Разработка конструкции сварной подкрановой балки
Расчетная схема сварной подкрановой балки. Расчет конструкции и краткая технология изготовления балки. Построение линий влияния и определение величины изгибающего момента для различных сечений балки от веса тяжести. Конструирование опорных узлов балки.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 05.03.2013 |
| Размер файла | 835,8 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Содержание
- 1. Введение
- 2. Расчет конструкции
- 2.1 Построение линий влияния и определение величины изгибающего момента для различных сечений балки от веса тяжести
- 2.2 Определение изгибающих моментов в указанных сечениях балки от равномерно распределенной нагрузки
- 2.3 Определение суммарных изгибающих моментов
- 2.4 Построение линий влияния поперечной силы в сечениях балки от сосредоточенной нагрузки
- 2.5 Определение поперечных сил в сечениях балки от равномерно распределенной нагрузки
- 2.6 Определение суммарных поперечных сил
- 2.7 Расчет номинальной высоты балки из условия норм жесткости
- 2.8 Расчет высоты балки из условия ее наименьшего сечения
- 2.9 Расчет ширины горизонтального пояса балки
- 2.10 Проверочный расчет подобранного сечения балки
- 2.11 Расчет балки на местную устойчивость
- 2.12 Расчёт поясных швов
- 3. Конструирование опорных узлов балки
- 4. Краткая технология изготовления балки
1. Введение
Балка представляет собой конструктивный элемент сплошного сечения, предназначенный для работы на поперечный изгиб. Балки применяют в различных перекрытиях, рабочих площадках, эстакадах, мостах, подкрановых балках и других конструкциях.
Сплошностенчатые балки находят наиболее широкое применение для небольших пролётах при больших нагрузках.
В случаях больших пролётов и малых нагрузках рациональнее использовать сквозные балки или фермы, так как получаемая в данном случае экономия метала более существенна, чем увеличение трудоёмкости.
Сварные балки обычно строят из трёх элементов: вертикального - стенки, и двух горизонтальных поясков, присоединяемых к стенке при помощи сварки, как правило автоматической (Рисунок 1). Возможны и другие конструктивные решения составных балок (Рисунок 2).
В настоящее время широко применяют сквозные (перфорированные) двутавровые балки.
Балки разделяют по способу соединения элементов на сварные и клёпаные. Наибольшее распространение получили сварные балки, так как они более экономичны по расходу металла и менее трудоёмкие при изготовлении.
Клепаные балки применяют редко, как правило, для конструкций работающих в условиях тяжёлых динамических нагрузок.
Составные балки могут изготавливаться из элементов с разными марками стали. Наибольший эффект достигается при использовании в растянутых элементах высокопрочной стали.
Система несущих балок, образующих конструкцию перекрытий, рабочих площадок, проезжей части мостов и других конструкций, называется - балочной клеткой.
Балочные клетки могут быть трех типов: упрощенные, нормальные и усложнённые.
В упрощенной балочной клетке нагрузка на покрытие или площадку передается через настил на балки настила и с балок настила - на стены или другие несущие конструкции, ограничивающие площадку.
В нормальной балочной клетке нагрузка с балок настила передается через главные балки на опоры.
В усложненной балочной клетке нагрузка передается многоступенчато настил определяется на балки настила, балки настила на вспомогательные балки и вспомогательные балки на главные.
Сопряжение балок в клетке может быть этажным, в одном уровне и пониженным.
Самое простое это этажное соединение. Его применяют пи достаточной строительной высоте.
Сопряжение в одном уровне и пониженное используются в случае необходимости получения меньшей строительной высоты.
Строительные балки должны удовлетворять требованиям прочности, жесткости, общей и местной устойчивости. Вместе с тем они должны быть экономичными по затратам металла.
конструкция балка опорный узел
Важнейшая задача при подборе сечения составной балки - установление рациональной высоты балки h, главного размера сечения.
Высота балки зависит от предъявляемых к ней требований жесткости и наибольшего расчетного изгибающего момента М.
Данные для расчёта:
Разработать конструкцию сварной подкрановой балки пролетом L со свободно опертыми концами. Балка нагружена равномерной нагрузкой от собственного веса q и вторая сосредоточенными грузами F (от веса тяжести тележки груза), которые могут перемещаться по рельсам сечением 50x50 мм. Расстояние между осями тележки d. Наибольший прогиб балки f от сосредоточенных грузов не должен превышать 1/500 от L. Допускаемое напряжение в подкрановых балках [] р с учетом марки стали и коэффициентом усилия работы m и перегрузки n.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Рисунок 1.1 - Расчетная схема балки
Таблица 1.1 - Данные для расчета балки
|
Марка |
F, кН |
q, кН/м |
L, м |
D, м |
m |
n |
|
|
ВСт5пс |
90 |
2 |
10 |
1 |
0,9 |
1,4 |
Основной металл данной конструкции - сталь.
Таблица 1.2 - Химический состав стали
|
Марка |
Углерод С,% |
Кремний Si,% |
Марганец Mn,% |
Фосфор P,% |
Сера S,% |
|
|
Ст3пс |
0,22 |
0,12 - 0,30 |
0,40 - 0,65 |
0,04 |
0,05 |
Свариваемость стали по величине эквивалента углерода определяют по формуле
Cэ = С+ (1.1)
где C - углерод, %, Mn - марганец, %, Si - кремний, %, Ni - никель, %
Cr - хром, %
Сэ = 0,22+0,12/20+0,4/15+0,03/15+0,03/10=0,26
Стали у которых Сэ = 0,2-0,35%, хорошо сваривается.
При расчете величина эквивалентного углерода Сэ = 0,26% следовательно сталь хорошо сваривается.
Допустимое напряжение определяют по формуле
[у] р= (1.2)
где ут - предел текучести, МПа = 290МПа
m - коэффициент угловой работы, m = 0.9
n - коэффициент запаса прочности, n = 1.4
[у] р=250*0,9/1,4=161МПа
2. Расчет конструкции
2.1 Построение линий влияния и определение величины изгибающего момента для различных сечений балки от веса тяжести
Максимальные ординаты yi max линий влияния для различных сечений xi определяется по формуле:
yi max= xi (2.1)
где xi - координата рассматриваемых сечений, м
L - Длина пролета балки, м
а - координата перемещения груза, м. а = xi
X1 = 0,1L y1 =
X2 = 0,2L y2 =
X3 = 0,3L y3 =
X4 = 0,4L y4 =
X5 = 0,5L y5 =
По полученным данным строим линии влияния моментов изгиба.
Изгибающие моменты для указанных сечений от сосредоточенных сил - Mf, кНм, определяют по формуле
Mif = yi max (2.2)
где
F - величина сосредоточенного груза, кН
d - расстояние между осями тележки, м
M1F = 0,9
M2F = 0,16
M3F = 0,21
M4F = 0,24
M5F = 0,25
По полученным данным строим эпюру изгибающих моментов, MF.
2.2 Определение изгибающих моментов в указанных сечениях балки от равномерно распределенной нагрузки
Изгибающие моменты в указанных сечениях балки от равномерно распределенной нагрузки Mq, кНм, определяют по формуле:
Miq = (2.3)
X1 = 0,1L M1q =
X2 = 0,2L M2q =
X3 = 0,3L M3q =
X4 = 0,4L M4q =
X5 = 0,5L M5q =
По полученным данным строим эпюру изгибающих моментов, Mq
2.3 Определение суммарных изгибающих моментов
Суммарные величины изгибающих моментов в сечениях балки от сосредоточенных сил и равномерно распределенной нагрузки MУ, кНм, определяют по формуле:
MiУ = Mif + Miq (2.4)
M1У = M1f + M1q = 153 + 9 = 162 кНм
M2У = M2f + M2q = 270+ 16 = 289 кНм
M3У = M3f + M3q = 351 + 21 = 372кНм
M4У = M4f + M4q = 396 + 24 = 420 кНм
M5У = M5f + M5q = 405 + 25 = 430 кНм
По полученным данным строим эпюру изгибающих моментов
2.4 Построение линий влияния поперечной силы в сечениях балки от сосредоточенной нагрузки
; (2.5), X0=0; ;
X1=0.1L; ;
X2=0.2L; ;
X3=0.3L; ;
X4=0.4L; ;
X5=0.5L; ;
По полученным данным строят линии влияния поперечной силы
Поперечные силы в указанных сечениях от сосредоточенной нагрузки Qf, кН, определяют по формуле:
Qif = yi` (2.6)
X0 = 0 Q0f = y0`=
X1 = 0,1L Q1f = y1` =
X2 = 0,2L Q2f = y2` =
X3 = 0,3L Q3f = y3` =
X4 = 0,4L Q4f = y4` =
X5 = 0,5L Q5f = y5` =
По полученным данным строят эпюру поперечных сил.
2.5 Определение поперечных сил в сечениях балки от равномерно распределенной нагрузки
Поперечные силы в указанных сечениях от равномерно распределенной нагрузки Qq, кН, определяют по формуле:
Qiq= (2.7), X0 = 0 Q0q=
X1 = 0,1L Q1q=
X2 = 0,2L Q2q=
X3 = 0,3L Q3q=
X4 = 0,4L Q4q=
X5 = 0,5L Q5q=
По полученным данным строят эпюру поперечных сил.
2.6 Определение суммарных поперечных сил
Суммарное значение поперечных сил в указанных сечениях от сосредоточенной силы и равномерно распределенной нагрузки QiУ, кН, определяется по формуле:
QiУ = Qif + Qiq (2.8)
Q0У = Q0f + Q0q = 171+10=181кН
Q1У = Q1f + Q1q = 153+8=161кН
Q2У = Q2f + Q2q = 135+6=141кН
Q3У = Q3f + Q3q = 117+4=121 кН
Q4У = Q4f + Q4q = 99+2=101кН
Q5У = Q5f + Q5q = 81+0=81кН
По полученным данным строят эпюру суммарных поперечных сил
2.7 Расчет номинальной высоты балки из условия норм жесткости
Размещено на http://www.allbest.ru/
Рисунок 2.1 Определение высоты балки из условия жесткости.
Наименьшую высоту балки из условия норм жесткости hж, мм определяют по формуле:
hж = (2.9)
где: а - координата перемещения груза, м.
a=
E - Модуль продольной упругости, МПа.
Е = , МПа
- уточненное значение допускаемого напряжение, Н/мм2
, где =
Уточненное значение допускаемого напряжения , Н/мм2, определяют по формуле:
= ; Мпа, = =128,8 Мпа
Определяем hж, м
0,593 м
Принимаем hж=593мм
2.8 Расчет высоты балки из условия ее наименьшего сечения
Требуемую высоту из условия ее наименьшей массы определяют по формуле:
(2.10)
где - толщина верхней стенки, см
= (2.11),
= = 8мм
Принимают =8мм
мм
Для дальнейшего расчета принимают большее из двух полученных значений h, мм. Принимают высоту h= 904мм
Высоту вертикального листа , мм, определяют по формуле
(2.12)
где - толщина горизонтального пояса, мм.
= мм, = мм
Принимают =12мм
мм
Принимают =880мм
Размещено на http://www.allbest.ru/
Рисунок 2.2 Предварительно подобранное сечение балки
2.9 Расчет ширины горизонтального пояса балки
Определяем ширину горизонтального пояса балки.
Требуемый момент сопротивления балки Wтр, мм определяют по формуле:
(2.13), мм3
Требуемый момент инерции поперечного сечения балки Jтр, мм определяют по формуле:
Jтр= Wтр (2.14)
Jтр= 2,7мм4
Осевой момент инерции вертикального листа Jxв, мм относительно оси X определяют по формуле:
Jxв = (2.15)
Jxв = 454, мм4
Осевые моменты инерции горизонтальных листов Jxг, мм определяют по формуле:
Jxг = Jтр - Jxв (2.16)
Jxг = 1220 - 454= 766мм4
Требуемую площадь поперечного сечения горизонтального пояса Аг
определяют по формуле:
Аг= (2.17)
где - расстояние от центра тяжести горизонтального листа до центра тяжести балки, мм
Аг - площадь поперечного сечения горизонтального листа, мм2
мм
Аг=мм2
Ширину горизонтального пояса b, мм, определяют по формуле
мм
Принимают b=160мм
Размещено на http://www.allbest.ru/
Рисунок 2.3 - Проверочный профиль сечения балки
2.10 Проверочный расчет подобранного сечения балки
2.10.1 Наибольшее нормальное напряжение в волокнах балки наиболее удаленных от центральной оси , МПа определяют по формуле:
(2.18)
где Ymax - расстояние от нейтральной оси до наиболее удаленных волокон балки, мм.
Jmax - уточненное значение осевого момента инерции подобранного сечения балки, мм4.
Ymax = , Ymax = мм
Jmax = (2.19)
где: y1 - расстояние от центра тяжести горизонтального пояса до центра тяжести сечения балки
y1 = мм
Jх = 1218мм4
=159 Мпа
2.10.2 Определение касательного напряжения на уровне центра тяжести балки.
Касательное напряжения на уровне центра тяжести балки в опорном его сечении, где поперечная сила имеет максимальное значение н/мм2 определяют по формуле.
(2.20)
где - суммарная поперечная сила в опорном сечении балки, кН
- статистический момент половины площади поперечного сечения балки относительно ее центра тяжести, мм3
= 1,4мм3
н/мм2
Принимаем =26 н/мм2
2.10.3 Определение эквивалентного напряжения в сечении балки.
Эквивалентное напряжение определяется на уровне верхней кромки вертикального листа в зоне резкого изменения ширины поперечного сечения.
Нормальное напряжение н/мм2 определяют по формуле:
(2.21)
н/мм2
Принимают =155 н/мм2
Касательное напряжение в тех же волокнах от поперечной силы определяют по формуле:
(2.22)
где -Статический момент площади сечения горизонтального пояса относительно центра тяжести сечения балки, мм3.
=0,86мм3
н/мм2
Эквивалентное напряжение , н/мм2 определяют по формуле:
(2.22)
н/м
2.11 Расчет балки на местную устойчивость
В сжатых поясах потеря устойчивости может быть связана с нормальными сжимающими напряжениями и комбинациями нормальных и касательных напряжений.
Чтобы обеспечить местную устойчивость сечения балки, приваривают ребра жесткости.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Рисунок 2.5 - Расстановка ребер жесткости
a=1.5hв (2.23)
где: а - расстояние между ребрами жесткости, мм
a=1.5 мм
Ширину ребра жесткости, вр, мм, определяют по формуле
(2.24)
мм
По конструктивным соображениям ширину ребра жесткости вр уменьшают. Принимают вр=69мм
Толщину ребер жесткости Sр, мм определяют по формуле:
Sр
Sр=4,6 мм
Принимают Sр=4 мм
Нормальное напряжение в верхнем волокне вертикального листа (пояса) определены ранее н/мм2
Среднее касательное напряжение от поперечной силы в среднем сечении балки , н/мм2 определяют по формуле:
(2.25)
н/мм2
Размещено на http://www.allbest.ru/
Рисунок 2.6 Местное влияние сосредоточенных сил.
Местное напряжение ут, н/мм2 вызванное сосредоточенной нагрузкой F определяют по формуле:
ут (2.26)
где: -коэффициент, учитывающий режим работы балки
Принимают = 0,9.
- условная длина, по которой проходит передача сосредоточенной нагрузки на вертикальный лист, мм:
(2.27)
где - осевой момент инерции горизонтального пояса совместно с приваренным к нему рельсом относительно оси, проходящей через их общий центр тяжести, мм
(2.28)
где: - площадь сечения горизонтального пояса, мм2
- площадь сечения рельса, мм2
- координата центра тяжести горизонтального пояса, мм
- координата центра тяжести рельса, мм
Рисунок 2,7 - Определение центра тяжести горизонтального пояса и рельса
Аг=bЧSг
Аг=160 Ч12=1920 мм2
мм2
мм
мм
мм
Момент сечения горизонтального пояса Iхг, мм4 и рельса относительно оси совпадающей с верхней кромкой пояса, Хг определяют по формуле:
(2.30)
мм4
Осевой момент инерции сечения Iх01, мм, и рельса относительно оси, проходящий через их общий центр тяжести определяют по формуле:
, где А = Аг+Ар
мм2
мм4
Условную длину Z0, мм определяют по формуле (2.27)
мм
Местное напряжение уm, н/мм определяют по формуле (2.26)
Мпа
Местная устойчивость сечения балки гарантируется.
2.12 Расчёт поясных швов
Поясные швы соединяют горизонтальные листы с вертикальными. Рабочими напряжениями в поясных швах являются касательные напряжения ф, МПа. Принимают катеты верхних и нижних поясов в пределах К
Принимают К=5мм
Касательные напряжения в нижних поясных швах фн МПа, определяют по формуле:
(2.30)
где Q0У - расчётная поперечная сила в опорном сечении балки, кН.
Sн - статистический момент нижнего горизонтального пояса относительно горизонтального пояса в сечении балки.
Iх - уточненное значение осевого момента инерции подобранного сечения, мм4
мм3
н/мм2
Принимают =19 н/мм2
Рисунок 2.8 К расчету поясных швов.
Касательные напряжения в верхних поясных швах, при этом учитывают приваренный к данному поясу рельс фв, МПа определяют по формуле:
(2.31)
uде SВ - статистический момент сечения верхнего горизонтального пояса совместно с приваренным к нему рельсом, относительно центра тяжести сечения балки, мм2.
мм
мм3
н/мм2
К касательным напряжениям найденным в верхних поясных швах необходимо добавить касательные напряжения вызванные перемещающейся сосредоточенной нагрузкой фF МПа, определяют по формуле:
(2.32)
где n - коэффициент зависящий от характера обработки кромки вертикального листа,
Принимают n = 0,4
н/мм2
Принимают =28н/мм2
Условные результирующие касательные напряжения в верхних поясных швах фрез МПа, определяют по формуле:
(2.33)
н/мм2
Принимают фрез= 50н/мм2
н/мм2
Принимают = 105н/мм2
Вывод: касательные напряжения в верхних и нижних поясных швах меньше допускаемых. Прочность швов гарантирована.
3. Конструирование опорных узлов балки
Опорные части балки конструируют в форме выпуклых плит. На одной из них балка имеет продольную подвижность, на другой она закреплена от продольного смещения болтами или штырями.
Рисунок: 3.1 Конструкция опорной части балки
где: ширина опорной плиты, мм
мм
Принимают =180мм
мм
Принимают a=240мм
где: -Толщина плиты у концевой части, мм
Принимают =15мм
где: R - радиус цилиндрической поверхности, м
Принимают R=2м =2000 мм
где: d - диаметр отверстий под болты, мм
Принимают d=20 мм
(3.1)
где: - момент изгиба на оси плиты, нм
где: , кН
мм
мм
Принимают S= 32,4мм
4. Краткая технология изготовления балки
Балка состоит из трёх листовых элементов. При сборке нужно обеспечить симметрию и взаимную перпендикулярность полок и стенки, при сжатии их друг к другу и последующее закрепление прихватками. Для этой цели используют самоходный портал.
Рисунок 4.1 Схема самоходного портала для сборки двутавровых балок
На данной установке зажатие и прихватка осуществляется последовательно от сечения к сечению.
Не более 2мм
Размещено на http://www.allbest.ru/
Рисунок 4.2 - Допуск на сборку Н - Образного сечения
При изготовлении двутавровых балок поясные швы обычно сваривают автоматически под слоем флюса. Приёмы и последовательность наложения швов могут быть различными. Выбираем выполнение шва "в лодочку" так как данное положение шва обеспечивает благоприятные условия их формирования и проплавления, зато приходиться кантовать изделие после сварки каждого шва. Для поворота используют позиционеры - кантователи.
Рисунок 4.3 - Сварка в "лодочку"
Рисунок 4.4 - Цепной кантователь
При сварке двутавровой балки наложение швов осуществляется по диагонали во избежание деформации.
Рисунок 4.5 - Порядок наложения швов.
После сварочного участка балка отправляется на участок отделки, где последовательно проходит сначала через две машины для правки грибовидности полок, а затем два торцефрезерных станка
Рисунок 4.6 Схема правки грибовидности.
Для сварки поясных швов выбирают автомат АДФ - 1002 и комплектующийся к нему источник ТДФЖ - 1002.
Для сварки рёбер жесткости выбирают ТД - 206.
Для сварки рельса пользуются полуавтоматом ПДГ - 508 и источник питания ВДГ - 508.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Рассмотрение использования двутавровой балки в широких пролетах промышленных объектов. Описание конструкции сварной подкрановой балки со свободно опертыми концами. Расчёт эквивалентного напряжения в сечении, поясных швов. Конструирование опорных узлов.
курсовая работа [1,5 M], добавлен 29.04.2015Определение суммарных величин изгибающих моментов от сосредоточенных сил и равномерно распределенной нагрузки. Построение линий влияния поперечной силы в сечениях. Проверка сечения балки по условиям прочности. Обеспечение местной устойчивости балки.
курсовая работа [1,4 M], добавлен 25.10.2014Определение расчётных нагрузок, действующих на балку, расчётных усилий, построение эпюр. Подбор сечения балки. Проверка прочности, жёсткости и выносливости балки. Расчёт сварных соединений. Момент инерции сечения условной опорной стойки относительно оси.
курсовая работа [121,4 K], добавлен 11.04.2012Конструирование опорных частей балки с экспериментальным мониторингом сохраняемости геометрии при естественном старении. Расчет внутренних силовых факторов. Определение высоты балки из условия жесткости. Подбор геометрических размеров сечения балки.
курсовая работа [299,2 K], добавлен 17.06.2013Очистка и консервация металлопроката. Описание конструкции и её назначение. Обоснование принятой марки стали для изготовления конструкции. Определение несущей способности поперечного cечения подкрановой балки. Выбор способа сварки и его обоснование.
дипломная работа [1,5 M], добавлен 17.10.2013Сбор нагрузок на элементы рабочей площадки. Подбор и проверка сечения балки настила, главной балки. Конструирование узлов соединения элементов главной балки. Определение сечения колонны, требуемой площади опорной плиты. Расчёт сварных швов крепления.
курсовая работа [2,1 M], добавлен 17.11.2010Сварка как один из распространенных технологических процессов соединения материалов. Описание конструкции балки. Выбор и обоснование металла сварной конструкции. Выбор сварочного оборудования, способа сварки и методов контроля качества сварных соединений.
курсовая работа [1,2 M], добавлен 13.02.2014Определение расчетных значений изгибающих и поперечных моментов балки, высоты из условия прочности и экономичности. Расчет поперечного сечения (инерции, геометрических характеристик). Обеспечение общей устойчивости балки. Расчет сварных соединений и опор.
курсовая работа [1023,2 K], добавлен 17.03.2016Теоретические основы создания балки. Построение эпюр и подбор сечений, оценка их экономичности. Создание балки из конкретного металла с заданными характеристиками. Раскрытие статической неопределимости. Расчет нагрузки на элементы и размеров рам.
курсовая работа [994,2 K], добавлен 27.07.2010Требования к способам и технологии сварки. Процесс проектирования конструкции балки: подбор стали, определение из условия прочности сечения профилей. Расчет расхода сварочного материала. Основные правила техники безопасности при проведении работ.
курсовая работа [545,5 K], добавлен 03.04.2011
