устанавливается.

Опорное ребро жесткости может быть проверено на устойчивость как стойка – на действие опорной реакции балки.

Опорные ребра размещаются симметрично относительно линии действия опорной реакции.

Рисунок 2.6 - Опорные ребра жесткости

Размеры ребер:

• ширина ребра b_ор = h/30 + 40 мм;

• толщина ребра δ_ор= b_ор / 15мм.

Стыки балок являют собой соединение отдельных элементов пере-різу балки из профильного или листового проката. Длина элементов визна-чається размерами проката или исходя из условий транспортировки. На рисунку приведены возможные варианты конструктивного оформления стыков.

Рисунок 2.7 - Стыки сварных балок

2.5 Расстановка ребер жесткости

Рёбра жесткости необходимы для обеспечения устойчивости и жесткости балки не только при её нормальной работе, но и при монтаже.

Вертикальные рёбра жесткости необходимо ставить в местах передачи сосредоточенных усилий.

Вследствие того, что условия работы рёбер жёсткости не всегда строго определены, подробный расчёт их не производят, а размеры их устанавливаются по эмпирическим формулам, которые в основном выражают условия их устойчивости. Рёбра жёсткости выполняются из полосового проката. Устанавливаются они симметрично по отношению к вертикальной стенке с двух сторон. Для присоединения рёбер жёсткости к вертикальной стенке, как правило, применяются шва минимальных катетов.

Ширина ребра выбирается в зависимости от его высоты по формуле:

b_pж = h/30 + 40, мм;

При широких поясах последнее условие приводит к применению составных рёбер с местными уширениями.

Толщина ребра выбирается в зависимости от его ширины по формуле:

δ_рж = b_рж / 15, мм

Расстояние между ребрами жесткости и опорами:

= (1,0 1,2) × h , мм

Расстояние между центрами рёбер жёсткости:

=

В данной балке можно расставить ребра жесткости так, как показано на

рисунке 2.8.

Рисунок 2.8 - Расстановка ребер жесткости

Для фермы расчетная часть выполняется за таким планом:

1. Складывание расчетной схемы.

2. Определение усилий в элементах фермы.

3. Компоновка стержней.

4. Конструирование узлов.

5. Конструирование сварных соединений.

2.1 Складывание расчетной схемы фермы

Выбираем треугольные решетки с параллельными поясами и дополнительными стойками, поскольку общая длина зигзага решетки и число узлов меньше, чем у раскосной решетки, а дополнительные стойки уменьшают длину панели верхнего пояса.

Генеральные размеры фермы будут: высота фермы h м, а длина панели d, м. Расчетная схема представлена на рисунке 2.1.

Узловая нагрузка от распределенных сил q:

На опорах реакции:

Обозначим угол :

Рисунок 2.1 - Расчетная схема фермы

2.2 Определение усилий в элементах фермы

Определим усилия в стержнях путем суперпозиции усилий от неподвижной нагрузки в узлах і и силы Р, что движется. От недвижимого нагрузки определенного усилия тремя методами:

Методом построения диаграммы Максвелла-Кремоны.

Рисунок 2.2 - Диаграмма Максвелла-Кремоны

Определяем усилия методом сечений. Для этого последовательно делаем разрезы 1-1, 2-2, 3-3 (рисунки 2.3, 2.4, 2.5) и составляем уравнения равновесия.

На рисунке 2.3 показано сечение 1-1

Рисунок 2.3 – Сечение 1-1

Проверка:

На рисунке 2.4 показано сечение 2-2

Рисунок 2.4 - Сечение 2-2

Проверка:

На рисунке 2.5 показано сечение 3-3

Рисунок 2.5 - Сечение 3-3

Проверка:

Осталось определить усилия в стержнях , , , їх определяем методом вырезания узлов (рисунки 2.5, 2.6, 2.7, 2.8)

На рисунке 2.6 показан узел 1-2-10-1

Рисунок 2.6 - Узел 1-2-10-1

На рисунке 2.7 показан узел 9-11-12-9

Рисунок 2.7 - Узел 9-11-12-9

На рисунке 2.8 показан узел 3-4-14-13

Рисунок 2.8 - Узел 3-4-14-13

, кН

На рисунке 2.9 показан узел 9-15-16-9

Рисунок 2.9 - Узел 9-15-16-9

Остальные стержней симметричные.

Рисунок 2.10 - Линии влияния.

Общие результаты надо занести в таблицу 2.1.

Таблица 2.1 - Усилие в стержнях фермы.

Элементы фермы	Номер стержня	Усилие в стержнях, кН
		Графический метод	Аналитический метод	По линиям влияния(max)	Расчетное значение
Верхний пояс	2-10
	3-13
	4-14
Нижний пояс	9-11
	9-12
	9-15
Колоннаи	1-10
	11-12
	13-14
	15-16
Раскосы	10-11
	12-13
	14-15

2.3 Компоновка стержней

Определяем необходимую площадь сечений стержней. Для всех стержней верхнего из технологических соображений (дальнейший монтаж конструкции). Определяем площадь по наибольшим усилиям сжатия:

для верхнего

, см

для нижнего

, см

для стояков

, см

для раскосов

, см

Сечения стержней компонуем из уголков, учитывая толщину косынок =10 мм. Результаты компоновки сечений и их геометрические характеристики приведены в таблице 2.2.

Для обеспечения совместной работы элементов сечения устанавливаем соединительные планки размером 100 х 60 х 10 мм с шагом:

- для стержней верхнего пояса (сжатых)

, см

- для стержней нижнего пояса (растянутых)

, см

- для стояков

, см

- для раскосов 10-11 (сжатых)

, см

- для раскосов 12-13; 14-15 (растянутых)

, см

Берем для сжатых стержней = см, для растянутых = см.

Таблица 2.2 – Параметры стержней

Раскосы	Стояки	Нижний пояс	Верхний пояс	Элементы ферми
				Сечение
				№	угольник
				2F,	площадь
				, см	длина
					площадь ферми
				,см
					з площ. ферми
				,см
					Радиус инерции, см
					гибкость
				φ
				напряжение, МПа

Определяем гибкость стержня и напряжения по формулам:

- для стержней верхнего пояса:

, МПа

- для стержней нижнего пояса:

, МПа

- для стояков:

, МПа

- для раскосов:

, МПа

2.4 Конструирование узлов фермы

Предварительно определяем максимальную длину фланговых швов (накладки), которые крепятся стержнями до косынок (рисунок 2.11) для всех частей по формуле:

, см

На рисунке 2.11 показана косынка

Рисунок 2.11 - Косинка

Для стержней:

- верхнего поясу;

- нижнего поясу;

- стояков;

- раскосов.

Исходя из технологических условий изготовления фермы, нужно принять для всех стержней величину накладки.

Конструирование узлов начнем с узла 1-2-10-1. Проводим оси стержней по геометрической схеме узла (рисунок 2.12). На горизонтальную ось наносим в масштабе контур стержня верхнего пояса на 90мм. Косынку конструируем так, чтобы обеспечить требуемую длину сварных швов и технологии сварки.

На рисунке 2.12 показан узел 1-2-10-1

Рисунок 2.12 – Узел 1-2-10-1

На рисунке 2.13 показан опорный узел

Рисунок 2.13 – Опорный узел

Опорный узел (рисунок 2.13) проектируется аналогичными правилами за исключением размещения стояка. Стояк доводится до опорной плиты с целью предотвращения потери устойчивости косынки. Толщина косынки (торцевого листа) . Торцевой лист проверяем на смятие:

,МПа

Узел 2-3-13-12-11-10-2. Рисуем оси и наносим контуры стержней. Начинаем из стержней верхнего пояса (рисунок 2.14)

Стойка и раскосы не доводим до пояса на 90мм. Конструируем косынку.

По той же методике конструируем узел 3-4-14-13-3 (рисунок-2.15)

На рисунке 2.14 показаны стержни верхнего пояса

Рисунок 2.14 - Стержни верхнего пояса

На рисунке 2.15 показан узел 3-4-14-13-3

Рисунок 2.15 - Узел 3-4-14-13-3

Остальное узлов фермы конструктивно не отличается, поскольку имеет одинаковую геометрическую схему.

Проверку прочности косынок (рисунок - 2.15) сделаем на примере узла со стержнем с наибольшим усилием растяжения(узел 2-3-13-12-11-10-2).

На рисунке 2.16 показан узел 2-3-13-12-11-10-2

Рисунок 2.16 - Узел 2-3-13-12-11-10-2

Разрушение косынки пройдет по линии , . Составляем условие прочности за напряжениями:

< , МПа

Прочность косынок обеспечена.

2.5 Конструирование сварных соединений

Предварительно сварное соединение стержней с косынок уже было сделано. Соединения косынки с поясами проведено для узла, представленного на рисунке 2.17

Определяем усилия, действующие в швах:

, кН

, кН

На рисунке 2.17 показано соединение косынки с поясами

Рисунок 2.17 - Соединения косынки с поясами

, кН×м

Берем М= 0,250кН (косынка симметрична, поэтому )

Делаем проверку на прочность по касательным напряжениям:

, МПа

, МПа

, МПа

<

Напряжение не значительные, поэтому размеры косынки определяются из конструктивных условий проектирования узлов.

На рисунке 2.18 представлен общий вид половины фермы, как симметричной конструкции.

Рисунок 2.18 - Общий вид фермы

Графическая часть курсового проекта.

Графическая часть выполняется на формате А1. В графической части надо показать сварную конструкцию в избранном масштабе в трех проекциях. Графическая часть должна выполняться согласно стандартам.

РЕКОМЕНДОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. Блинов А. Н., Лялин К. В. Сварные конструкции. М., «Стройиздат», 1990г.

2. Майзель В. С., Новрожский Д. И. Сварные конструкции. Л.

Машиностроение, 1973 г.

3. Николаев Г. А., Винокуров В. А. Сварные конструкции. Расчет и проектирование. М., Высшая школа, 1990г.

4. Овчинников В.В. Расчёт и проектирование сварных конструкций: учебник для студентов. учрежд. сред. проф. образования.- М.: Издательский центр «Академия»,2015.-256с.

5. Серенко А. Н. и др. Примеры и задачи. К., Высшая школа, 1973 г.

6. Чертов И. М. Сварные конструкции: Учебник - К .: Арістей, 2006.