Государственное образовательное учреждение среднего профессионального образования

1
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ СОСНОВОБОРСКОЙ ОБЛАСТИ
Сосновоборский политехнический колледж
СОГЛАСОВАНО
УТВЕРЖДАЮ
Председатель цикловой комиссии
Заведующий отделением
_____________
________________
“__” __________ 2023 г.
“__” __________ 2023 г.
ЗАДАНИЕ
На выполнение курсового проекта по профессиональному модулю ПМ02 «Разработка
технологических процессов и проектирование изделий», МДК02.01 «Основы расчёта и
проектирования сварных конструкций»
Студенту Тимофееву Никите Артёмовичу
Специальность № 22.02.06 «Сварочное производство»
Тема проекта: «Рассчитать и спроектировать сварную сплошностенчатую балку
перекрытия объекта 1 класса ответственности».
Исходные данные:
Постоянная составляющая нагрузки p1n = 14 кН/м
Коэффициент надёжности γf1 = 1,15
Временная составляющая нагрузки p2n = 130 кН/м
Коэффициент надёжности γf2 = 1,25
Cтроительный габарит hб = 1,2 м
Пролёт балки L = 9 м
Материал балки сталь ВСт3пс
Раздел 1. Введение.
Раздел 2. Расчётная часть.
2.1. Определение нагрузки на балку.
2.2. Определение размеров поперечного сечения балки.
2.3. Проверка балки на прочность.
2.4. Изменение сечения балки.
2.5. Проверка прочности изменённого сечения балки
2.6. Устойчивость балки и её элементов.
2.7. Рёбра жёсткости.
Раздел 3. Технологическая часть.
2
3.1. Анализ технологичности.
3.2. Технология сборки и сварки.
3.3. Применяемое оборудование.
Графическая часть.
Лист 1. Сборочный чертёж балки. Формат А1
Дата выдачи задания 15.01. 23
Срок окончания выполнения проекта 05.04.23
Руководитель Стратонитский Б.В.
Дата защиты проекта 06.04 23
Содержание
3
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 hw и tw называется стенкой, а два горизонтальных листа с размерами bf
и tf – поясами (рисунок 1).
Рисунок 1. 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 поперечного сечения.
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».
4
Поле 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.
q=p1n*yf1+p2n*yf2=18*1.05+130*1.2=178,6кН/м
𝑞𝑙 178,6×9
Qmax= =
2
𝑞𝑙 2
Mmax=
8
12
=803,7кН/м
=1808,34кН*м
Максимальная поперечная сила действует на опорах балки, а максимальный
изгибающий момент- по середине пролёта балки.
Рисунок 3. Расчётная схема балки и эпюры и . y Q y M
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.
5
𝑀𝑚𝑎𝑥
1808,34 × 105
𝑊𝑥 =
=
= 59,78 × 105
𝑐1 × 𝑅𝑦 × 𝛾𝑐
1,1 × 275 × 1
𝑐1 = 1.1 коэффициент безопасности.
𝛾𝑐 = 1 коэффициент надёжности.
𝑅𝑦 = 215Н/мм2  расчётное сопротивление стали.
Определяем высоту поперечного сечения балки.
ℎ=
𝑓𝑢
𝑙
=
5×𝑅𝑦 ×𝑙 2 ×𝑞𝑛
24×𝐸×𝑓𝑢 ×𝑞
1
=
5×275×9×103 ×400×144
24×2×105 ×178,6
= 831,47мм, где
-Отношение максимального прогиба к пролёту балки.
400
Для балок высотой поперечного сечения до 3м. Рациональное значение
толщины стенки.
𝑡𝑤 = 7 +
3×ℎ
3 × 831.47
=7+
= 9.5мм
1000
1000
Определяем оптимальную высоту поперечного сечения балки.
𝑊𝑥
5978000
ℎ𝑜𝑝𝑡 = 𝑘√ = 1.1√
= 872.59мм, где k 1.11.15.
𝑡𝑤
9.5
Принимаем окончательную высоту поперечного сечения балки 900 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:
𝑡𝑤 =
3 × 𝑄𝑚𝑎𝑥
3 × 803.7
=
= 0.84мм, где
2 × ℎ × 𝑅𝑠 × 𝛾𝑐 2 × 900 × 159.5 × 1
130Н
𝑅𝑠 = 0.58𝑅𝑦𝑛 = 0.58 × 275 = мм2 расчётное сопротивление на срез;
𝑅𝑦𝑛 = 275Н/мм2 расчётное сопротивление с учётом пластических деформаций.
𝛾𝑐 = 1 коэффициент надёжности.
Из условия местной устойчивости:
ℎ
𝑅𝑦𝑛
900
275
𝑡𝑤 = 6 × √ 𝐸 = 6 × √2×105 =5.6мм.
Сравнивая полученные два значения толщины стенки, окончательно принимаем с учётом
сортамента (таблица 3) 𝑡𝑤 = 10мм.
Определяем размеры поясных листов.
Требуемая площадь сечения пояса:
𝐴𝑓 =
𝑊𝑥 𝑡𝑤 − ℎ 5978000 10 × 900
−
=
−
= 5142.2мм2
ℎ
6
900
6
6
Согласно сортаменту на листовой прокат (таблица 3) назначаем высоту стенки балки ℎ𝑤 = 850мм,
тогда толщина каждого поясного листа:
𝑡𝑓 =
ℎ − ℎ𝑤 900 − 850
=
= 25мм
2
2
и требуемая ширина поясного листа:
𝑏𝑓 =
𝐴𝑓 5142.2
=
= 204.68мм.
𝑡𝑓
25
Согласно сортаменту на листовой прокат (таблица 3) принимаем с некоторым запасом листы с
размерами 𝑏𝑓 = 300мм и 𝑡𝑓 = 25мм.
Подобранное поперечное сечение балки требует конструкторской проверки. Необходимо,
𝑏𝑓
300
чтобы:𝑡𝑓 < 3𝑡𝑤 (25 < 30), а также: ℎ = 0.2. . .0.33 (900 = 0.33 …
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:
𝑏𝑓 − 𝑡𝑤
ℎ𝑤
𝐸
ℎ𝑤
𝐸
> 2.7√ , то
< 0.11
< 0.5√
𝑡𝑤
𝑅𝑦
2𝑡𝑓
𝑡𝑤
𝑅𝑦
850
2 × 105
300 − 10
850
2 × 105
= 85 > 2.7√
= 72.8
= 5.8 < 0.11
= 9.35 < 0.5√
= 13.48
10
275
2 × 25
10
275
Рисунок 4. Поперечное сечение балки.
2.3. Проверка балки на прочность. По назначенным размерам поперечного сечения балки
определяем следующие геометрические характеристики:
площадь сечения 𝐴 = 𝐴𝑤 + 2𝐴𝑓 = 𝑡𝑤 ℎ𝑤 = 2𝑏𝑓 𝑡𝑓 = 10 × 850 + 2 × 300 × 25 = 32500мм2
статический момент площади половины поперечного сечения относительно нейтральной оси X
7
𝑆𝑥 =
𝑏𝑓 𝑡𝑓 (ℎ−𝑡𝑓 )
2
𝑡 ℎ 2
8
+ 𝑤 𝑤 =
300×25(850−25)
10×8502
+
= 4184375мм3
2
8
момент инерции поперечного сечения относительно нейтральной оси X
𝐼𝑥 =
(ℎ − 𝑡𝑓 )2 10 × 8503
𝑡𝑤 × ℎ𝑤 3
(900 − 25)2
2𝑏𝑓 𝑡𝑓
=
+ 2 × 300 × 25 ×
=
12
4
12
4
= 511770833 + 2871093750 = 798 × 107 мм4
момент сопротивления поперечного сечения относительно нейтральной осиX
𝑊𝑥 =
2𝐼𝑥 2 × 798 × 107
=
= 18 × 106 мм3
ℎ
900
Определяем вес одного метра балки и уточняем расчётные усилия: нормативный вес одного
метра q𝑏𝑛 = 𝑝 × 𝐴 × 𝑔 = 7850 × 235 × 104 × 9.81 = 1801Н / м, где р = 7850кг/
м3  плотность стали