Размер эквивалентного напряжения

 

Вычислим наибольшее нормальное напряжение в крайнем волокне балки:

G =

Эквивалентное напряжение не должно превышать свыше 5 % от допустимого:

[σ]_p = 1400

Проверка:

*100% =0,44%

Определим касательное напряжение на уровне центра тяжести балки

Q – Максимальная суммарная поперечная сила:

Q = 17000 кг

S – статический момент половины площади сечения относительно центра тяжести балки.

S = S_г * _г()+ S_в

S = 41*1()+ 0,7  = 1778 ³

S = 1778cм³

- касательное напряжение:

 = 396

Определим эквивалентное напряжение в сечении балки, где наименьшая суммарная поперечная сила:

Q=6000 кг

Вычислим нормальное эквивалентное напряжение от максимального изгибающего момента:

σ₁ =

σ₁ =

σ₁ = 1404,2

Вычислим эквивалентное касательное напряжение:

₁  =

S = S_г *

S = 41*1* =1373,5см³

S = 1373,5 (см³)

₁=

Вычислим суммарное эквивалентное напряжение:

G_экв =

G_экв=  =

G_экв= 1416,4

Проверка:

 *100% = 0,7%

Вывод: т.к эквивалентное напряжение больше наибольшего на 0,7% что вполне допустимо при норме до 5 %, значит балка спроектирована верно.

 

Определение катета шва

Расчет катета шва зависит от направления действия поперечной силы и изгибающего момента:

· Для сжатой зоны определяется по формуле: К = 0,85 S_в

· Для растянутой зоны определяется: К = 0,65 S_в

В курсовом проекте примем для сжатой зоны:

К = 0,85*S_в

К = 0,85 * 0,7 = 0,59 см

Принимаем катет шва К_ш = 6 мм.

 

ТЕХНОЛОГИЧЕСКА ЧАСТЬ

 

Описание конструкции

Двутавр — стандартный профиль конструктивных элементов из чёрного проката или дерева, имеющий сечение, близкое по форме к букве «Н». Балка двутаврового профиля в тридцать раз жестче и в семь раз прочнее балки квадратного профиля аналогичной площади сечения, что превосходит прочность швеллера. Однако устойчивость двутавра к скручиванию очень мала (как и у других открытых сечений — швеллера, уголка) — примерно в 400 раз меньше, чем у круглой трубы такого же сечения

 

Рисунок 10- Балка двутавровая

 

Классификация балок и маркировка двутавров:

После первых двух цифр, означающих высоту профиля в см, идет маркировка полок буквенным способом. При этом Б, К, Ш и Д — с параллельными полками, а М — балка с уклоном внутренних граней.

· классический двутавр с уклоном внутренних граней полок 6-12% (ГОСТ 8239-89) применяются главным образом в качестве элементов, работающих на изгиб, а также в составных сечениях колонн. Работа в качестве сжатых элементов (стоек, колонн) не эффективна ввиду малого момента инерции. Балки обозначаются в сортаменте по номерам, соответствующим высоте профиля в сантиметрах;

· индекс «Б» означает, что это нормальный двутавр, который является идеальным решением при возведении различного типа сооружений. Если сделать правильный расчет для каждого отдельного элемента, то такой объект простоит долгие годы без усадок и других повреждений даже при длительной эксплуатации.Двутавры «Б» выпускаются высотой до 1000 мм, с шириной полок до 320 мм;

· буквой «К» маркируется колонный двутавр, с параллельными полками, который используется как вертикальная опора при строительстве многоэтажных строений, полки профиля значительно утолщены;

· двутавры «К», имеют соотношение высоты к ширине полок 1:1 и максимальные размеры 400х400 мм;

· двутавры «Ш» — широкополочная, применяется в роли конструкционного элемента различных лестниц, перекрытий, мостов. Из-за своего переменного сечения такие изделия улучшают несущую способность металлоконструкций по всей их рабочей длине. При использовании достигается высокий процент экономии металла, но при выборе, прежде всего, нужно обратить внимание на толщину полки.Двутавры «Ш» имеют высоту также до 1000 мм при максимальной ширине полок 400 мм;

· маркировка «Д» означает, что это изделие дополнительной серии с шириной полки колеблющейся между широкополыми и нормальными балками. Двутавр дополнительной серии довольно редко применяют при строительстве основных конструкций, но иногда его использование является оптимальным решением;

· литера «М» обозначает балочный профиль, используемый для изготовления путей подвесного типа. Внутренние грани полок этого типа делают с уклоном, но не более 12%, высота профиля варьируется от 24 до 45 см. На территории больших предприятий без использования внутренних путей нельзя завершить производственный процесс в оптимальные сроки;

 

Рисунок 11- Основные типы двутавровых балок

 

Сферы применения двутавра:

Применение двутавровой продукции достаточно широко. Ее можно встретить в самых различных сферах жизнедеятельности, тем более что производимая линейка настолько широка, что способна удовлетворить любые проектные особенности.

В качестве основных направлений и областей применения данного продукта можно выделить следующие:

· опоры и колонны мостов и эстакад;

· конструкции, использующиеся при обустройстве железнодорожных и автомобильных тоннелей;

· базовые элементы путепроводов;

· подкрановые балки на предприятиях промышленности, больших складах и цехах;

· при строительстве шахтных проходов, в виде усиливающих или крепежных компонентов.;

· востребован двутавровый профиль при возведении конструкций в метрополитенах;

· при обустройстве стен котлованов, там, где масса грунта давит с большой силой на опорные компоненты;

· во всех видах строительства (гражданское, промышленное, частное), используется для изготовления скелетной основы сооружений и для крепления перекрытий;

· кровельных конструкций;

 

Рисунок 12- Сферы применения двутавра

 

Сварное двутавровое изделие производится путем проваривания трех базовых компонентов. Сваривание проводят с двух сторон, чтобы изделие было максимально надежным и прочным. Важно следить за тем, чтобы элементы прилегали как можно плотнее и находились строго перпендикулярно друг другу.

При сварке возникает необходимость в применении дополнительных элементов для воссоздания ребер жесткости и в этот процесс необходимо вовлекать серьезные трудовые ресурсы, все это нужно принимать во внимание на этапе проектных работ при строительстве. Стоит отметить, что введение дополнительных ребер, для усиления, уменьшает толщину стенки и понижает ее общую металлоемкость, раз уменьшается необходимое количество металла, то снижается стоимость, и сохраняются в неизменном виде все механические свойства.

Для изготовления методом сваривания служит такой материал, как профильный и металлический лист, для поясов может применяться гнутый профиль, швеллера и многое другое.

Достоинства сварного двутавра

· Несомненный плюс, в том, что облегченный вес балочного изделия позволяет уменьшить общий вес металлоизделия, а значит и снизить общую стоимость строительного проекта.

· Важное достоинство сварной балочной продукции — это то, что он производится под заданное техническое задание, и по индивидуальному заказу. Рассмотрим пример, для строительства определенного сооружения необходимо возвести металлоконструкции, где длина балки должна быть, 10,55 метров, то будет сварен профиль именно с такой длиной. Таким образом, заказчик избежит дополнительных отходов, а значит и расходов.

· По техническому заданию для отдельных проектов этот тип профиля может производиться перфорированным, что уменьшает вес конструкции, может иметь усеченную форму, быть с неравными полками, с фланцевыми соединениями или дополнительными ребрами жесткости, из такого металлопроката можно создавать сложные архитектурные строения. Балочный продукт таких форм невозможно получить на металлургическом предприятии.

· Можно сварить металлопродукцию с переменным сечением, это позволит распределить металл таким образом, что на нагружаемых участках конструкции, жесткость будет выше, удешевляя конструкцию без потери качественных характеристик.

 

Основной металл

Детали двутавровой балки Изготавливаются из стали марки ст3 которая выпускается по ГОСТу 380-2005 " сталь углеродистая обыкновенного качества "ГОСТ 535-2005 " прокат сортовой и фасонный из стали углеродистая обыкновенного качества"

Технические параметры Ст3, позволяют ее использовать для производства нагруженных элементов сварных конструкций и деталей машин и механизмов, работающие при положительных температурах.

Таблица 1- Химический состав ст3 ГОСТ 380-2005

Марка	C	Mn	Si	Ni	P	Cr
ст3пс	0.14-0.22%	0.4-0.65%	0.05-0.15%	До 0.3%	До 0.04%	До 0.3%

 

Таблица 2- Механический состав ст3 ГОСТ 535-2005

Марка	Ϭв	Ϭт	ɗ
ст3пс	370-480	205-245	23-26

 

Для изготовления сварных конструкций существенно выбирать стали c гарантией свариваемости. Под свариваемостью материалов понимается комплексная технологическая характеристика металла или сплава, которая отражает их реакцию на процесс сварки и показывает пригодность данного материала для получения надежного сварного соединения.

Количественной мерой оценки свариваемости является эквивалент углерода который определяется по формуле:

С_экв= C + Mn/6 + Cr/3 + Ni/3 + V/5+P/2 ≤ 0.45%

С_экв= 0.14+0.4/6+0.3/3+0.3/3+0.02/2=0.42

Вывод по свариваемости c учетом полученного эквивалента и содержанием углерода.

N= 0.005*S* С_экв

N= 0.005*10*0.42=0.021%

C¹= N+ С_экв

C¹= 0.021+0.44= 0.44%

Из уравнения видно, что сталь хорошо сваривается и не дает трещин, не требует предварительного нагрева