Московский государственный технический университет

им. Н.Э.Баумана

Алексей Сергеевич Куркин

РАСЧЕТ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ

СТЕРЖНЕВЫХ СВАРНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

Методические указания по выполнению курсовой работы

2007

ВВЕДЕНИЕ

Цель работы - практическое освоение методов проектирования сварных конструкций. В настоящее время для проектирования все шире используются ЭВМ и автоматизированные системы (САПР), в которых расчетные формулы и нормативные документы, заложенные в основу программного обеспечения, скрыты от глаз проектировщика. Тем не менее, знакомство с ними в процессе расчета вручную полезно для будущего инженера, так как позволяет ему более осознанно применять САПР или обходиться без САПР при разработкe не типовых конструкций.

В основу курса проектирования сварных конструкций положены строительные нормы и правила (СНиП), составляющие наиболее полный и систематизированный комплекс нормативных документов в нашей стране. Применение СНиП в учебных целях вызывает некоторые затруднения, связанные с их универсальным характером. Поиск необходимых формул и таблиц для новичка непрост. Поэтому методические указания, наряду с описанием требований к курсовой работе и порядка ее выполнения, содержат также все основные расчетные формулы из СНиП. Все ссылки в тексте на СНиП относятся к [1].

Для освоения методов проектирования предлагается разработать простейшую сварную конструкцию, состоящую из 2 стержней, нагруженных поперечной силой (рис.1). Расчет такой конструкции, хотя и является сравнительно простым, имеет целый ряд особенностей, присущих сварным конструкциям в целом. Эти особенности проявляются при расчете конструкции на выносливость, при расчете прочности сварных швов и при расчете устойчивости сжатых элементов с составным сечением. Оба стержня испытывают продольную растягивающую или сжимающую силу, поперечную перерезывающую силу и изгибающий момент. Схема расчета сечения каждого из стержней зависит от соотношения этих факторов: один из стержней работает как стойка (на сжатие), другой как балка (на изгиб), что требует применения разных формул при расчете на прочность, жесткость и устойчивость [1]. Таким образом, выполнение задания включает в себя важный этап реального проектирования - уточнение расчетной схемы и выбор соответствующего расчетного аппарата.

Задача состоит в разработке рациональной конструкции, обеспечивающей прочность при наименьших массе и стоимости. Для ее успешного решения необходимо ясное представление о том, какие параметры конструкции подлежат выбору в процессе проектирования и как этот выбор влияет, с одной стороны, на прочность, устойчивость и жесткость, а с другой – на массу и стоимость. Как правило, проектировщик имеет возможность выбора:

• типа поперечного сечения (сплошного или составного из двух или четырех ветвей);

- вида заготовок (листов, гнутых или прокатных профилей);

- марки стали или сплава;

- размеров элементов сечения и расстояний между ними;

- способа соединения элементов сечения (стыковыми или угловыми швами, непосредственно или через промежуточные элементы);

- конструктивного оформления сварных узлов.

Иногда выбор может быть ограничен рядом дополнительных условий.

В исходных данных для проектируемой стержневой конструкции свободный выбор параметров сведен к минимуму для сокращения объема работы. Выбор из большего количества вариантов повышает трудоемкость работ, но позволяет спроектировать конструкцию, более близкую к оптимальной.

Рис. 1. Схема стержневой конструкции

I. Исходные данные

Стержневая конструкция (см. рис.1) состоит из двух жестко соединенных стержней, установлена на шарнирных опорах и нагружена силами P₁ и P₂ . Размеры конструкции и значения сил для разных вариантов задания приведены в табл.1. При заданных соотношениях сил левый стержень работает как стойка (преимущественно на сжатие), а правый – как балка (преимущественно на изгиб).

Предлагаемые типы поперечных сечений для разных вариантов задания приведены на рис.2 и в табл.1. Материал - сталь ВСтЗсп. Нагрузка циклическая, пульсирующая (с коэффициентом асимметрии цикла ρ=0), число циклов за срок службы n=10⁶. При работе на выносливость наибольшую концентрацию напряжений создают угловые швы в узле, соединяющем стержни между собой (7-я группа по СНиП).

Рис. 2. Типы поперечных сечений: ДТ - двутавровое сварное или прокатное; Т - тавровое сварное или прокатное; 2Ш - два швеллера (сварных или прокатных); 2У - два неравнобоких уголка (прокатных); 4У - четыре равнобоких уголка (прокатных)

Вариант	L1, мм	L2, мм	L3, мм	H, мм	P1, кН	P2, кН	Сечение стойки	Сечение балки
1	1000	5000	2500	3000	20	3	Т	2Ш
2	800	5000	3000	3000	40	3	Т	2Ш
3	800	10000	3000	2000	100	28	Т	2Ш
4	1500	10000	3000	2000	100	50	4У	ДТ
5	8000	8000	4000	10000	138	27	4У	ДТ
6	1500	10000	2000	1000	150	170	4У	ДТ
7	2000	10000	5000	1000	150	140	2Ш	ДТ
8	2000	10000	5000	4000	100	20	2Ш	ДТ
9	2000	20000	10000	4000	50	11	2Ш	ДТ
10	200	8000	1000	1000	300	100	2У	ДТ
11	2000	8000	7000	4000	50	2.2	2У	ДТ
12	2000	8000	4000	4000	50	9	2У	ДТ
13	200	8000	200	5000	300	5	Т	2Ш
14	2000	8000	4000	500	50	85	Т	2Ш
15	200	8000	4000	5000	150	6	Т	2Ш
16	2000	8000	6000	500	150	95	4У	ДТ
17	2000	8000	6000	200	90	90	4У	ДТ
18	2000	8000	6000	1000	140	60	4У	ДТ
19	8000	8000	6000	1000	140	160	2Ш	ДТ
20	200	8000	4000	8000	150	3	2Ш	ДТ
21	800	5000	3000	2000	100	12	2Ш	ДТ
22	8000	8000	4000	6000	80	27	2У	ДТ
23	2000	8000	6000	500	50	35	2У	ДТ
24	8000	8000	2000	10000	230	70	2У	ДТ
25	8000	8000	4000	3000	230	150	Т	2Ш
26	1500	8000	4000	1000	200	120	Т	2Ш
27	200	8000	4000	1000	200	40	Т	2Ш
28	1500	10000	7000	2000	150	28	4У	ДТ
29	2000	20000	18000	4000	150	6	4У	ДТ
30	200	8000	200	1000	300	5	4У	ДТ
31	8000	8000	7000	1000	80	45	2Ш	ДТ
32	200	8000	2000	5000	300	30	2Ш	ДТ
33	2000	8000	1000	4000	50	18	2Ш	ДТ
34	1500	10000	1000	2000	150	90	2У	ДТ
35	200	8000	6000	8000	150	2	2У	ДТ
36	800	5000	3000	3000	100	10	2У	ДТ

Таблица 1