методичка_строит. констр
.pdf
4. Построение линий влияния внутренних усилий в сечении k.
Для определения ординат линий влияния необходимо установить единичный груз над одной из интересующих ординат, отделить часть балки,
содержащей это усилие, и рассмотреть равновесие этой части. Остальные ординаты могу быть определены из законов статики.
В рассматриваемом примере определена ордината, когда единичный груз установлен над сечением k. При таком положении груза второстепенные балки не работают, их можно отбросить и из законов равновесия определить изгибающий момент и поперечную силу в сечении k основной балки.
В данном случае RС RD 0,5кН.
41
Поперечная сила и изгибающий момент при 0<x<4 изменяются по законам:
Q(x) RC 0,5кН;
M(x) RC x 0,5x кНм,
таким образом, при х=4 Q 0,5кН, M 2 кНм.
Отметив эти значения на линии влияния, можно легко определить остальные ординаты этих линий.
5. Определение величины внутренних силовых факторов в сечении k по построенным линиям влияния:
Qk |
4кНм ( |
1 |
) 2кН |
|
|
1 |
|
2кН/м 2 4.5кН |
|||
|
|
|
|
||||||||
2 4 |
2 |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Mk |
4кНм |
2 |
|
2кН 2 2кН/м ( 8) 18кНм |
|||||||
|
|||||||||||
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Как видим полученные значения внутренних усилий совпадают со значениями на построенных эпюрах, соответственно представленное решение верно.
Задача №5. Расчет сварных соединений.
Формулировка задачи Рассчитать и законструировать стыковое соединение листов шириной
b, толщинами t1 и t2, находящихся под действием растягивающего усилия N.
Шов выполнен с полным проваром, тип сварки и метод контроля качества шва известен по условию задачи, концы шва не выведены на специальные технологические планки.
Исходные данные:
b=500 мм, толщинами t1 = 10 мм t2 = 14 мм, N = 1200 кН, коэффициент условия работы с = 1, материал свариваемых листов – сталь С245, контроль качества сварных швов, выполненных ручной сваркой, осуществлялся по средством визуального контроля без применения физических методов
Рекомендации для решения.
1. Конструкция сварных стыков соединений листовых деталей.
Стыковыми называются соединения, в которых элементы соединяются
42
торцами или кромками и один элемент является продолжением другого.
Место их соединения (зазор) заполняется сварным швом. Стыковые соединения наиболее рациональны и надежны, так как имеют наименьшую концентрацию напряжений при передаче усилий, отличаются экономичностью и удобны для контроля.
Толщина свариваемых элементов в соединениях такого вида почти не ограничена. Стыковое соединение листового металла может быть сделано прямым или косым швом. Стыковые соединения профильного металла применяются реже, так как затруднена обработка их кромок под сварку.
Сварные стыковые соединения листовых деталей, как правило,
проектируют прямыми с полным проваром и с применением выводных планок. В монтажных условиях допускается односторонняя сварка с подваркой корня и сварка на остающейся стальной подкладке.
При соединении стальных листов различной толщины (или ширины) их размеры в месте стыка должны быть одинаковыми во избежание резкого изменения сечения. Для этого в более толстом (или широком) элементе устраивается скос с уклоном 1:5 с одной или двух сторон до толщины тонкой детали (рис. 19).
|
|
а – при разной толщине |
б – при разной ширине |
|
|
Рис. 19. Соединение элементов
Длиной скоса листа регулируют плавный переход от толстой свариваемой детали к более тонкой, кроме того, длиной скоса устраняют концентраторы напряжений в сварных конструкциях. Стыки без скосов по толщине допускаются в деталях из углеродистой или низколегированной сталей с пределом текучести до 400 МПа при разнице толщин = (t2 – t1), не превышающей значений, указанных в табл. 9.
По конструктивному признаку швы разделяют на стыковые и угловые.
Стыковые швы наиболее рациональны, так как имеют наименьшую концентрацию напряжений, но требуют дополнительную разделку кромок,
43
зависящую от толщины соединяемых элементов и способа сварки. Разделку кромок применяют в том случае, если односторонняя сварка не позволяет обеспечить полный провар шва в листах толщиной более 8…10 мм
Таблица 9
Допустимая наибольшая разность толщин деталей, свариваемых встык без скоса кромок
Толщина тонкой детали t1, мм |
Разность толщин деталей , мм |
|
|
1…4 |
1 |
5…20 |
2 |
21…30 |
3 |
Св. 30 |
4 |
|
|
2. |
Расчет сварных стыковых соединений на центральное растяжение |
|
или сжатие производится по формуле |
|
|
|
N / (t lw ) ≤ Rwy γс, |
(12) |
где N – |
внешнее усилие, приложенное к соединению, Н; |
|
t – |
расчетная толщина шва, равная толщине наиболее тонкого из |
|
|
соединяемых элементов, (местное утолщение в виде валика |
|
|
сварного шва в расчет не принимается); в том случае, если |
|
|
невозможно обеспечить полный провар по толщине |
|
|
свариваемых элементов путем подварки корня шва, например, |
|
|
при односторонней сварке или использовании остающейся |
|
|
стальной подкладки, в формуле вместо t следует принимать 0,7t, |
|
|
м; |
|
lw – |
расчетная длина шва, равная полной ширине соединяемых |
|
|
элементов за вычетом 2t, учитывающих низкое качество шва в |
|
|
зонах зажигания (непровар) и прерывания (кратер) сварочной |
|
|
дуги. При условии выполнения шва с применением выводных |
|
|
технологических планок, позволяющих вывести начало и конец |
|
|
шва за пределы рабочего сечения шва, расчетная длина |
|
|
принимается равной полной его длине (после сварки |
|
|
технологические планки срезаются, а торцы шва зачищаются |
|
|
наждачным кругом), м; |
|
γс – |
коэффициент условий работы; |
|
44
Rwy – расчетное сопротивление сварного стыкового соединения,
принимаемое равным расчетному сопротивлению основного металла Ry (таблица 10) при сжатии, а также при растяжении,
если применяются физические методы контроля качества сварных швов (об этом обязательно должна быть сделана запись в рабочих чертежах). Если физические методы контроля качества шва, работающего на растяжение, не используются, то следует принимать Rwy = 0,85 Ry.
Расчет сварных стыковых соединений растянутых элементов конструкций из стали с соотношением Ru / γu > Ry, эксплуатация которых возможна и после достижения металлом предела текучести, производится по формуле
|
|
N / (tlw) ≤ Rwu / γuγc, |
|
|
(13) |
где Ru – |
расчетное |
сопротивление |
проката |
по |
временному |
|
сопротивлению (таблица 10), МПа; |
|
|
||
γu – |
дополнительный коэффициент |
надежности, |
учитывающий |
||
|
повышенную опасность при расчете конструкций с |
||||
|
использованием расчетного сопротивления Ru |
и принимаемый |
|||
для стали равным γu = 1,3.
Rwu – расчетное сопротивление сварного соединения по временному сопротивлению, принимается равным расчетному сопротивлению проката по временному сопротивлению (Ru),
МПа
Таблица 10
Нормативные и расчетные сопротивления при растяжении, сжатии и изгибе листового проката по ГОСТ 27772-88 для стальных конструкций
Сталь |
Толщина |
Нормативное сопротивление3, |
Расчетное сопротивление3, |
||||
МПа, проката |
|
МПа, проката |
|
||||
проката1, мм |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ryn |
|
Run |
Ry |
|
Ru |
C235 |
От 2 до 20 |
235 |
|
360 |
230 |
|
350 |
|
Св. 20 до 40 |
225 |
|
360 |
220 |
|
350 |
|
От 40 до 100 |
215 |
|
360 |
210 |
|
350 |
|
Св. 100 |
195 |
|
360 |
190 |
|
350 |
С245 |
От 2 до 20 |
245 |
|
370 |
240 |
|
360 |
|
Св. 20 до 30 |
– |
|
– |
– |
|
– |
45
С255 |
От 2 |
до 3,9 |
255 |
380 |
250 |
370 |
|
От 4 |
до 10 |
245 |
380 |
240 |
370 |
|
Св. 10 до 20 |
245 |
370 |
240 |
360 |
|
|
Св. 20 до 40 |
235 |
370 |
230 |
360 |
|
С275 |
От 2 |
до 10 |
275 |
380 |
270 |
370 |
|
Св. 10 до 20 |
265 |
370 |
260 |
360 |
|
С285 |
От 2 |
до 3,9 |
285 |
390 |
280 |
380 |
|
От 4 |
до 10 |
275 |
390 |
270 |
380 |
|
Св. 10 до 20 |
265 |
380 |
260 |
370 |
|
C345 |
От 2 |
до 10 |
345 |
490 |
335 |
480 |
|
Св. 10 до 20 |
325 |
470 |
315 |
460 |
|
|
Св. 20 до 40 |
305 |
460 |
300 |
450 |
|
|
Св. 40 до 60 |
285 |
450 |
280 |
440 |
|
|
Св. 60 до 80 |
275 |
440 |
270 |
430 |
|
|
Св. 80 до 160 |
265 |
430 |
260 |
420 |
|
C345К |
От 4 |
до 10 |
345 |
470 |
335 |
460 |
С375 |
От 2 |
до 10 |
375 |
510 |
365 |
500 |
|
Св. 10 до 20 |
355 |
490 |
345 |
480 |
|
|
Св. 20 до 40 |
335 |
480 |
325 |
470 |
|
С390 |
От 4 |
до 50 |
390 |
540 |
380 |
530 |
С390К |
От 4 |
до 30 |
390 |
540 |
380 |
530 |
Решение задачи
1.Конструкция сварного шва.
Вболее толстом листе делаем скос с уклоном 1:5, т.к. разность толщин соединяемых элементов t2 – t1 = 14 – 10 = 4 мм > 2 мм (см. табл. 9).
При минимальной толщине соединяемых листов t1 = 10 мм разделка кромок не требуется.
Таким образом, конструкция сварного шва для данных условий должна иметь следующий вид:
2.Расчет сварного соединения.
а) Листовой прокат из стали С245 толщиной tmax = t2 = 14 мм имеет расчетное сопротивление Ry = 240 МПа, расчетное сопротивление проката по временному сопротивлению Ru = 360 (см. табл. 10).
б) Расчетное сопротивление сварного стыкового соединения по пределу текучести принимаем:
Rwy = 0,85Ry = 0,85 · 240 = 204 МПа,
поскольку контроль качества стыка проводился без применения физических методов
46
в) Проверим выполняется ли условие Ru / γu > Ry
360 / 1,3=276 > Ry,
следовательно расчетное сопротивление сварного стыкового шва должно
проверяться по условию (13)
г) Расчетная длина шва lw = b – 2t1 = 0,5 – 0,02 · 1 = 0,480 м.
д) Проверим прочность сварного стыкового шва:
σw = N / (t1 lw) = 1200·103 / (0,01 · 0,48) = 250 МПа
Rwu / γuγc, = 360/1,3·1=276 МПа.
205МПа>276 МПа – условие не выполняется.
3.Вывод: поскольку условие не выполняется необходимо
устройство косого шва.
47
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ И РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1.Абовский Н. П. Избранные задачи по строительной механике и теории упругости : Учеб. пособие для студентов строительных специальностей вузов / Под общ. ред. Н.П. Абовского. - М. : Стройиздат, 1978. - 192 с.
2.Беленя Е. И. Металлические конструкции : Учебник для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальности
«Промышленное и гражданское строительство» / Под общ. ред. Е.И. Беленя.
-6-е изд., перераб. и доп. - М. : Стройиздат, 1986. - 560 с.
3.Юсупов А.К. Металлические конструкции : В вопросах, в ответах и в проектировании / Юсупов Абу-Суфьян Курашевич. - Махачкала :
Типография ДНЦ РАН, 2010. - 807 с.
4. Ухов С. Б. Механика грунтов, основания и фундаменты : Учеб.
пособие для студентов, обучающихся по направлению подготовки дипломированных специалистов – «Строительство» / Под ред. С.Б. Ухова. - 3-е изд., испр. - М. : Высшая школа, 2004. - 566 с. :
5.Лопатто А.Э.Основы строительной механики и строительных конструкций : Учеб. для студентов вузов, обучающихся по спец. «Производство строительных изделий и конструкций» / Лопатто А. Э. - Киев
:Вища шк., 1982. - 368 с.
6.Дыховичный Ю. А. Современные пространственные конструкции
(железобетон, металл, дерево, пластмассы) : Справочник / Под ред. Ю.А.
Дыховичного - М. : Высш. шк., 1991. - 543 с.
7. Иванин И.Я.Строительная механика : Учеб. для инженерно-экон.
вузов и факультетов строит. спец. / Под ред. И.А. Симвулиди. - М. : Высш.
шк., 1965. - 432 с. :
8.Саргсян А. Е. Строительная механика : Основы теории с примерами расчетов: Учеб. для студентов высш. учеб. заведений, обучающихся по техническим специальностям / Под ред. А.Е. Саргсяна. - 2-е изд., испр. и доп.
-М. : Высшая школа, 2000. - 416 с.
9.Маилян Р.Л. Строительные конструкции : Учеб. пособие для студентов, обучающихся по направлению «Строительство» / Маилян Р. Л.,
Маилян Д. Р., Веселев Ю. А. - Ростов н/Д : Феникс, 2004. - 880 с
48
10.Шутов В.Е. Строительные конструкции : Учеб. для студентов высш. учеб. заведений, обучающихся по спец. «Проектирование, сооружение
иэксплуатация газонефтепроводов и газонефтехранилищ» направления подготовки «Нефтегазовое дело» / Шутов Вадим Евгеньевич. - М. : Недра, 2006. - 422 с.
11.Аношкин Г.С. Фундаменты опор инженерных сооружений и зданий для Западной Сибири / Г. С. Аношкин, В. К. Дударов. - Л. :
Стройиздат, 1978. - 159 с.
12.Малышев М.В. Механика грунтов. Основания фундаментов :
Учеб. пособие –М.: Изд. Ассоциации строительных вузов, 2004, 328 с.
13. Дарков А.В. Строительная механика : Учебник для строительных специальностей вузов – 8-е изд. Перераб. И доп. – М.: Высш. Ш., 1986. – 607 с
49