Методические указания к выполнению пояснительной записки и графической части курсового проекта.

ФГОП СПО НМК

РАСЧЁТ

И ПРОЕКТИРОВАНИЕ

СВАРНЫХ

КОНСТРУКЦИЙ

Задания на курсовой проект и методические указания по его выполнению для студентов специальности 150203 «Сварочное производство» средних специальных учебных заведений.

 

 

 

Нефтекамск 2009

 

Содержание.

Задания на курсовой проект………………………………………………………………… 4

Методические указания к выполнению пояснительной записки и графической части курсового проекта………………………………………………………………………………….6

Пример выполнения курсового проекта на тему «Сварная балка»……………………...…8 Раздел 1.Введение……………………………………………………………………………..11

Раздел 2. Расчётная часть……………………………………………………………………..12

Раздел 3. Технологическая часть……………………………………………………………..20

Сборочный чертёж балки……………………………………………………………………..22

Спецификация………………………………………………………………………………….23

Примечания автора к представленному курсовому проекту……………………………… 24

Пример выполнения курсового проекта на тему «Сварная колонна»…………………… 26

Раздел 1. Введение…………………………………………………………………………….29

Раздел 2. Расчётная частьь………………………………………………………………….31

Раздел 3. Технологическая часть……………………………………………………………. 41.

Сборочный чертёж колонны………………………………………………………………….43

Спецификация…………………………………………………………………………………44

Примечания автора к представленному курсовому проекту……………………………….45

Приложение……………………………………………………………………………………49

Литература……………………………………………………………………………………..53

 

 

 

Задания на курсовой проект.

1.1 Рассчитать и спроектировать сварную сплошностенчатую балку перекрытия объекта 1 класса ответственности, которая несёт равномерно распределённую нагрузку, складывающуюся из постоянной нагрузки р_1n с коэффициентом надёжности γ_f1 и временной нагрузки р_2n c коэффициентом надёжности γ_f2. Строительный габарит для балки h_б, пролёт балки L, материал балки ВСт3пс.

 

Таблица 1. Исходные данные.

Вариант	p1n, Кн/м	γf1	p2n, Кн/м	γf2	hб, м	L, м
		1.2		1,2	1,0
		1,1		1,3	1,0
		1,1		1,4	1,1
		1,2		1,5	1,2
		1,05		1,1	1.2
		1,1		1,2	1,2
		1,15		1,4	1,2
		1,2		1,3	1,3
		1,05		1,1	1,3
		1,1		1,4	1,4
		1,15		1,5	1.4
		1,2		1,6	1,4
		1,05		1,3	1,2
		1,1		1,2	1,3
		1,15		1,1	1,4
		1,2		1,3	1,5
		1,05		1,2
		1,1		1,15	1,1
		1,15		1,25	1,2
		1,12		1,32	1,3

Рисунок 1. Расчётная схема балки.

1.2. Рассчитать и спроектировать сварную колонну высотой Н для опирания двух балок перекрытия. Нагрузка на колонну F действует вдоль её оси; коэффициент, учитывающий способы крепления концов колонны μ; материал всех элементов колонны сталь ВСт3пс.

 

Таблица 2. Исходные данные.

Вариант
F,кН
H, м
μ		0,7	0,7	0,7				0,7		0.7
Вариант
F,кН
H, м
μ		0,7		0,7		0,7		0,7		0,7

μ = 0,7 μ = 1

Рисунок 2. Расчётные схемы колонн.

 

Методические указания к выполнению пояснительной записки и графической части курсового проекта.

Оформление пояснительной записки.

 

Пояснительная записка является текстовым конструкторским документом и формляяется в соответствии с ГОСТ 2.105 – 95.

Первым листом записки является задание на проектирование, выданное преподавателем и утверждённое председателем цикловой методической комиссии профессиональных дисциплин специальности 150203. За ним следует лист «Содержание» с основной надписью, выполненной по форме Последующие листы содержат основную надпись по форме Пояснительную записку следует писать чёрными чернилами (чёрной пастой) чётко, аккуратно, грамотно на стандартных листах нелинованной писчей бумаги формата А4 с рамкой, отступая слева 20 мм, а с остальных сторон по 5 мм. Текст пишется на одной стороне листа. В тексте не допускаются помарки, исправления и нестандартные сокращения слов.

Пояснительная записка должна быть сброшюрована в тетрадь с обложкой, на которую наклеивается титульный лист, выданный преподавателем.

Содержание записки надо разделить на разделы и подразделы. Разделы должны иметь порядковые номера, обозначенные арабскими цифрами (1,2,3…). Каждый раздел необходимо начинать с нового листа. Подразделы должны иметь номера, состоящие из номера раздела и номера подраздела (1,1; 1,2; 2,1…). Подразделы пишутся последовательно (не с нового листа каждый). Наименования разделов и подразделов должны быть краткими, соответствовать содержанию и записываться в виде заголовка более крупным шрифтом.. Расстояние между заголовками и последующим текстом следует принять 10 мм.

Все расчёты следует сопровождать иллюстрациями: схемами, эскизами, эпюрами с указанием расчётных размеров. Иллюстрации выполняются чёрным цветом, помещаются в разрывах текста записки и нумеруютя (Рисунок 1; Рисунок 2 и т. д.) с указанием названия.

Значения коэффициентов и символов, входящих в расчётные формулы, должны быть приведены непосредственно под формулой с обоснованием выбора их величин и ссылкой на источник (ГОСТ, справочная литература и т. п.) с указанием страниц, или таблиц этого источника.

Последним листом записки должен быть лист «Литература» с перечислением источников, расположенных в алфавитном порядке фамилий их авторов, с указанием издательств и года выпуска.

 

 

 

Содержание разделов пояснительной записки.

 

Раздел 1. Введение должен содержать краткое описание существующих видов проектируемой сварной конструкции (балок или колонн). Материал для написания этого раздела рекомендуется взять из учебников: А.Н. Блинов, К.В. Лялин «Сварные конструкции», Стройиздат М., 1990 г. (§18 для сварных балок, §22 для сварных колонн); А.М. Михайлов «Сварные конструкции», Стройиздат М., 1983 г. (§23 для сварных балок, §33 для сварных колонн).

Раздел 2. Расчётная часть должен содержать все необходимые расчёты и выводы, связанные с заданной темой проекта и содержанием подраздела.

Раздел 3. Технологическая часть должен содержать анализ технологичности проектируемой конструкции, краткое описание технологии её сборки и сварки с указанием способов сварки, вспомогательных материалов, применяемого сборочного и сварочного оборудования, режимов сварки, способами контроля.

 

Примеры выполнения курсового проекта.

Далее приведены примеры выполнения курсовых проектов студентами гр. 3ТСПС

Лебедевым Сергеем и Громовым Игорем.

 

 

ФГОУ СПО НМК

Тема проекта: БАЛКА СВАРНАЯ

 

Студента _______________________________________________

 

 

Нефтекамск 2009 г.

ЗАДАНИЕ на курсовой проект по дисциплине «РАСЧЁТ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ СВАРНЫХ КОНСТРУКЦИЙ».
ТЕМА: БАЛКА СВАРНАЯ
РАСЧЁТНАЯ СХЕМА КОНСТРУКЦИИ:	ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ:
q   А в l	= 18 кН/м
= 1,05
= 130 кН/м
= 1,2
= 1,3 м
l = 12 м
Сталь ВСт3пс.
СОДЕРЖАНИЕ РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНОЙ ЗАПИСКИ:	СОДЕРЖАНИЕ ГРАФИЧЕСКОЙ ЧАСТИ ПРОЕКТА:
Раздел 1. Введение.	Сборочный чертёж балки.
Раздел 2. Расчётная часть.
2.1. Определение нагрузки на балку.
2.2. Определение размеров поперечного сечения балки.
2.3. Проверка балки на прочность.	ЛИТЕРАТУРА:
2.4. Изменение сечения балки.
2.5. Проверка прочности изменённого сечения балки.	1 А. М. Михайлов «Сварные конструкции», Стройиздат, М, 1983 г.
2.6. Устойчивость балки и её элементов.	2 Г А. Николаев, В. А. Винокуров «Сварные конструкции», Высшая школа, М, 1990 г.
2.7. Рёбра жёсткости.	3 А. Н. Блинов, К. В. Лялин «Сварные конструкции», Стройиздат, М. 1990 г.
Раздел 3. Технологическая часть.
3.1. Анализ технологичности.
3.2. Технология сборки и сварки.
3.3. Применяемое оборудование.

СОДЕРЖАНИЕ.

Раздел 1. Введение..………………….……………………………………………4

Раздел 2. Расчётная часть..……………………….………………………………5

2.1. Определение нагрузки на балку…………….……………………………….5

2.2. Определение размеров поперечного сечения балки ……………………...5

2.3. Проверка балки на прочность..……………………………………………...7

2.4. Изменение сечения балки…….…..……………………………………….…8

2.5. Проверка прочности изменённого сечения балки….………………………8

2.6. Устойчивость балки и её элементов…..………………….………………..10

2.7. Рёбра жёсткости………………………………………….………………….11

Раздел 3. Технологическая часть……………………………………………….13

3.1. Анализ технологичности…………………………...………………………13

3.2. Технология сборки и сварки………...……………………………………...13

3.3. Применяемое оборудование……………………………………………..…14

Литература……………………………………………………………………….15

 

 

Раздел 1. Введение.

Балка представляет собой элемент каркаса промышленного здания, предназначенный для работы на поперечный изгиб. Сварные балки применяются в тех случаях, когда условиям прочности, жёсткости и устойчивости не удовлетворяют балки стандартного фасонного профиля (двутаврового, или швеллерного). Чаще всего применяются сварные балки, полученные сваркой трёх листов двутаврового поперечного сечения. Вертикальный лист с размерами h_w и t_w называется стенкой, а два горизонтальных листа с размерами b_f и t_f – поясами (рисунок 1).

Рисунок 1.Двутавровое поперечное сечение балки,состоящее из 3 листов.

В том случае, если и эта сварная балка не будет удовлетворять условиям прочности, жёсткости и устойчивости, применяют сварные балки усиленного поперечного сечения. К таким балкам относятся балки с четырьмя поясами, или двумя стенками (рисунок 2).

а) б)

 

Рисунок 2. Сварные балки усиленного поперечногосечения.

а) с двумя стенками; б) с четырьмя поясами.

В настоящее время всё более применяют сквозные (перфорированные) двутавровые балки. Роспуск стенки горячекатаного двутавра по ломаной линии с последующим совмещением и сваркой выступающих гребней обеспечивают получение элемента двутаврового сечения с шестиугольными отверстиями, напоминающие пчелиные соты. Иногда такие балки называют «сотовыми».

 

После роспуска двутавра. После совмещения и сварки.

Рисунок 3. Перфорированная (сотовая) двутавровая балка.

Раздел 2. Расчетная часть.

 

2.1. Определение нагрузки на балку.

 

Определяем расчётное значение нагрузки на балку, составляем её расчётную схему, строим эпюры поперечных сил и изгибающих моментов.

+ = 18 · 1.05 + 130 · 1.2 = 174.9кН/м

Определяем максимальные значения поперечной силы и изгибающего момента.

1049.4кН 3148.2кН·м

Максимальная поперечная сила действует на опорах балки, а максимальный изгибающий момент- по середине пролёта балки.

Рисунок 3. Расчётная схема балки и эпюры и .

2.2. Определение размеров поперечного сечения балки.

 

Определяем требуемый момент сопротивления изгибу поперечного сечения балки. В целях экономии материала проектируем балку переменного поперечного сечения по длине и, поэтому развитие пластических деформаций можно допустить только по середине её пролёта, где действует максимальный изгибающий момент.

коэффициент безопасности.

коэффициент надёжности.

расчётное сопротивление стали.

Определяем высоту поперечного сечения балки.

где

отношение максимального прогиба к пролёту балки.

Для балок высотой поперечного сечения до 3м. Рациональное значение толщины стенки.

Определяем оптимальную высоту поперечного сечения балки.

где

Принимаем окончательную высоту поперечного сечения балки 1300 мм, что больше минимальной и почти не отличается от оптимальной высоты, а также не выходит за рамки заданного строительного габарита.

Определяем толщину стенки поперечного сечения балки.

Из условия прочности на срез:

где

расчётное сопротивление на срез;

расчётное сопротивление с учётом пластических деформаций.

коэффициент надёжности.

Из условия местной устойчивости:

Сравнивая полученные два значения толщины стенки, окончательно принимаем

Определяем размеры поясных листов.

Требуемая площадь сечения пояса:

Согласно сортаменту на листовой прокат назначаем высоту стенки балки тогда толщина каждого поясного листа:

и требуемая ширина поясного листа:

Согласно сортаменту на листовой прокат принимаем с некоторым запасом листы с размерами и

Подобранное поперечное сечение балки требует конструкторской проверки. Необходимо, чтобы: а также:

Подобранные размеры отвечают условиям конструкторской проверки.

Для окончательного утверждения принятых размеров поперечного сечения балки необходимо проверить местную устойчивость сжатого верхнего пояса. Её обеспечивают следующие соотношение:

, то

 

Рисунок 4. Поперечное сечение балки.

 

2.3. Проверка балки на прочность.

По назначенным размерам поперечного сечения балки определяем следующие геометрические характеристики:

площадь сечения

статический момент площади половины поперечного сечения относительно нейтральной оси X

момент инерции поперечного сечения относительно нейтральной оси X

момент сопротивления поперечного сечения относительно нейтральной осиX

Определяем вес одного метра балки и уточняем расчётные усилия:

нормативный вес одного метра где

плотность стали

Суммарная расчётная нагрузка с учётом веса

Проверяем прочность балки:

по нормальным напряжениям где

коэффициент, зависящий от отношения

по касательным напряжениям

Прочность балки по нормальным и касательным напряжениям обеспечена.

 

2.4. Изменение сечения балки.

Так как нагрузка на балку неравномерна, целесообразно спроектированное поперечное сечение балки выполнять не по всей её длине. На концах балки поперечное сечение выполняем уменьшенным. Рекомендуется ширину уменьшенного пояса принимать в два раза меньшим по сравнению с определённым ранее значением, но не менее 180 мм, в нашем случае:

Тогда момент инерции уменьшенного сечения относительно нейтральной оси X будет:

Момент сопротивления умещенного сечения относительно нейтральной оси X будет:

Вычисляем предельный изгибающий момент, который может быть воспринят уменьшенным сечением балки без пластических деформаций:

где

составляем аналитическое выражение изгибающего момента и приравниваем его к

 

2.5. Проверка прочности изменённого сечения балки.

Проверяем прочность изменённого сечения балки по касательным напряжениям на опорах:

 

Статический момент половины изменённого сечения балки относительно нейтральной оси X

Максимальные касательные напряжения

прочность обеспечена.

По приведённым напряжениям:

Нормальные напряжения на уровне поясных швов:

Поперечная сила на расстоянии от опоры

Статический момент площади сечения пояса относительно нейтральной оси X:

Касательные напряжения на уровне пояса:

приведённые напряжения

коэффициент, учитывающий развитие пластических деформаций. Прочность по приведённым напряжениям обеспечена.

Рисунок 5. Конструкция пояса балки.

Рисунок 6. Эпюры нормальных и касательных напряжений.

2.6. Устойчивость балки и её элементов.

 

Рисунок 7. Размещение балок настила.

Балки настила изготавливают из фасонного проката двутавр № 30 и устанавливаем на проектируемой балке с шагом

На крайних участках балки, где ширина её поясов уменьшена, отношение

Сравниваем это отношение с величиной, полученной по формуле:

следовательно, устойчивость балки обеспечена.

Коэффициенты

В средней части балки, где отношение допускается развитие пластических деформаций в сечении с максимальным изгибающим моментом. Следовательно, наибольшее значение этого отношения необходимо умножить на поправочный коэффициент, который составляет

Тогда, следовательно, общая устойчивость балки обеспечена.

Устойчивость сжатого верхнего пояса уже проверялась в подразделе 2.2.

Проверяем устойчивость стенок:

условная гибкость следовательно, условие устойчивости стенки не выполняется и требуется рёбра жёсткости.

 

2.7. Рёбра жёсткости.

Выясним, возможна ли расстановка рёбер жёсткости на расстоянии, равном удвоенному шагу балок настила. Проверим устойчивость стенки с учётом местных напряжений под балкой настила в отсеке, где изменяется сечение балки, т.е. на расстоянии 1м от опоры: определим изгибающий момент и поперечную силу в этом месте:

Краевое нормальное напряжение

Среднее касательное напряжение

Местное напряжение , где ширина полки двутавра №30.

Коэффициент защемления стенки в поясах где при прерывном опирании

Отношение сторон отсека

Отношение напряжений (табличное значение).

В этом случае критическое напряжение определяется по формуле:

где с₂ табличный коэффициент.

Критическое местное напряжение Н/мм², где

с₁ табличный коэффициент;

Критическое касательное напряжение Н/мм².

Найденные напряжения и их критические значения подставим в формулу:

Результат показывает, что принятая расстановка рёбер жёсткости обеспечивает устойчивость стенки, и нет необходимости укреплять её под каждой балкой настила.

Конструируем рёбра:

Ширина одного ребра:

Ширина свеса уменьшенного пояса:

102>95 – не подходит (ширина ребра больше свеса пояса).

Конструируем парные рёбра жёсткости, ширина которых: Примем < 95мм

Толщина рёбер:

Предусматриваем парную расстановку рёбер жёсткости на расстояниях, равных удвоенному шагу балок настила.

Рисунок 8. Ребро жёсткости.

 

Раздел 3. Технологическая часть.

3.1. Анализ технологичности балки.

Для изготовления сварной балки применяется низкоуглеродистая сталь ВСт3пс, относящаяся к первой группе по свариваемости. Сварные соединения из этих сталей отличаются высоким качеством, получаются без применения дополнительных приёмов.Заготовки для элементов балки изготовляются из листового проката термической резкой и не нуждаются в дальнейшей механической обработке. Все сварные соединения располагаются симметрично, отсутствует скопление сварных швов в одном месте, имеется хороший доступ к местам сварки и для выполнения контрольных операций. Сварная балка позволяет применять высокопроизводительные способы сборки и сварки с применением прогрессивного оборудования и не требует высокой квалификации основных рабочих. Все выше сказанное позволяет сделать вывод, что спроектированная сварная балка является технологичной.

3.2 Технология сборки и сварки.

Заготовки элементов, полученные термической резкой, правится на листоправильных вальцах и транспортируются к месту сборки мостовым краном. Сборка осуществляется по разметке на плите модели ПС-2.5Х4 с использованием перпендикулярных зажимов. На сборку поступают сваренные предворительно ручной электродуговой сваркой широкий и узкий пояса с применением V-образной обработки кромок в количестве 2-х штук (верхний и ни- жний), одна стенка и 14 рёбер жёсткости. На поясах с помощью мостового крана устанавливаем стенку, выверяя установку с помощью угольника, и осу ществляем прихватку. Затем устанавливаем и прихватываем второй пояс. При сборке должна соблюдаться симметрия и перпендикулярность поясов относительно стенки. Рёбра жёсткости устанавливаем по разметке и прихватываем. При вертикальном расположении балки сварка производится под флюсом двумя автоматами, обеспечивающими высокую производительность. Для исключения сварных деформаций производим жёсткое закрепление балки при помощи зажимов к плите. При сварке используем проволоку СВ-08А диаметром 5 мм и флюс ОСЦ-45 по ГОСТ 9087-69. Применяемый флюс малочувствителен к ржавчине, даёт плотные швы, стойкие против образования горячих трещин. Сварку ведём в кантователе «в лодочку». После сварки двутавровой балки необходим контроль симметричности и перпендикулярности поясов относительно стенки. Рёбра жёсткости привариваем ручной дуговой сваркой электродами Э42. После сварки рёбер жёсткости, отбиваем шлак, очищаем металл от брызг, производим контроль и транспортируем сварную балку на склад.

3.3 Применяемое оборудование.

Для автоматической сварки применяем аппарат тракторного типа АДГ-502, который комплектуется универсальным выпрямителем ВДУ-506.Для ручной

дуговой сварки в качестве источника питания применяем трансформатор ТД-306.

Литература.

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

2. Михайлов А.М. «Сварные конструкции», Стройиздат, М, 1983 г.

3. Николаев Г.А., В. А. Винокуров «Сварные конструкции», Высшая школа, М, 1990 г.

4.Мандриков

 

 

Примечания

1. К подразделу 2.2.

1.1 В том случае, если при конструкторской проверке не соблюдаются рекомендуемые соотношения размеров стенки и поясов, то следует их изменить.

1.2.Если , то из соотношения следует определить ширину свеса пояса балки b_ef и затем найти новую ширину пояса балки , округлив полученное значение по сортаменту на листовой прокат.

2.К подразделу 2.3.

2.1. В случае не соблюдения условий прочности по нормальным или касательным напряжениям следует конструктивно увеличить толщину стенки и сделать перерасчёт.

3.К подразделу 2.7.

3.1.Если отношение табличного значения (таблица9), то критическое напряжение следует вычислять по формуле , где с_ст выбирается из таблицы 7.

3.2.Если результат полученный по формуле >1, то рёбра жёсткости рекомендуется расставлять под каждой балкой настила.

3.3.Если ширина свеса пояса балки будет больше ширины ребра жёсткости, то рёбра жёсткости рекомендуется расставлять в шахматном порядке.

4. Образец выполнения чертежа общего вида представлен на рисунке 3. Размеры и обозначения сварных швов рекомендуется проставить самостоятельно.

5. Все необходимые для расчёта табличные значения выбираются из таблиц прило-

жения.

 

Рисунок 3. Образец выполнения чертежа общего вида сварной балки.

ФГОУ СПО НМК

Нефтекамск 2009