Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное государственное бюджетное

образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Уфимский государственный авиационный технический университет

Кафедра Технологии и оборудования сварочного производства

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

ПРОЕКТИРОВАНИЕ УЗЛА СВАРНОЙ ФЕРМЫ

к курсовой работе по Проектированию сварных конструкций

Студент Яушев Р.Р.

Консультант Медведев А.Ю.

Принял Медведев А.Ю.

Уфа 2012 г.



Содержание

Исходные данные

1. Выбор основных материалов и расчетных сопротивлений

2. Расчет усилий в стержнях фермы методом линий влияния

3. Проверка найденных усилий методом рассечения фермы

4. Выбор поперечных сечений элементов фермы

5. Проверка устойчивости сжатых раскосов

6. Расчет на выносливость

7. Выбор сварочных материалов, методов неразрушающего контроля качества и расчетных сопротивлений для сварных швов

8. Проектирование сварных соединений крепления решетки к косынке

9. Проектирование сварных стыков

Список литературы

Исходные данные

Схема №4, узел №8, место эксплуатации - Ростов-на-Дону, способ сварки - механизированная сварка в среде защитных газов, количество циклов нагружения - n=10⁶.

Ферма нагружена усилиями , приложенными в узлах верхних поясов, и подвижной нагрузкой перемещающейся по верхнему поясу (рисунок 1). Также известны: расстояние между поясами расстояние между стойками

Необходимо: определить поперечное сечение стержней расположенных справа от узлов 8 и 8', спроектировать крепления этих узлов к косынке, спроектировать стык пояса расположенный между узлами 8 и 9.

Рисунок 1 - Расчетная схема фермы



1. Выбор основных материалов и расчетных сопротивлений

Определим расчетную температуру наружного воздуха согласно СНиП 23-01. Т.к. за нее принимается температура воздуха наиболее холодных суток обеспеченностью 0,98, то она будет равна С для города Ростов-на-Дону.

Наша конструкция относится к группе 1 в соответствии с приложением В документа СП 53-102-2004. Далее по таблице В.1 выбираем сталь, рекомендуемую к применению по ГОСТ 27772-88. Таковой является сталь С255.

В документе ГОСТ 27772-88 говорится, что прокат из стали С255 с массовой долей марганца 0,8-1,1% и кремния 0,15-0,30% изготовляется толщиной более 30 мм. Примем данную толщину.

В соответствии с этим имеем следующие расчетные сопротивления для стали С255:

-расчетное сопротивление по пределу текучести МПа (в соответствии с СП 53-102-2004, таблица В.5);

-расчетное сопротивление растяжению, сжатию, изгибу по временному сопротивлению МПа (в соответствии с СП 53-102-2004, таблица В.5).

Механические характеристики стали С255:

предел текучести МПа, временное сопротивление МПа, относительное удлинение =24 (в соответствии с ГОСТ 27772-88, таблица 3).



2. Расчет усилий в стержнях фермы методом линий влияния

Рисунок 2 - Линии влияния усилий в стержнях фермы



Для построения линии влияния 9'8' рассмотрим уравнение равновесия

При грузе, находящемся слева от разрезанной панели, уравнение равновесия для правой части фермы будет

При z=0 , при z=l

При грузе, находящемся справа от разрезанной панели, уравнение равновесия для левой части фермы будет

При z=0 , при z=l

Для построения линии влияния 98 рассмотрим уравнение равновесия

При z=0 , при z=l

При z=0 , при z=l

Для раскоса 89' уравнения равновесия для правой и левой части фермы можно записать как:

При z=0 , при z=l .

При z=0 , при z=l .

По полученным значениям усилий строим линии влияния усилий в стержнях фермы (рисунок 2).

Теперь вычислим усилия в стержнях, вызванные реальной схемой нагружения. Для этого необходимо определить ординаты линий влияния в точках приложения внешних нагрузок и максимальное значение ординаты , в которой необходимо расположить подвижный груз . Величина усилия в стержне вычисляется по формуле

(1)

Ординаты линий влияния легче всего определить, используя какой-либо пакет САПР, например, КОМПАС-3D. Чертим расчетную схему нагружения фермы и линии влияния в масштабе с соблюдением всех заданных размеров. Определяем значения ординат линий влияния в точках приложения нагрузок и подставляем их в формулу (1). Получаем следующие значения усилий:

3. Проверка найденных усилий методом рассечения фермы

Рисунок 3 -Рассечение фермы

ферма поперечный сечение сварной

Определим реакции в опорах



Учитывая, что максимальное перемещение усилия Q равно z=7.34d (расстояние до точки с максимальной ординатой линии влияния), а также что

где

имеем

Рассекаем ферму между 8 и 9 узлами, отбрасываем левую часть, заменяем соединения усилиями (рисунок 3).

Записываем уравнения равновесия и находим усилия:

Проверка

Значит, все усилия найдены верно.

4. Выбор поперечных сечений элементов фермы

Расчет на прочность элементов, подверженных центральному растяжению или сжатию силой N, выполняют по формуле

откуда имеем минимальное значение площади поперечного сечения

(2)

где _с - коэффициенты условий работы, принимаемый по табл. 6* СНиП II-23-81. Значения _с :

- для сжатых стержней _с=0,9;

- для растянутых стержней _с=0,8;

R_y - расчетное сопротивление по пределу текучести. Рассчитывается как



, (3)

где - коэффициент надежности по материалу проката, принимаемый по табл. 2* СНиП II-23-81 (в соответствии с ГОСТ 27772-88):.

Для материала С255 (СП 53-102-2004, таблица В.5), откуда по формуле (3)

Принимаем в соответствии с документом СП 53-102-2004 (таблица В.5)

Подставим усилия от стержней в формулу (2), получим

-для верхнего пояса (89):

-для нижнего пояса (8'9'):

-для раскоса (89'):

Для поясов возьмем большую площадь сечения. Прокат для верхних и нижних поясов берем одинаковые. Так как значения слишком малы, то выбираем наименьшие допустимые значения площадей поперечного сечения по ГОСТам.

Примем двутавр (ГОСТ 8239-72) №10 с F=12 см.

Примем уголок (ГОСТ 8509-72) №2 с F=1,46 см.

5. Проверка устойчивости сжатых раскосов

Параметры уголка № 2:

расчетная длина: l_ef = м;

радиус инерции сечения: i = 0.75 см;

гибкость уголка:

условная гибкость:

Для по приложению Ж СП 53-102-2004 определяем значение = 0,192.

Расчет на устойчивость проводим по формуле

Условие устойчивости сжатого раскоса выполняется.

6. Расчет на выносливость

Расчет на выносливость следует производить по формуле

_max R, (4)

где R расчетное сопротивление усталости, принимаемое по табл. 32* СНиП II-23-81 в зависимости от временного сопротивления стали и групп элементов конструкций, приведенных в табл. 83* СНиП II-23-81. В нашем случае ;

коэффициент, учитывающий количество циклов нагружений n и вычисляемый при n < 3,9 · 10⁶ по формуле

= 0,064 (n / 10⁶)² - 0,5 (n / 10⁶) + 1,75

для групп элементов 1 и 2. В нашем случае

коэффициент, определяемый по табл. 33 СНиП II-23-81 в зависимости от вида напряженного состояния и коэффициента асимметрии напряжений _minmax; здесь _min и _max соответственно наибольшее и наименьшее по абсолютному значению напряжения в рассчитываемом элементе, вычисленные по сечению нетто без учета коэффициента динамичности и коэффициентов , _e, _b. При разнозначных напряжениях коэффициент асимметрии напряжений следует принимать со знаком "минус".

Расчет наибольшего по абсолютному значению напряжения :

Расчет наименьшего по абсолютному значению напряжения (осуществляется без учета силы Q):

Определим реакцию в опоре

Записываем уравнение равновесия и находим усилие

Тогда

коэффициент асимметрии напряжений

.

Согласно Табл. 33 СНиП II-23-81

0 0,8.

Выбираем соответствующую формулу для расчета коэффициента и рассчитываем его

Из условия (4) имеем

75,6

70.2148,36.

Условие выносливости выполняется. Но также при расчете на выносливость должно выполняться условие

где - расчетное сопротивление стали растяжению, сжатию, изгибу по временному сопротивлению;

-коэффициент надежности в расчетах по временному сопротивлению;

Согласно табл. 51 СНиП II-23-81 =360 МПа, =1,3 (Пункт 4* СНиП II-23-81). Тогда

148,36 МПа МПа.

Условие выполняется.

7. Выбор сварочных материалов, методов неразрушающего контроля качества и расчетных сопротивлений для сварных швов

При выборе сварочного материала пользуемся табл. 55* СНиП II-23-81. По ней выбираем для нашего случая марку сварочной проволоки - Св-08Г2С и сорт защитного газа - углекислый газ.

По таблице 4 ГОСТ 23118-99 выбираем:

-метод контроля - визуальный и измерительный,

-тип контролируемых швов - все швы,

-объем контроля - 100%.

По таблице 56 СНиП II-23-81 находим сопротивления металла шва:

-нормативное сопротивление металла шва

-расчетное сопротивление металла шва



8. Проектирование сварных соединений крепления решетки к косынке

Рисунок 4 - Проектирование сварных соединений

В соответствии с пунктом 12 СНиП II-23-81 имеем:

- катеты угловых швов должны быть не более 1.2t, где t - наименьшая толщина соединяемых элементов. Таким образом

По таблице 38 принимаем для нашего случая

- расчетная длина флангового шва должна быть

где - коэффициент, применяемый при сварке элементов из стали с до 530 МПа (таблица 39).

Сварные соединения с угловыми швами при действии продольной и поперечной сил следует рассчитывать на срез (условный) по двум сечениям:

- по металлу шва

- по металлу границы сплавления

где - расчетная длина шва, которую необходимо найти; - коэффициенты, принимаемые при сварке элементов из стали с до 530 МПа (таблица 39 СНиП II-23-81). В нашем случае

- коэффициенты условий работы шва, которые принимаем равными 1;

- расчетное сопротивление угловых швов срезу (условному) по металлу шва, рассчитываемое по формуле

- расчетное сопротивление угловых швов срезу (условному) по металлу границы сплавления, рассчитываемое по формуле

Найдем длины швов:

-по металлу шва

-по металлу границы сплавления

Так как центр тяжести сечения уголка находится не посередине ширины элемента, то шов, расположенный ближе к центру тяжести, воспринимает большую нагрузку, чем шов, расположенный дальше от центра тяжести. В соответствии с этим составим систему уравнений и решаем ее



Определим усилия, действующие на узел 8 по методу вырезания узлов. Имеем

Находим усилие 88'

Выберем катет шва в соответствии с таблицей 38 СНиП II-23-81.

Найдем длины швов:

-по металлу шва

-по металлу границы сплавления

Исходя из конструктивных соображений необходимо приварить косынку по всей ее длине.

9. Проектирование сварных стыков

Для данного случая можно применить стык вразбежку.

Сварку ведут с применением заходных и выходных планок. Применим также контроль рентгеновским излучением, а именно радиографический способ.

Рисунок 5-Стык вразбежку

Необходимо так же предусмотреть планки которые крепятся к поясам фермы при помощи угловых швов.

Рисунок 6-Проектирование планки

Между торцами стыкуемых элементов поясов ферм, перекрываемых планками, следует оставить зазор не менее 50 мм, для того чтобы уменьшить сварочные напряжения.

Общая длина швов составляет:

,

-по металлу шва

-по металлу границы сплавления

Подбираем и вычисляем значение



Список литературы

1. Строительные нормы и правила СНиП II-23-81(1990)

2. Николаев Г.А. «Расчет, проектирование и изготовление сварных конструкций»

3. Винокуров В.А. «Расчет сварных конструкций»

Размещено на Allbest.ru