Расчет внутренних силовых факторов

Введение

 

Главная задача при изготовлении металлоконструкций уменьшение металлоемкости при сохранении прочностных характеристик. Что значительно повышает рентабельность проектов. В этом контексте сварные балки решают проблему уменьшения массы несущих конструкций. Балка сварная стальная двутавровая представляет собой сварную конструкцию из стальных листов, по форме и размерам схожую с аналогичным размером горячекатаной балки по ГОСТ 26020-83 или по СТО АСЧМ 20-93. Сварка позволяет наиболее рациональным образом сочетать размеры горизонтальных листов, часто называемых поясами, с вертикальной стенкой. Возможность создавать сварные конструкции с желаемыми соотношениями размеров, снижает расход металла и делает их более экономичными и более рентабельными по стоимости. При сварном методе изготовления балки из листов, можно создавать более рациональные профили. Именно благодаря применению сварки удается создавать балки любой длины, разнообразных размеров высотой до 2 и более метров.

Сварные балки применяются в стальных строительных конструкциях каркасов жилых, общественных, сельскохозяйственных и промышленных зданий, перекрытиях, эстакадах, мостах, подкрановых балках и в других металлоконструкциях. Особенно эффективны сварные балки в большепролетных конструкциях промышленных зданий, цехов и других сооружений, так как дают не только меньшие нагрузки на них, но и значительную экономию металла.

Данная балка сделана из материала Ст3. К ней приложены две сосредоточенные силы. В данной курсовой работе мы строим эпюры моментов и поперечных сил. Выбираем наиболее опасное сечение балки. Определяем высоту балки из условия жёсткости и экономичности. Подбираем сечения профиля. Чертим эскиз сечения балки с размерами. Проверяем на прочность. Рассчитываем местную и общую устойчивость. Конструируем расчёт сварных соединений.

Конструируем расчёт опорных частей балки с экспериментальным мониторингом сохраняемости геометрии при естественном старении.

 

Таблица 1. Исходные данные

Вариант	l, м	q, Н/м	Р, кН	а, м	Материал	[σ]р, МПа	fmax/l
13	22	3000	160	8	Ст3	160	1/400

 

Расчет внутренних силовых факторов

 

∑ Fу = Rа + Rв - 2P - gl = 0.

∑ Mа = - Pа - P (l-a) - l g + Rвl = 0.в = gl + P.

 

Rв =3*22 +160 = 193 кНм.

Ra = 2P +gl - Rв

Ra =2*160 +3*22-193=193 кНм.

Направление Rв и Ra показаны на рис. 1.

Поперечные силы в каком-либо сечении определяется как сумма сил, лежащих по одну сторону от сечения:

 

Q=∑ Pyi + ∑gyj zj.

 

Где Py - сосредоточенная сила.

gy - распределённая сила.

z - длина, на которой действует gy.

Q=193 - (3*11 + 160)=0.

Q=193 - (3*8 +160)=9 кНм.

Изгибающий момент в каком-либо сечении определяется как сумма всех производных сил, лежащих по одну сторону от сечения, умноженная на их плечо.

 

М =∑ Pyi zip + ∑ gyj zj .

 

М =193*8 +3*11 =1725,5 кНм.

 

Мр = ∑ Pyi zip + ∑ qyj zj =193*8= 1544 кНм.

Мq = ∑ Pyi zip + ∑ qyj zj =3*11 = 181,5

Выбор сечения балки

 

Выбираем балку двутаврового сечения, так как имеем случай приложения нагрузок только в вертикальной плоскости. Сварной двутавр состоит из вертикальной стенки и двух горизонтальных полос, но может иметь вертикальные и горизонтальные ребра жесткости. Стенка и пояса могут быть при больших размерах составными. В некоторых случаях в целях экономии металла делают балки переменного по длине сечения. При этом изменяют высоту вертикального листа или ширину и толщину полок.

 

Проверка балки на прочность

 

Наибольшее нормальное напряжение в крайнем волокне балки:

 

 

Проведем проверку:

, однако отличие  от  равно:

 

,  выходит за  5% что не допустимо. Спроектированное сечение не прошло проверку на прочность.

Возвращаемся к началу расчета момента сопротивления поперечного сечения балки и на основе метода «проб и ошибок» будем добиваться нужного результата.

 

 

 

 

Проверим

 

 

Проведем проверку:

, однако отличие  от  равно:

 

, не выходит за  5% что вполне допустимо.

Спроектированное сечение прошло проверку на прочность. Балка считается спроектированной

Кроме этого, производится проверка на прочность для ряда опасных сечений. Так, в опорных сечениях балки значительны поперечные силы. Определяют касательные напряжения в центре сечения:

 

,

 

где  - статический момент верхней половины сечения относительно нейтральной оси:

 

 

При этом должно выполняться условие:

Условие выполняется.

В местах приложения сосредоточенных сил действуют значительные поперечные силы и изгибающие моменты. Расчет ведут для точек, расположенных на верхней кромке вертикального листа.

Определяют интенсивность напряжений по формуле:

 

;

 

Условие прочности выполняется, так как разница  и не более, чем 5% от .

В месте приложения сосредоточенной силы в вертикальном листе возникают местные напряжения (рис. 3). В этих местах целесообразно приваривать накладки и ставить ребра жесткости.

 

Рис. 3 - Влияние сосредоточенной силы.

Лабораторный практикум

 

Ознакомление с технологией мониторинга сохраняемости геометрии сварных СС и окружающей среды.

Цель работы: изучить методику оценки сохраняемости геометрии и среды. В условиях аудитории 1401 с 30.03.12 по 11.05.12.

Приборы для исследования:

. Деформометр съемного типа с переменной базой конструкции МГТУ (1971 г.) (рис. 2). 2. Прибор для контроля уровня радиационного фона марки РКСБ-104 (Белоруссия, БЕЛМАЗ, см. рис. 3).

Заключение

В данной курсовой работе проводились расчет и проектирование сварной балки. Требовалось спроектировать балку, обеспечивающую необходимую грузоподъемность.

Этапы проведения расчётов сварной балки.

Выбор сечения балки

Балка двутаврового сечения.

Проверка балки на прочность

Спроектированное сечение прошло проверку на прочность. Балка считается спроектированной.

Условие прочности выполняется, так как разница не более, чем 5% от .

Список литературы

сварной балка жесткость старение

1. Савельев В.Ф., Ермаков С.И., Корнетова Н.В. Савельев А.В., Надёжность и стабильность сварных соединений и конструкций. - М.: Машиностроение, Москва 2005

Введение

 

Главная задача при изготовлении металлоконструкций уменьшение металлоемкости при сохранении прочностных характеристик. Что значительно повышает рентабельность проектов. В этом контексте сварные балки решают проблему уменьшения массы несущих конструкций. Балка сварная стальная двутавровая представляет собой сварную конструкцию из стальных листов, по форме и размерам схожую с аналогичным размером горячекатаной балки по ГОСТ 26020-83 или по СТО АСЧМ 20-93. Сварка позволяет наиболее рациональным образом сочетать размеры горизонтальных листов, часто называемых поясами, с вертикальной стенкой. Возможность создавать сварные конструкции с желаемыми соотношениями размеров, снижает расход металла и делает их более экономичными и более рентабельными по стоимости. При сварном методе изготовления балки из листов, можно создавать более рациональные профили. Именно благодаря применению сварки удается создавать балки любой длины, разнообразных размеров высотой до 2 и более метров.

Сварные балки применяются в стальных строительных конструкциях каркасов жилых, общественных, сельскохозяйственных и промышленных зданий, перекрытиях, эстакадах, мостах, подкрановых балках и в других металлоконструкциях. Особенно эффективны сварные балки в большепролетных конструкциях промышленных зданий, цехов и других сооружений, так как дают не только меньшие нагрузки на них, но и значительную экономию металла.

Данная балка сделана из материала Ст3. К ней приложены две сосредоточенные силы. В данной курсовой работе мы строим эпюры моментов и поперечных сил. Выбираем наиболее опасное сечение балки. Определяем высоту балки из условия жёсткости и экономичности. Подбираем сечения профиля. Чертим эскиз сечения балки с размерами. Проверяем на прочность. Рассчитываем местную и общую устойчивость. Конструируем расчёт сварных соединений.

Конструируем расчёт опорных частей балки с экспериментальным мониторингом сохраняемости геометрии при естественном старении.

 

Таблица 1. Исходные данные

Вариант	l, м	q, Н/м	Р, кН	а, м	Материал	[σ]р, МПа	fmax/l
13	22	3000	160	8	Ст3	160	1/400

 

Расчет внутренних силовых факторов

 

∑ Fу = Rа + Rв - 2P - gl = 0.

∑ Mа = - Pа - P (l-a) - l g + Rвl = 0.в = gl + P.

 

Rв =3*22 +160 = 193 кНм.

Ra = 2P +gl - Rв

Ra =2*160 +3*22-193=193 кНм.

Направление Rв и Ra показаны на рис. 1.

Поперечные силы в каком-либо сечении определяется как сумма сил, лежащих по одну сторону от сечения:

 

Q=∑ Pyi + ∑gyj zj.

 

Где Py - сосредоточенная сила.

gy - распределённая сила.

z - длина, на которой действует gy.

Q=193 - (3*11 + 160)=0.

Q=193 - (3*8 +160)=9 кНм.

Изгибающий момент в каком-либо сечении определяется как сумма всех производных сил, лежащих по одну сторону от сечения, умноженная на их плечо.

 

М =∑ Pyi zip + ∑ gyj zj .

 

М =193*8 +3*11 =1725,5 кНм.

 

Мр = ∑ Pyi zip + ∑ qyj zj =193*8= 1544 кНм.

Мq = ∑ Pyi zip + ∑ qyj zj =3*11 = 181,5

Выбор сечения балки

 

Выбираем балку двутаврового сечения, так как имеем случай приложения нагрузок только в вертикальной плоскости. Сварной двутавр состоит из вертикальной стенки и двух горизонтальных полос, но может иметь вертикальные и горизонтальные ребра жесткости. Стенка и пояса могут быть при больших размерах составными. В некоторых случаях в целях экономии металла делают балки переменного по длине сечения. При этом изменяют высоту вертикального листа или ширину и толщину полок.