Сварка когструкций

СОДЕРЖАНИЕ

Ведение………………………………………………………………..…………...………….1

1.Расчетная часть………………………………………………...……………………...……2

1.1. Проектирование сплошной  колонны……………………………………………......….2

1.2. Проектирование сквозной  колонны……………………………………………….…....3

1.2.1. Расчёт относительно  материальной точки оси Х………………………………....….3

1.2.2.  Расчёт относительно  материальной точки оси Y……………………………...…….4

1.3. Сравнение вариантов……………………………………………………………...……..6

1.4. Расчет и конструирование  базы……………………………………………………...….7

1.5. Конструирование оголовка колонны……………………………………………….....10

1.6. Расчет сварных швов………………………………………………………………...…10

1.7. Проверка принятого  расчетного сопротивления бетона…………………………......11

2. Технологическая часть…………………………………………………………...…...….11

2.1. Анализ технологичности…………………………………………………...…….….....11

2.2. Технология сборки  и сварки колонны………………………………………...……....12

2.3. Применяемое оборудование……………………………………………………......….12

Техника безопасности………………………………………………………………...……..12

Заключение…………………………...…………………………………………………...…13

Список используемых источников.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

Колонны служат для передачи нагрузки от вышерасположенных конструкций  через фундамент на грунт. В зависимости  от того как приложена нагрузка на колонну различают центрально-сжатые, внецентренно-сжатые и сжато-изгибаемые колонны. Центрально-сжатые колонны работают на продольную силу, приложенную по оси колонны и вызывающую равномерное сжатие ее поперечного сечения. Внецентренно-сжатые колонны и сжато-изгибаемые колонны, кроме осевого сжатия от продольной силы, работают также на изгиб от момента.

Колонны состоят из трех основных частей: стержня, являющегося  основным несущим элементом колонны; оголовка, служащего опорой для вышележащих  конструкций и закрепления их на колонне; базы, распределяющей сосредоточенную  нагрузку от колонны по поверхности  фундамента, обеспечивающей прикрепление с помощью анкерных болтов.

Колонны различаются: по типу – постоянного и переменного  по высоте сечений; по конструкции сечения  стержня – сплошные (сплошностенчатые) и сквозные (решетчатые).

При выборе типа сечения  колонны необходимо стремиться получить наиболее экономичное решение, учитывая величину нагрузки, удобство примыкания поддерживающих конструкций, условия  эксплуатации, возможности изготовления.

Основным типом сплошных колонн, наряду с прокатными, является сварной двутавр, составленный из трех листов прокатной стали, наиболее удобный в изготовлении с помощью автоматической сварки и позволяющий просто осуществлять примыкание поддерживающих конструкций. Стержень сквозной колонны состоит из двух ветвей (прокатных швеллеров или двутавров), связанных между собой соединительными элементами в виде планок или раскосов, которые обеспечивают совместную работу ветвей и существенно влияют на устойчивость колонны в целом и ее ветвей.

Треугольная решетка из раскосов является более жесткой по сравнению  с планками, так как образует в  плоскости грани колонны ферму, все элементы которой работают на осевые усилия. Ее рекомендуется применять  в колоннах, нагруженных продольной силой более 2500 кН или при значительном расстоянии между ветвями (более 0,8 м). Планки создают в плоскости  грани колонны безраскосную систему с жесткими узлами и элементами, работающими на изгиб.

Для осмотра и возможной  окраски внутренних поверхностей в  сквозных колоннах из двух ветвей устанавливается зазор между полками ветвей не менее 100 мм.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ

1.1. Проектирование сплошной колонны

Требуемая площадь поперечного сечения колоннымм²

МПа

Коэффициент продольного  изгиба в первом приближении соответствующей  гибкости 62.

= 62, = 0.8

Определить габариты поперечного сечения колоннымм

Габариты поперечного  сечения  мм, мм

Где = 0.43, = 0.24 - коэффициент формы поперечного сечения колонны.

Принимаем с учетом сортамента на листовой прокат мм

Подобрать толщину стенки и поясов поперечного сечения колонны

По сортаменту на листовой прокат принимаем , тогда на долю поясов приходиться площадь

 

Требуемая толщина одного пояса составит

По сортаменту на листовой прокат принимаем .

Проверяем подобранное поперечное сечение колонны

мм²

Минимальный момент инерции мм⁴

Минимальный радиус инерции мм²

Наибольшая гибкость

Условная гибкость

При

 

 

Значения и незначительно отличаются друг от друга.

Нормальное напряжение: мм²

Проверяем условия обеспечения  устойчивости стенки и поясов поперечного  сечения:

При условной гибкости

, следовательно,  укрепление стенки продольными  ребрами жесткости не требуется.

Так как , то и поперечных ребер жесткости так же не надо.

Устойчивость поясов проверяется  неравенством:

В нашем случае: т.е. устойчивость поясов обеспечена.

Рисунок 4 – Поперечное сечение сплошной колонны

1.2. Проектирование сквозной  колонны.

Проектируем сквозную колонну, стержень которой состоит из двух швеллеров.

1.2.1. Расчёт относительно  материальной точки оси Х.

Задаемся, как и раньше

По полученной площади  поперечного сечения мм² и, используя сортамент фасонного проката подбираем два швеллера с суммарной площадью мм² и с радиусом инерции мм

Тогда гибкость ,

Условная гибкость мм²

Коэффициент

мм

мм

 

см²

мм⁴

см³

см

мм⁴

см³

см

см

Напряжение мм²

Прочность подобранного сечения  колонны обеспечена.

1.2.2.  Расчёт относительно  материальной точки оси Y.

Определяем ширину поперечного  сечения колонны из условия ее равной устойчивости.

Предварительно задаемся гибкостью ветви

Гибкость ,

Радиус инерции мм

Требуемое расстояние между  обушками швеллеров с полками  ориентированными внутрь

 мм

Это расстояние должно быть не менее удвоенной ширины полки швеллера плюс зазор 100мм для возможности очистки и окраски ветвей стержня колонны с внутренней стороны.

- расчетная ширина приемлема.

Рисунок 5 – Поперечное сечение  сквозной колонны

Производим окончательную  проверку подобранного поперечного  сечения сквозной колоны. По сортаменту на фасонный прокат для швеллера №36 выбираем момент инерции относительно собственной оси Y, мм⁴

Радиус инерции относительно собственной оси  Y, мм

Расстояние от обушка до собственной оси Y, мм

Момент инерции всего  сечения колонны относительно общей  оси Y:

 мм⁴

Расчетная длина ветви: мм

Принимаем расстояние между  планками в свету  мм.

Радиус инерции всего  поперечного сечения колонны: мм

Гибкость, приведенная гибкость

Полученное значение приведенной  гибкости меньше, чем значение гибкости относительно оси Х, т.е., следовательно, проверка напряжений не требуется.

Производим расчет планок.

Ширина планки . Принимаем,

Толщина планки ; Принимаем .

Планки заводят на ветвь стержня на . Принимаем .

Должны соблюдаться  условия:; в нашем случае: и .

Отношение жесткостей планок и ветви стержня.

; т.е. деформативностью  планок можно пренебречь.

Рисунок 6 – Расположение планок на стержне колонны

1.3. Сравнение вариантов.

Для окончательного выбора варианта конструкций стержня колонны  сравним площади их поперечных сечений.

Площадь поперечного сечения  сплошной колонны: мм²

Площадь поперечного сечения сквозной колонны:

  мм²

Предпочтение отдаем варианту сквозного поперечного сечения  колонны, так как его площадь  меньше, и, следовательно, экономичнее  по расходу материала и менее  трудоемка.

1.4. Расчет и конструктирование базы.

1.4.1. Определяем размеры  опорной плиты.

Расчетная сила давления не фундамент с учетом веса колонны:

,

где м³ плотность стали;

- коэффициент  надежности.

Материал фундамента бетон  марки M100 с нормативным сопротивлением. мм²

Задавшись коэффициентом  сопротивления бетона , определяем расчетное сопротивление бетона: мм²

Требуемая площадь опорной  плиты мм²

Принимаем ширину плиты , при толщине листов траверсы мм.

Тогда размер выпуска мм.

Требуемая длина плиты . Принимаем мм, тогда выпуск

плиты за пояса стержня мм.

Рисунок 7 – Опорная плита  вместе со стержнем в плане

Определяем толщину плиты. Среднее напряжение в бетоне

 мм²

На участках, опертых по четырем сторонам (внутри поперечного  сечения стержня колонны): мм; мм² и

По таблице определяем . Величина изгибающего момента на этом участке составит: м.

На участках, опертых по трем сторонам (между листами траверсы и поясом стержня колонны): ; . По таблице определяем .

Величина изгибающего  момента на этом участке составит:

 м.

На консольных участках величина изгибающего момента составит: м

Вследствие большой разницы  между моментами М₁, М₂, М₃ предусматриваем укрепление плиты ребрами жесткости толщиной мм.

Рисунок 8 – Опорная плита вместе со стержнем и ребрами жесткости в плане

Тогда . По таблице выбираем .

Изгибающий момент на этом участке составит: мм.

Максимальный изгибающий момент мм

Толщина плиты мм

По таблице принимаем  толщину плиты 

 1.4.2. Рассчитаем и сконструируем траверсу.

Принимаем катет сварных  швов мм

Тогда при четырех сварных  швах необходимая высота траверсы:

 мм

Принимаем мм

Проверяем прочность траверсы на изгиб и срез.

Нагрузка на единицу одного листа траверсы:

 кH/м

Изгибающий момент в месте  приварки траверсы к колонне:

 кHм

Поперечная сила в месте  приварки траверсы к колонне.

кH

Момент сопротивления  листа траверсы мм²

Нормальное напряжение в  сечении траверсы: мм²

Касательное напряжение в  сечении траверсы: мм²

Прочность траверсы обеспечена.

Рисунок 9 – Траверса

1.4.3. Рассчитаем и сконструируем  ребра жесткости.

Нагрузка на единицу длины  ребра кH/м

Изгибающий момент в месте  приварки ребра кH/м

Поперечная сила в месте  приварки ребра кH

Требуемая высота ребра

мм

Принимаем высоту ребра мм по таблице.

Касательное напряжение мм²

Прочность ребра жесткости  обеспечена.

Рисунок 10 – Ребро жесткости.

1.5. Конструирование оголовка  колонны.

Оголовок колонны представляет собой плиту, на которой располагаются  выше лежащие балки. Размеры оголовка зависят от поперечного сечения  стержня колонны и назначаются  конструктивно.

Рисунок 11 – Оголовок колонны в плане.

Толщину оголовка принимаем  равной толщине опорной плите  – 25мм. Выпуск оголовка за стержень колонны  принимаем 60мм с каждой стороны.

1.6. Расчет сварных швов.

Швы, прикрепляющие ребро  к колонне проверяем по результирующему  напряжению.

 

мм²

Швы, прикрепляющие элементы базы к плите определяем по катету.

Катет шва, прикрепляющего траверсу: мм

Катет шва, прикрепляющего ребро  жесткости: мм

Принимаем катеты швов в  соответствии с толщиной плиты мм. Такого же катета назначаем швы, прикрепляющие к плите пояса и стенку стержня колонны, а также оголовок к стержню колонны.

1.7. Проверка принятого  расчетного сопротивления бетона.

Размеры верхнего обреза фундамента примем на больше размеров опорной плиты.

Тогда длина обреза фундамента мм

Ширина обреза фундамента мм

Коэффициент

Полученный коэффициент  не отличается от принятого ранее, следовательно, все конструктивные решения и  расчеты верны.

 

2 ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

2.1. Анализ технологичности

Выбор материала сварного узла производится с учётом обеспечения прочности и жёсткости при наименьших затратах на его изготовление, с учётом экономии металла, гарантирование условий хорошей свариваемости при минимальном разупрочнении и снижении пластичности в зонах сварных соединений, обеспечения надёжности эксплуатации при заданных нагрузках переменных температурах. Для изготовления сварной колонны применяется сталь ВСт3пс, которая является углеродистой, обыкновенного качества, несущие и ненесущие элементы сварных и несварных конструкций и деталей, работающих при положительных температурах. Фасонный и листовой прокат (5-й категории) толщиной до 10 мм для несущих элементов сварных конструкций, работающих при переменных нагрузках в интервале от —40 до +425 °С. Прокат от 10 до 25 мм — для несущих элементов сварных конструкций, работающих при температуре от —40 до +425°С при условии поставки с гарантируемой свариваемостью. Заготовки для элементов колонны изготавливаются из листового проката термической резкой и не нуждаются в последующей механической обработке. Сварные соединения располагаются симметрично, отсутствует скопление сварных швов в одном месте, имеется хороший доступ ко всем местам сварки и для выполнения контрольных операций.