Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Зміст
Вступ 3
1.Загальний розділ
1.1.Характеристика заданної зварної конструкції 4
1.2.Характеристика матеріалу 5
2.Проектно – технологічний розділ 6
2.1.Підбір перетину по першому варіанту 7
2.2.Підбір перетину по другому варіанту 11
2.3.Розрахунок планок 14
2.4.Розрахунок зварювальних швів по другому варіанту 17
2.5.Порівняння варіантів 17
2.6.Розрахунок і конструювання бази колнни 18
2.7. Розрахунок і конструювання оголовка колонни 23
Література 25
Додаток А 2 26
Вступ
Поперечний перетин колонни має різну форму.Вона залежить від значення
зусиль, наявності екцентритету довжини колонни, конструкції опорних закріплень загальної компоновки об’єкту. Стиснуті елементи повинні бути не тільки міцні, але й стійкі,тому поперечний перетин стиснутих елементів повинний володіти можливо великою жорсткістю по всім напрямкам.
Для виготовлення колонн, які працюють при продольних зусиллях до кількох сотень кілоньютонів використовують н-образні двотаврові профілі, які в багатьох випадках найільш раціональні.
Розрахунок на міцність та стійкість колонн, які працюють при центральному стисненні виконують за нормальними допустимими напругами.При розрахунку центрально стиснутих колонн(які розраховуются в курсовому проекті) необхідно забезпечити їх рівностійкість, тобто таке положення, при якому гнучкості головних осей були рівні між собою. Гнучкість колонни не повинна перевищувати наступних значеннь:
для осьових колонн – 120
для інших – 150
Задача по підбору перетину стиснутих елементів являєтся статистично не визначенною, тому її вирішують методом послідовних приближень.
Спочатку для приближення необхідно задатися значенням коеффіцієнту продольного згину, звичайно для зварних колонн знаходиться в межах від 0,7 до 0,9.Для першого приближення з урахуванням прийнятого орієнтовного значення підбираємо площу поперечного перетину колонни, яка залежить від розрахункової її довжини і звичайно приймається 1/15 – 1/20 Lp.
Після орієнтовного визначення перетину визначають дійсне значення гнучкпсті та відповідне йому значеня продольного згину, після чого виконують перевірку напружень. В випадку необхідності виконують необхідну корректировку намічених розмірів.
Збільшенням висоти колонни габаритні розміри їїпоперечного перетину повинні відповідно збільшуватися.При цьому більш доцільним є використання скрізних колонн, які характеризуються меншою власною вагою.
1.Загальний розділ
1.1.Характеристика заданної зварної конструкції
Колнами називають високі вертикальні опори. Вони використовуються в
якості проміжних опор, для перекриття великих прольотів, вертикальних елементів, каркаси будівель, опор естакад, опор трубопроводів, робочих площин. Колонна складається з трьох основних частин: оголовка, стержня, бази. Оголовок є опорою, на яку спирається конструкція, яка нагружає колонну. Стержень є основним несучим елементом колонни, який передає навантаження від оголовка до бази. База колнни передає навантаження від стержня на фундамент та слугує для закріплення колонни в фундаменті.Ця колонна виготовленна з легованрї сталі, звареної встик прямолінійним швом.
1 – оголовок
2 – стержень
3 - база
Рисунок 1 – Розрахункова схема колонни
1.2.Характеристика матеріала
Сталь 15ГФ постачається за ГОСТом 380 – 71. Сталь легована,
звичайної якості, для зварних конструкцій.
Призначення – елементи зварних конструкцій та різні деталі до яких
пред’являються вимоги повишеної міцності та корозійної стійкості з обмеженною массою та які працюють при температурі від 70 до 450 С
Таблиця-1 Хімічний склад сталі У відсотках,%
|
C |
Si |
Mn |
V |
Ni |
S |
P |
Cr |
N |
Cu |
|
Не більше |
|||||||||
|
0.12 – 0.18 |
0.17 – 0.37 |
0.9 – 1.2 |
0.05 – 0.12 |
0.3 |
0.04 |
0.035 |
0.3 |
0.012 |
0.3 |
Таблиця-2 Механічні властивості
|
Товщина прокату |
σв кГс/мм2 |
σт кГс/мм2 |
σв % |
Вв кГс/см2 |
|
10 – 32 |
49 |
35 |
21 |
3 - 4 |
2.Проектно – технологічний розділ
Колона працює на центральне стиснення під дією тиску, який оказується
балками які спираються.
Рисунок 1 – Розрахункова схема колони
2.1Розрахунок перетину по першому варіанту
При першому варіанті розрахунку колони вибираємо двотавровий
перетин стержня суцільної колони.Визначення потрібної площі перетин
Задаємося в першому приближенні значенням коефіцієнту прокольного згину ( = 0,7 – 0,9).
Підбирається гнучкість стержня (таблиця 1 додатку 1 [1], або в таблиці 3
додатку Б), яка відповідає прийнятому значенню та розрахунковому опору на розтягнення R (таблиця ІV.І [1]).
(1)
де R - розрахунковий опір, кН (для визначення необхідно перевести вкН/cм2);
N – навантаження на колону, кн.;
- коефіцієнт прокольного згину.
A=
Визначення розрахункової довжини колони в залежності від способу
закріплення кінцівок
lx + ly +lef = H (2)
де H – висота колони;
- коефіцієнт розрахункової довжини
Lx = ly = lef =10000,5 = 500
Визначення габаритів перетину
Рисунок 2 – Схема перетину колони
Потрібні радіуси інерції, іХ, см (мм) визначаємо за формулою
ix = iy = (3)
ix = iy = = 8,33
Потрібні висота та ширина перетину які знаходяться з співвідношення,
b, h, см (мм) визначаємо за формулою
h = (4)
b = (5)
де та - коефіцієнти симетрії ( в роботі для усіх видів колон прийняти = 0,43, = 0,24)
h = = 19,37
b = = 34,7
Для найбільш розповсюдженого двотаврового перетину, в якого 2,
приймають b hw, керуючись конструктивними мисленнями та можливістю автоматичного зварювання поясів до стінок.
Підбір товщини стінки та поясів, tw , см (мм) визначаємо за формулою
tw = (6)
tw = = 0,46
Товщину необхідно округлити до цілого числа.
Площа двох поясів Аf, см2 (мм2) визначаємо за формулою
Аf = А - hw tw (7)
Af =96.15 – 410,46 = 38.64
Товщина одного поясу, tf , см (мм) визначаємо за формулою
tf (8)
tf = = 1,52
Слід стримитеся до такого розподілу загальної площі перетину, щоб біля 80% приходилося на долю поясів. Прийняти розміри перетину b, tf, hw, tw
Виконати перевірку підібраного перетину
Визначити фактичну площу перетину за прийнятими розмірами, А1, см2
(мм2) визначаємо за формулою
А1 = Аw + 2Аf = hw tw + 2b tf (9)
A1 = 41 0,46 + 234,51,39 = 114,77 = 80%
Визначити мінімальний момент інерції, Іmin ,см4 (мм4) ) визначаємо за
формулою
Іmin = Iy 2I f (10)
Imin = = 9513
В курсовому проекті моментом інерції площини перетину стінки відносно осі Y знехтувати в виду його малості.
Визначити мінімальний радіус інерції, іmin, см (мм) ) визначаємо за формулою
іmin (11)
I min = =9.1
де А1 – фактична площа перетину, см2
Визначити найбільшу гнучкість) визначаємо за формулою
max (12)
max = = 54.94
lef не повинна перевищувати межове значення u = 120
max‹ u
Визначити умовну гнучкість визначаємо за формулою
(13)
де Е – 206 * 103 МПа = 20600 кН/см2
λ= =2
Визначити коефіцієнт прокольного згину по одній з формул При 0‹2,5
= 1 – (0,073 – 5,53 ) (14)
= 1 – (0,073 – 5,53)2=0,815
Якщо та відрізняються не значно, то переходять безпосередньо до
перевірки перетину, а якщо коефіцієнт суттєво відрізняється від первинно прийнятого значення , то виконують перерахунок та коректування перетину по коефіцієнту = , виконуючи таким чином друге приближення.
==0,82
Виконати перевірку перетину визначаємо за формулою
R (15)
= = 22,45<28
Визначаємо недонапруження стержня колони за формулою
(16)
=1.98% <5
Якщо ‹ 5, то це вказує на відсутність лишків матеріалу.Допускається в
розрахунках як перенавантаження, так не недовантаження до 5 %
Виконати перевірку умов забезпечення стійкості стінки та поясів
(17)
87.13< 59.66
Якщо виконується це рівняння в тому вигляді, як воно показано, то
укріплення стінки прокольним ребром жорсткості не потребується, а якщо ‹ 2,2, то необхідно встановити (незалежно від прокольного ребра жорсткості) поперечні ребра жорсткості на відстані (2,5 – 3) hw один від одного, але не менш двох. При › 2,2в поперечних ребрах нема необхідності
108,3> 65,78 , укріплення поперечними ребрами жорсткості потребується.
Конструювання ребер жорсткості
Ширина парного ребра, bp, мм визначаємо за формулою
bp (18)
bp = =4.015
Товщина ребра в стальних колонах повинні бути не менш
(19)
де b – ширина поясу перетину колони див. вище
=2,54
Після розрахунків прийняти остаточний перетин та представити його ескіз.
Односторонні ребра жорсткості можливі із одиночних кутків, приварених до стінки пером.
2.2.Підбір перетину по другому варіанту
Розраховуємо стержень крізної колони, яка складається з двох прокатних
швелерів, з’єднаних планками. Задаємося коефіцієнтом та визначаємо потрібну площину гілки крізної колони, Аmр, см2 (мм2) за формулою
Аmр = (20)
Amp
Розрахунок відносно матеріальної осі
За довідковими даними підбираємо прокатний швелер. Виписуємо дані по
цьому швелеру, а саме: Асh – площа перетину, см2 при (Аmр Асh); ix – радіус інерції, см.
Визначити сумарну площу перетину двох прокатних швелерів, А2, см2(мм2)
за формулою
А2 = 2 Асh (21)
A2 == 106,8
Порівнюємо ix та (значення ix дивись 1 варіант 3 формула)
Необхідно, щоб › ix
Перевіряємо перетин на стійкість відносно матеріальної осі (х – х).
Визначаємо гнучкість за формулою
(22)
За таблицею 1.1 [2]визначається Rп – розрахунковий опір фасонного
прокату, відповідно марки сталі.
Визначаємо напругу за формулою
(23)
= 1 – (0,073 – 5,53 )
= 1 – (0,073 – 5,53)1,3=0,9
=
==0,86
Недонапруга складає
(24)
Розрахунок відносно вільної осі
Ширину перетину стержня колони назначають з умови рівностійкості:
(25)
Попередньо задається гнучкість гілки
= 30
Гнучкість окремої гілки повинна бути не більш 40.
Визначити потрібну гнучкість за формулою
(26)
Радіус інерції визначити за формулою
іy = (27)
де lef – дивись результат по 1 варіанту.
Iy =
Стержень колони конструюємо полками в середину.
Рисунок 3 – Перетин крізної колони
Визначити відстань b, см (мм) за формулою
b = +10 (28)
b = +10= 49
Необхідно пам’ятати, що відстань повинна бути не менш подвоєної
ширини полки швелера, плюс зазор 100мм для можливості очищення та фарбування гілок з зовнішньої сторони. Остання перевірка підібраного перетину по другому варіанту
З довідникової літератури для підібраного швелера вибирають наступні параметри: № швелера, Іy, iy = iв, Zc
Визначити момент інерції площі всього перетину , cм4 за формулою
= 2 (Іy + Ach(- Z0)2) (29)
= 2(513+53,4(2,68))= 51874
Визначити відстань між планками до світла, lв, см (мм) за формулою
lв = iв (30)
l b = 203,1= 62
Визначити радіус інерції перетину за формулою
iy = (31)
iy =
Визначити гнучкість за формулою
(32)
Визначити приведену гнучкість за формулою
(33)
< 35.2
Перевірка напруги не потребується
2.3.Розрахунок планок
Ширину планок а, мм приймаємо рівним
а = (0,5 – 0,75) в (34)
де в – ширина поперечного перетину стержня колони (дивись рисунок
a = 0,549= 24.5
Товщину планок tпл назначають в межах 6 – 12мм. Крім того, за
уникненням випучування планок повинно витримуватися відношення
(35)
<30
Планки заводять на гілки на відстані n = 30 – 40мм.
Рисунок 4 – Установка планок
Рисунок 5 – Встановлення з’єднуючих планок
Визначити дожину планок, вs, см (мм) за формулою
bs = в – 2 (вch – n) (36)
bs = 49-2(1.1-3) = 33
Крізна центрально – стиснена колона розраховується на поперечну силу,
яка може виникати від скривлення стержня при прокольному прогині.
Умовну поперечну силу визначають за емпіричною формулою та
приймають її постійною по всій довжині стержня, Qfic, кН
Qfic = 7,15 106 A210-4206 10-6() (37)
де А2 – площа поперечного перетину по другому варіанту;
- коефіцієнт, враховуючий степінь можливого не напруження поставного стержня в площині.
Qfik = 7,15106106,820610-6=29.3
Визначення коефіцієнту, який враховує степінь можливого не напруження поставного стержня в площині визначається за формулою
(38)
Визначити перерізаючу силу в планці, Fc, кН, за формулою:
Fc = Qfic (39)
Fс =
де – відстань між вузлами планки (крок) (дивись рисунок 5)
с = в – 2 z0 (40)
c =
Визначити згинаючий момент планки, Мs, кН*см за формулою
Мs = Fc (41)
Ms =
2.4.Розрахунок зварних швів по другому варіанту
Перевіряємо міцність з’єднання за формулою:
(42)
де - коефіцієнт, який залежить від способу зварювання [3]
Міцність самих планок заздалегідь забезпечено, оскільки їх товщіна
більше товщини зварних швів.
2.5.Порівняння двох варіантів
По першому варіанту площа перетину А1, см2
По другому варіанту визначимо приведену площу, см2 за формулою
=А2 + 2вs а (43)
де А2 – площа перетину, см2;
вs – довжина планки, см;
а – ширина планки, см;
tпл – товщина планки, см;
l – відстань між середніми лініями планок (дивись рисунок 5).
=
Рисунок 6 – Конструювання планок, що зварюються.
>A, тож подальші розрахунки виконуватимутся по 1-му варіанту.
2.6.Розрахунок та конструювання бази колони
Визначення розмірів опорної плити в плані
Потрібна площа опорної плити з урахуванням ваги колони визначається за формулою:
Арл (44)
де - коефіцієнт стану бетону (1,2 – 1,5 [2]);
Rсб – розрахунковий опір бетону осьовому стиску, кН/см2 (див. додаток 1 таблицю 1 методичних вказівок).
Apl
Базу колони конструюємо з плити, двох траверс та ребер жорсткості, які
кріпляться до траверси та плити.
Приймаємо траверсу товщиною = 8 – 12мм з випуском на них плити на
відстані с = 40 – 60мм.
Ширина плити Lрл визначається за формулою
=b+2(tt+c) (45)
=34.5+2(1.2+6)=48.9
Довжина плити
Lрл (46)
Lрл
Товщина плити
Плиту закріплено по 4 сторонам.
Потрібну товщину плити визначаємо по максимальному моменту.
Для цього визначаємо реактивний опір фундаменту за формулою
Q = (47)
Q =
По необхідності (див. рисунок УП 31б [2]) приймаємо кріплення плити
ребром жорсткості товщиною ts = 8 – 12мм; в1 = ,см.
Максимальний момент, Мmax, кН*см визначається за формулою:
Мmax = q в12 (48)
Мmax =
tрл = (49)
де Vc = 1,2;
R – розрахунковий опір для листової сталі в кН/см2;
- коефіцієнт, який залежить від відношення (таблиця УП 2 [2])
tрл =
Товщину плити приймаємо 16 мм
Розрахунок та конструювання траверси бази
Визначити необхідну висоту траверси при чотирьох зварних швах.
Задаэмося катетом шва Кf = , тоді
= + (50)
де Rwf – розрахунковий опір металу швів зварних з’єднань з кутовими швами
(дивись додаток 1, таблицю 2 методичних вказівок), кН/см2;
- коефіцієнт використання, який дорівнює одиниці.
=
Виконати перевірку міцності траверси на згин та зріз за формулами
‹‹ R (51)
‹ Rs = 0,58 Ry (52)
:30=1,4=4.19 < 16.24
(53)
де - навантаження на одиницю довжини цілого навантаження листа
траверси, кН/см2.
= q (в1/2 + + c) (54)
=
(55)
(56)
Qt2 =
Розрахунок та конструювання ребер жорсткості бази
Рисунок 7 – Схема бази колони
Виконуємо розрахунок ребер жорсткості, яки примикають до полок колони.
Визначити навантаження на одиницю довжини одного листа ребра
жорсткості, кН/см2, по формулі :
Qs = (57)
Qs =
Визначити згинаючий момент в місці приварювання, Мs, кН*см по формулі
Мs = (58)
Мs =
Визначити поперечну силу, Qs, кН, за формулою
Qs = (59)
Qs =
Визначити потрібну висоту ребра, Hs, см (мм) за формулою
Hs (60)
Hs≥ ≥
Виконати перевірку міцності швів, які кріплять ребро до колони. Для
кріплення ребра необхідно 2 кутових шва Кf = ts або друге значення, але не менш ts/2, тоді
+ ‹ Rwf (61)
< 21.5
При кресленні нижньої частини колони, тобто бази необхідно вказати
місця під анкерні болти. Анкерні болти фіксують правильність положення колони відносно фундаменту. В центрально – стиснененій колоні вони, ао сутності, не мають посилень і тому їх діаметр назначають конструктивно в межах 20 – 36мм.
2.7.Розрахунок та конструювання оголовка колони
Рисунок 8 – Схема конструкції оголовка
Товщину f назначаємо конструктивно в межах 16 – 32мм. Для визначення
ширини та довжини верхньої плити оголовка (1) необхідно викреслити в масштабі перетин розмірами h та b, задаються конструктивно m = d = 30 – 50мм.
Рисунок 9 – Схема визначення розмірів плити оголовка
Конструктивно задаємося розміром, boh, мм, в залежності від ширини спираю
чого торця балки.
Визначити необхідну товщину ребра, tos, мм, сходячи з умов міцності на
стиснення за формулою
tos (62)
де V – опорна реакція однієї балки, так як колона працює на центральнее
стиснення під дією тиску, яке оказується балками, кН (яке визначається за формулою 67)
tos (63)
V = (64)
V =
Rp = Ru
Визначити висоту ребра за формулою
hos = (65)
де n – число вертикальних швів. В проекті приймати n = 4
= 1см задаємося Кf в залежності від tos
hos =
Перевірити ребро на зріз по формулі
(67)
де Vm – коефіцієнт надійності по металу [2].
Для збільшення жорсткості вертикальних ребер оголовка та жорсткості
стінки при великих навантаженнях встановлюють обрамлення з горизонтальних ребер 3 рисунок 8.
Зміст
Вступ 3
1.Загальний розділ
1.1.Характеристика заданної зварної конструкції 4
1.2.Характеристика матеріалу 5
2.Проектно – технологічний розділ 6
2.1.Підбір перетину по першому варіанту 7
2.2.Підбір перетину по другому варіанту 11
2.3.Розрахунок планок 14
2.4.Розрахунок зварювальних швів по другому варіанту 17
2.5.Порівняння варіантів 17
2.6.Розрахунок і конструювання бази колнни 18
2.7. Розрахунок і конструювання оголовка колонни 23
Література 25
Додаток А 2 26
Завірюха
Змн.
Арк.
№ докум.
Підпис
Дата
Арк.
2
ХМК 2.050401.016 ПЗ
ХМК 2.050401.005 ПЗ.
Романов
Перевір.
Сиренко
Реценз.
Н. Контр.
Затверд.
Зварна колона промислової
будівлі зі сталі 15ГФ
Пояснювальна записка
Літ.
Акрушів
35
ХМК гр. ЗВ - 301
Изм.
Лист
№ документа
Подпись
Дата
Лист
3
ХМК 2.050401.016 ПЗ
Изм.
Лист
№ документа
Подпись
ата
Лист
4
ХМК 2.050401.016 ПЗ
Изм.
Лист
№ документа
Подпись
Дата
Лист
5
ХМК 2.050401.016 ПЗ
Изм.
Лист
№ документа
Подпись
Дата
Лист
6
ХМК 2.050401.016 ПЗ
Изм.
Лист
№ документа
Подпись
Дата
Лист
7
ХМК 2.050401.016 ПЗ
Изм.
Лист
№ документа
Подпись
Дата
Лист
8
ХМК 2.050401.016 ПЗ
Изм.
Лист
№ документа
Подпись
Дата
Лист
9
ХМК 2.050401.016 ПЗ
Изм.
Лист
№ документа
Подпись
Дата
Лист
10
ХМК 2.050401.016 ПЗ
Изм.
Лист
№ документа
Подпись
Дата
Лист
11
ХМК 2.050401.016 ПЗ
Изм.
Лист
№ документа
Подпись
Дата
Лист
12
ХМК 2.050401.016 ПЗ
Изм.
Лист
№ документа
Подпись
Дата
Лист
13
ХМК 2.050401.016 ПЗ
Изм.
Лист
№ документа
Подпись
Дата
Лист
14
ХМК 2.050401.016 ПЗ
Изм.
Лист
№ документа
Подпись
Дата
Лист
15
ХМК 2.050401.016 ПЗ
Изм.
Лист
№ документа
Подпись
Дата
Лист
16
ХМК 2.050401.016 ПЗ
Изм.
Лист
№ документа
Подпись
Дата
Лист
17
ХМК 2.050401.016 ПЗ
Изм.
Лист
№ документа
Подпись
Дата
Лист
18
17
ХМК 2.050401.016 ПЗ
Изм.
Лист
№ документа
Подпись
Дата
Лист
19
ХМК 2.050401.016 ПЗ
Изм.
Лист
№ документа
Подпись
Дата
Лист
20
ХМК 2.050401.016 ПЗ
Изм.
Лист
№ документа
Подпись
Дата
Лист
21
ХМК 2.050401.016 ПЗ
Изм.
Лист
№ документа
Подпись
Дата
Лист
22
ХМК 2.050401.016 ПЗ
Изм.
Лист
№ документа
Подпись
Дата
Лист
23
ХМК 2.050401.016 ПЗ
Изм.
Лист
№ документа
Подпись
Дата
Лист
24
ХМК 2.050401.016 ПЗ
Изм.
Лист
№ документа
Подпись
Дата
Лист
25
ХМК 2.050401.016 ПЗ
Изм.
Лист
№ документа
Подпись
Дата
Лист
26
ХМК 2.050401.016 ПЗ
Изм.
Лист
№ документа
Подпись
Дата
Лист
27
ХМК 2.050401.016 ПЗ
Изм.
Лист
№ документа
Подпись
Дата
Лист
28
ХМК 2.050401.016 ПЗ
Изм.
Лист
№ документа
Подпись
Дата
Лист
29
ХМК 2.050401.016 ПЗ
Изм.
Лист
№ документа
Подпись
Дата
Лист
30
ХМК 2.050401.016 ПЗ
Изм.
Лист
№ документа
Подпись
Дата
Лист
31
ХМК 2.050401.016 ПЗ
Изм.
Лист
№ документа
Подпись
Дата
Лист
32
ХМК 2.050401.016 ПЗ
Изм.
Лист
№ документа
Подпись
Дата
Лист
33
ХМК 2.050401.016 ПЗ
Изм.
Лист
№ документа
Подпись
Дата
Лист
34
ХМК 2.050401.016 ПЗ
Изм.
Лист
№ документа
Подпись
Дата
Лист
35
ХМК 2.050401.016 ПЗ
Змн.
Арк.
№ докум.
Підпис
Дата
Арк.
2
ХМК 2.050401.016 ПЗ
ХМК 2.050401.005 ПЗ.
Романов
Перевір.
Сиренко
Реценз.
Н. Контр.
Затверд.
Зварна колона промислової
будівлі зі сталі 15ГФ
Пояснювальна записка
Літ.
Акрушів
35
ХМК гр. ЗВ - 301