РАСЧЕТ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ СВАРНЫХ КОНСТРУКЦИЙ
Рабочая тетрадь
для выполнения курсового проекта
для специальности 150203 «Сварочное производство»
студента группы ____________
___________________________
2012
сдайте готовый курсовой проект преподавателю.
1. Общие сведения о балках
Балкой называется элемент конструкции, работающий в основном на поперечный изгиб (в отдельных случаях он работает и на косой изгиб или на кручение).
Балки являются наиболее распространенными элементами конструкций. Они входят в состав конструкций мостов, вагонов, плотин, самолетов, кранов, станков, каркасов зданий и многих других сооружений.
Во всех случаях служебное назначение балок заключается в том, чтобы, приняв нагрузку от других элементов конструкции, передать ее на опоры (т.е. на те части конструкции, которые в свою очередь, поддерживают балку).
Мерой эффективности формы поперечного сечения балки является отношение момента сопротивления (W) к его площади (F).
При
одинаковой высоте сечения эта
характеристика имеет следующие значения:
для круглого сечения
;
для прямоугольного сечения
;
для трубчатого сечения
;
для прокатного двутавра
.
Таким образом, для условий работы балок в вертикальной плоскости двутавровое сечение является наиболее эффективным.
Несколько
иначе дело обстоит для условий работы
балок в горизонтальной плоскости, где
для прокатных двутавровых балок это
отношение имеет значение
.
Это свидетельствует о том, что при
работе на косой изгиб двутавровое
сечение не является удачным. Подобным
образом можно показать, что и при
кручении двутавровое сечение значительно
уступает прямоугольному сечению и
трубчатому. В связи с этим для балок,
которые, кроме поперечного изгиба,
должны воспринимать еще и некоторые
иные виды деформации ( кручение или
косой изгиб), принимают двутавровое
сечение.
Для балок, работающих на поперечный изгиб, наиболее рациональной формой поперечного сечения является двутавр. При этом удается наиболее полноценно использовать материал, располагая значительную его часть в наиболее удаленных от нейтральной оси участках сечения и наряду с этим обеспечить выполнения требований, установленных в отношении жесткости и устойчивости балок.
Двутавровые балки относятся к числу наиболее широко применяющихся элементов металлических конструкций и поэтому в промышленности организовано их массовое изготовление в виде профильного проката, размеры которого установлены сортаментом. Однако производство прокатных двутавров ограничено определенным диапазоном их размеров и не может во всех случаях обеспечить потребности строительства. Прокатные двутавры обычно применяются для перекрытия пролетов не больше 8 м.
При увеличении пролета прокатные балки не по всей длине используются полноценно. Поэтому для перекрытия больших пролетов применяются сварные балки, размер которых по длине пролета может меняться.
Прокатные балки обычно входят в состав различных конструкций. Балки поперечного профиля используются как вспомогательные несущие меньшую нагрузку и имеющие меньший пролет по сравнению с главными балками, в качестве которых применяются более мощные и более высокие составные сварные балки.
В сварных конструкциях продольные балки могут быть присоединены к поперечным балкам так, что их поперечное сечение в месте крепления будет иметь возможность воспринимать не только перерезывающие силы, но и изгибающие моменты. Это обстоятельство является характерной особенностью конструкций и должно использоваться как дополнительная возможность для снижения веса прокатных балок за счет снижения значений изгибающих моментов в середине пролета.
Подбор сечений продольной балки сварной балочной клетки целесообразно производить по значениям изгибающего момента в пролете, так как на опорах сварное сечение узла может быть усилено постановкой фасок.
При проектировании сварных балок необходимо обеспечить не только их надежную работоспособность, но и наибольшую экономичность. Повышение экономичности достигается более полным использованием материала и более высокой технологичностью конструкции.
Высокая работоспособность сварных балок обеспечивается выполнением требований, установленных условиями прочности, жесткости, устойчивости и выносливости.
Надежная работа сварных балок должна быть, кроме того, обеспечена высоким качеством их изготовления. Высота балки является и одним из самых главных размером ее поперечного сечения. От выбора высоты вертикального листа зависит ее жесткость и вес. Пояса двутавровых балок расположены в участках сечения, наиболее нагруженных нормальными напряжениями, и поэтому от прочности поясов в основном зависит прочность изгибаемой балки. С целью экономии веса и металла целесообразно изменять сечение балки по пролету. Изменение сечения достигается путем изменения размеров вертикального листа.
Пояса балки соединяются с вертикальной стенкой сварными швами, которые должны обеспечить условия совместной работы всех частей составного сечения.
Ребра жесткости необходимы для обеспечения устойчивости и жесткости балки не только при ее нормальной работе, но и при монтаже.
Особенностью условий работы балок, воспринимающих подвижные нагрузки, является наличие вибрации, с которой необходимо считаться главным образом при их конструктивном оформлении.
При проектировании балок необходимо обеспечить:
жесткость балки не ниже заданной;
прочность и экономичность балки;
общую устойчивость балки;
местную устойчивость балки;
технологичность балки, т.е. удобство и простоту изготовления;
рациональную компоновку балки, т.е. возможность сочетания с другими частями конструкций. Отчасти это обеспечивается тем, что высота балок нормализована и для высоких балок принимается кратной 50 мм.