Задачи проекта:

1. Определение допускаемых напряжений

 

2. Определение расчетных усилий момента поперечных сил

 

3. Определение высоты балки

 

4. Определение ширины горизонтального пояса балки

 

5. Проверка подобранного сечения

 

6. Проверка балки на общую устойчивость

 

7. Проверка балки на местную устойчивость,

 

8. Расчет сварных швов

 

9. Опорные части балок

1 Вводная часть

1.1 Описание проектируемой конструкции

Балка — это конструктивный элемент, представляющий собой горизонтальный или наклонный брус, работающий преимущественно на изгиб. На практике, как правило, горизонтально расположенная балка воспринимает вертикальную поперечную весовую нагрузку, но в отдельных. случаях необходимо учитывать влияние и вероятных горизонтальных поперечных сил (например, ветровую нагрузку или при учёте возможного землетрясения). Нагруженная балка, в свою очередь, воздействует на опоры, которыми могут являться колонны, подвесы, стены или другие балки (перекладины). Затем нагрузка передаётся далее и в итоге, в большинстве случаев, воспринимается конструктивными элементами, работающими на сжатие

— опорами. Отдельно можно выделить случай ферменной конструкции, в которой стрежни покоятся на горизонтальной балке.

 

Одним из самых распространённых типов поперечного сечения стальной

балки является двутавровое сечение. Основные преимущества сварных балок

двутавровых — снижение стоимости изготовления и монтажа, увеличение

пролётов зданий, сокращение времени на монтажные работы. Балка

двутаврового профиля примерно в 7 раз прочнее и в 30 раз жёстче балки

квадратного профиля аналогичной площади сечения.

Металлической балкой перекрытий можно. перекрыть большие пролёты созначительной нагрузкой, металлическая стальная балка двутавровая устойчива к биологическим воздействиям.

Основное направление использования сварных двутавровых балок —

несущие конструкции современных зданий гражданского и промышленного

назначения, используются при возведении мостов.

Производство двутавров прокаткой приблизительно одинаковых размеров

Со сварными — производительнее, но расширение строительства

 

 

 

автоматизированных линий выдвигает сварные конструкции на первое место, перед другими способами их выполнения. С помощью сварной балки можно внести разнообразие в архитектуру зданий, сделать более широкими пролеты зданий, в значительной степени уменьшить вес несущих конструкций, ощутимо. увеличить рентабельность проектов.

 

1.2Характиристика Основного металла

 

Сталь 14Г2 конструкционная низколегированная для крупных листовых сварных конструкций, работающих до температур —70 °С. Сталь содержит повышенное содержание марганца до 2%. Может быть применена в изготовлении: трубопроводов, мостовых кранов, каркасов промышленных зданий, обечаек. Из-за низкого содержания углерода сталь является пластичной, но имеет способность к образованию закалочных структур и трещин из-за высокого содержания марганца.

Таблица 1 -химический состав Содержание элементов в %

C	Si	Mn	Ni	S	P	Cr	N	Cu	As
0.12 — 0.18	0.17 — 0.37	1.2 — 1.6	до 0.3	до 0.04	до 0.035	до 0.3	до 0.008	до 0.3	до 0.08

Таблица 2-Механические свойства

Сортамент	Размер, мм	Напр	Sв,МПа	Sт,МПа	d5 ,%	у, %	KCU , кДж/м²	Термообр.
Прокат	4		470		21		4
Лист	5-9		470	340	21

 

Температура ковки, С° : t Начала 1200, конца 900.

Свариваемость — ограничено свариваемая. Сварка производится предварительным подогревом до 100-120 С° и последующей термической обработкой.

Способы сварки: ручная дуговая сварка, аргонодуговая сварка под флюсом и газовой защитой, электрошлаковая сварка и контактная точечная сварка.

Склонность к отпускной хрупкости – склонна, требуется термообработка,

 

1.3 Характеристика свариваемости основного металла.

Свариваемостью. называется способность металлов образовывать при установленной технологии сварки сварное соединение, металл шва которого имел бы механические свойства, близкие к основному металлу. Свариваемость металлов рассматривают с технологической и с физической точек зрения. Тепловое воздействие на металл в околошовных участках и процесс плавления определяются способом сварки, его режимами. Отношение металла к конкретному способу сварки и режиму принято считать технологической свариваемостью. Физическая свариваемость определяется  процессами, протекающими в зоне сплавления свариваемых металлов, в результате которых образуется неразъемное сварное соединение.

Сближение частиц и создание условий для их взаимодействия осуществляется выбранным способом сварки, а протекание соответствующих физико-химических процессов определяется свойствами соединяемых металлов. Эти свойства металлов определяют их физическую свариваемость.

Сейчас все шире применяют низкоуглеродистые низколегированные стали содержанием легирующих элементов до 2,5%. Основными легирующими элементами являются марганец, кремнии, хром и никель. Для повышения коррозионной стойкости стали вводят медь (0,3-0,4%). Марганец (Мп) не ухудшает свариваемости стали, если его содержание не превышает 0,3—0,8 %. В средне-марганцовистых | (1,8—2,5 % М) сталях марганец — повышает закаливаемость стали и склонность ее к образованию трещин при сварке.

По свариваемости стали подразделяются на четыре группы: первая

группа хорошо сваривающиеся, вторая— удовлетворительно, третья —

ограниченно, четвертая — плохо сваривающиеся.

К первой группе относятся стали, у которых Сэкв не более 0,25%. Эти стали при обычных способах сварки не дают трещин. Сварка этих сталей ведется без подогрева и после сварки не требуется последующей термообработки, получаются сварные соединения высокого качества

Ко второй группе относятся стали, у которых Сакв» находится в пределах

0,2—0,35%. Для получения сварных соединений © хорошим качеством требуется строгое соблюдение режимов сварки, применение специального присадочного металла, особо тщательной очистки свариваемых кромок и нормальные температурные условия, а в некоторых случаях предварительный подогрев до 100 — 150° С последующей термообработкой.

К третьей группе относятся стали, у которых Сэкв в пределах: 0,35—0,45%.

К этой группе относятся стали, которые в обычных ‘условиях сварки склонны к образованию трещин. Сварка этих сталей ведется © предварительным подогревом до 250—400° С с последующим отпуском.

К четвертой группе сталей относятся стали, у которых Сэкв более 0,45%.

Такие стали трудно поддаются сварке и склонны к образованию трещин. Сварка этих сталей должна выполняться с предварительным подогревом и последующей термообработкой.

 

Низколегированные низкоуглеродистые стали сваривают электродами типов Э42, Э50 с основным покрытием марок УОНИ-13/45, СМ-11, УОНИ-13/55 и др. Для сварки под флюсом в основном применяют  марганцевые высококремнистые флюсы (ОСЦ-45, АН-348) и низкоуглеродистые сварочные проволоки Св-08, Св-ОВА, Св-О8ГА (для низкоуглеродистых) и Св-О8ГА,

Св-10Г2, Св-08ХН, Св-08ХМФА и др. (для низколегированных сталей).При сварке в защитных газах используют углекислый газ, а также смеси углекислого газа с аргоном и кислородом, в качестве сварочных проволок в этом случае применяют проволоки марок Св-О8ГС, Св-08Г2С и др., для повышения коррозионной стойкости используют проволоку марки

Св-08ХГ2С Теплоустойчивые стали чувствительны к термическому циклу при сварке, следствием которого являются появление холодных трещин, процессы старения, разупрочнения, охрупчивания и опасность трещин при эксплуатации. Основными мерами борьбы с этими процессами являются применение основного металла минимальным содержанием примесей и пониженным содержанием

1.4 Выбор способа сварки конструкции

 

 

Рисунок 1 – Схема кондуктора для сборки двутавровых балок.

Рисунок 2 Способ укладки швов

 

 

1.5 Определение допускаемых напряжений.

При расчёте на растяжение, сжатие, изгиб [σ], МПа,

определяется по формуле

[σ]=Rm/n, (1)

где R — нормативное сопротивление, МПа;

m — коэффициент условий работы характеризируется

особенностью нагрузки (для балок, стоек, ферм m = 0,9);

n — коэффициент перегрузки (для балок 1,1).

 

 

[σ] =290 * 0,9 / 1,1 =261МПа

Допускаемое касательное напряжение [τ], МПа, определяется

|по формуле

 

[τ] =Rcp*m/n

 

где Rcp — нормальное сопротивление на срез, МПа

[τ] = 170 * 0,9 / 1,1 = 139,09 МПа

 

Допускаемое касательное напряжение на смятие [σ]см, МПа,

определяется по формуле

 

[σ]cм=Rc*m/n

Где Rc — нормативное сопротивление на смятие, МПа.

[σ]см = 430 * 0,9 / 1,1 = 351,82 МПа

 

2. Расчетная часть

 

 

 

Рисунок 2 — Схема нагрузки балки

 

Исходные данные: Сталь 14Г2; 1 = 12м; Р = 190кн; d = 2,8м; q=2,4кН/м;

Rр = 290 МПа; Rср = 170Мпа; Rсм =430Мпа; m = 0,9: n =1,1

[f] = 1/550.

 

2.1 Определение расчетных усилий

момента  и поперечной силы

2.1.1 Определение расчетных усилий момента

2.1.1.1 Построение линий влияния моментов

сосредоточенных нагрузок и определение ординат линий влияния

a, м	1	2	3	4	5	6
У1,м	0,917	1,67	2,25	2,67	2,9	3
У2,м	0,68	1,2	1,55	1,73	1,75	1,6
∑У1,м	1,597	2,87	3,8	4,4	4,65	4,6

 

Таблица 3

 

 

 

 

 

2.1.1.2 Определение момента М_p, кНм, от веса тележки в

 

каждом сечении.

=

 

где Р — сосредоточенная сила, кН;

у1 — ордината линий влияния от сосредоточенных сил, М.

 

Уп Упи Уд» (5)

 

где Ут, Уз — ординаты линий влияния от сосредоточенных

сил, м.

а, м	1	2	3	4	5	6
∑у1,м	1,597	2,87	3,8	4,4	4,65	4,6
Mp,кНм	303,43	545,3	722	836	883,5	874

 

Таблица 4

 

 

Рисунок 4

2.1.1.3 Определение моментов М_q, кНм, от равномерно

распределенной нагрузки

 

М_q = q * 1* а/ 2 – а *а²/ 2

где

q — равномерно распределенная нагрузка, кН/м;

l — длинна балки, м;

а — длинна балки в сечении Х, м.

 

a , м	1	2	3	4	5	6
Мq,кНм	13,2	24	32,4	38,4	42	43,2

Таблица 5

 

 

 

Рисунок 5

 

2.1.1.3 Определение суммврных моментов М_∑ кН/м

М_∑= М_p+M_q

Таблица 6

a , м	1	2	3	4	5
Мq, кНм
Мp, кНм
М∑ кН/м

 

Рисунок 6

Расчетное значение момента М = …..кНм

 

Д.1.1.2 Определение расчетных усилий поперечной силы

Д.1.1.2.1 Построение линий влияния поперечной силы от сосредоточенной нагрузки и определение ординат линий влияния