Проектирование металлических конструкций

Сталь, поставляемая согласно ГОСТ 380-71, маркируют несмываемой краской независимо от группы стали и степени раскисления.

 

Применяются следующие расцветки для марок стали:

• Ст0 – красный и зеленый,
• Ст1 – белый и черный,
• Ст2 – желтый,
• Ст3 – красный,
• Ст4 – черный,
• Ст5 – зеленый,
• Ст6 – синий,
• Ст1Гпс – белый и красный,
• Ст2Гсп – желтый и красный,
• Ст3Гпс – красный и синий,
• Ст4Гпс -черный и красный,
• Ст5Гпс – зеленый и белый.

6.Рабочие чертежи металлических конструкций (КМ и КМД)

Технологические металлоконструкции изготовляют по специальным чертежам. Рабочие чертежи металлических конструкций (КМ) входят отдельным разделом в общий комплекс строительных рабочих чертежей объекта. Они разрабатываются на все виды металлических конструкций.   Чертежи КМ выполняются отдельно на строительные металлоконструкции, технологические металлоконструкции и технологическое оборудование. Чертежи КМ должны содержать исчерпывающие данные для разработки рабочих деталировочных чертежей КМД, для разработки проектов производства работ и составления смет.

Рис. 18. Расположение видов  на чертежах КМ и КМД

На чертежах КМ и КМД  виды располагают так, как показано на рис. 18. Над главным видом не ставят никаких надписей; при необходимости  приводят виды сверху, снизу, слева  и справа, над которыми также не ставят надписей. Если виды располагают в отрыве от проекционной связи, т. е. в любом месте чертежа или на другом чертеже указывают виды: «Вид А», «Вид Б» и т. д.     В отличие от машиностроительных чертежей в чертежах металлических конструкций при изображении разрезов и сечений место сечения не заштриховывают. Если в чертежах КМ или КМД проектируются реконструкция, усиление или расширение существующих зданий или сооружений, существующие конструкции изображают тонкими сплошными линиями, а реконструированные – сплошными основными линиями.         Когда чертежи КМ выполняют по проектному заданию, то обозначение разбивочных осей должно соответствовать принятому в проектном задании, а в чертежах КМД – как в чертежах КМ.        При выполнении чертежей КМ стремятся максимально использовать типовые решения отдельных конструкций, узлов и деталей, а также применять действующие ГОСТы, нормали и стандарты.      Для уменьшения объема рабочих чертежей совмещают мало отличающиеся изображения (планы, разрезы, узлы, отдельные элементы) с указанием частей, относящихся не ко всем объединяемым изображениям и размерам.           .

 

 

 7.Виды сварных соединений. Четыре вида сварных соединений: стыковые, угловые, тавровые, внахлестку.

Стыковые соединения разделяют на прямые, расположенные под углом 90° к оси соединяемого элемента, и косые, расположенные под углом менее 90°. При сварке встык, в зависимости от толщины свариваемых деталей, кромки соединяемых элементов обрабатывают согласно ГОСТ 8713-70 для автоматической и полуавтоматической сварки и согласно ГОСТ 5264-69 для ручной сварки.    Для обеспечения хорошего провара кромки под сварку подготавливают на кромкострогальных и торцестрогальных станках, а также с помощью кислородной резки. Обрабатываемую кромку притупляют для предотвращения прожога металла. Лучший провар кромок обеспечивается зазором между соединяемыми листами.  Угловые швы разделяют на фланговые, расположенные параллельно действующему усилию, и лобовые, расположенные перпендикулярно действующему усилию. Кроме того, различают угловые швы сплошные и прерывистые (шпоночные).    В зависимости от положения швов в момент сварки различают швы нижние, потолочные, горизонтальные и вертикальные (рис. 20). Наиболее хорошее качество сварных швов достигается при сварке в нижнем положении. Сварка в потолочном положении наиболее трудоемка, поэтому ее применение нежелательно.

Рис. 20. Сварные швы в момент сварки 1 – нижние; 2 – горизонтальный; 3 –  потолочный; 4 - вертикальный

При соединении металлических конструкций большое  значение имеет правильный выбор  типа электродов. Для защиты свариваемого металла от вредного воздействия  воздуха электроды покрывают  обмазками. Обмазки бывают тонкие (стабилизирующие) и толстые (качественные). Электроды хранят в сухом проветриваемом помещении Отсыревшие электроды перед сваркой прокаливают в сушильных шкафах.        

8.Требования, предъявляемые к соединениям металлоконструкций

Сварные соединения

При конструировании, изготовлении и сборке технологических металлоконструкций необходимо стремиться к тому, чтобы все сварные швы были доступны для сварки в нижнем положении. От этого во многом зависит качество швов.

По возможности  рекомендуется применять автоматическую или полуавтоматическую сварку, особенно там, где сварные швы имеют большую протяженность. Во всех случаях предпочтение отдают тонким сварным швам.

В конструкциях со сварными соединениями следует избегать сосредоточения большого числа сварных  швов в одном месте, чтобы не возникало  концентраторов напряжений.

Разделка кромок металла под сварку назначается  с учетом вида сварки (ручная, полуавтоматическая, автоматическая), условий работы сварного шва, его положения в пространстве, толщины свариваемых элементов, технологии процесса наложения швов, а также имеющегося сварочного оборудования.

Для сварки стальных конструкций следует применять  материалы, соответствующие классу свариваемых сталей, обеспечивающие требуемые свойства сварных соединений и технологию их выполнения: в соответствии со СНиП II-В.3-72.

Необходимо  соблюдать требования, предъявляемые  к сварным соединениям.

Толщина угловых  швов hш должна быть не менее 4 мм (за исключением швов в деталях толщиной менее 4 мм) и не менее 1,2 δ (δ –  наименьшая толщина свариваемых  элементов). В зависимости от толщины свариваемых элементов угловых однопроходных швов необходимо назначать не менее указанных в таблице.

 

 

9.Расчет сварных соединений

В соответствии с инструкцией по проектированию, изготовлению и эксплуатации монтажных  приспособлений, расчет монтажных приспособлений необходимо производить по предельным состояниям.

 

Инструкция  распространяется на все виды монтажных  приспособлений:

• грузоподъемные приспособления – мачты, шевры, стрелы, порталы, ленточные и полиспастные подъемники, подъемные балки и др.;
• грузозахватные приспособления – траверсы, жесткие захваты и все типы канатных стропов, применяемых с указанными выше приспособлениями, а также с монтажными кранами;
• приспособления для временного опирания, закрепления и передвижки по ним монтируемых конструкций и технологического оборудования (а также монтажного оборудования) в процессе монтажа – эстакады, отдельные опоры, стойки, распорки, стеллажи, подкрановые пути, кондукторы и др.;
• монтажные подмости, лестницы и ограждения. Некоторые технологические металлоконструкции из-за отсутствия обоснованных коэффициентов перегрузки приходится рассчитывать по допускаемым напряжениям, что иногда приводит к перерасходу металла.

 

 

 

 

 

 

 

10.Расчёт по допускаемым напряжениям.

1. Анализ расчётных схем №1 и №2.

По заданию необходимо определить допустимые нагрузки для  четырёх расчётных схем. Объектом проекта является сварное соединение, выполнение встык , втавр и внахлёст.

Анализирую  расчётную схему №1.

В задании даны две пластины, заварены встык, швом с полным проваром с усилением, подверженные действию растяжения силы Р.     Под воздействием силы Р на заваренную стыковым швом с полным проваром и усилением двух пластин , возникает только напряжение растяжение. Шов, заваренный с полным проваром и усилением, будет больше по площади и по качеству выше основного металла.

Следовательно, разрушение при критической нагрузке произойдёт по основному металлу.

Анализирую расчётную схему №2.

В задании даны две пластины, заваренные втавр через  вертикальную стенку с полным проваром, подверженные действию растяжению силы Р.

Под воздействием силы Р возникает напряжение растяжения. При этом, как и в расчётной схеме № 1, разрушение при критической нагрузке произойдёт по основному металлу, а не по шву, заведомо более прочному. 
    Следовательно, расчётные схемы №1 и 2 – идентичны.

Вывод: в результате анализа расчёт допустимой нагрузке буду выполнять на растяжение по основному металлу по расчётной схеме №1.

Расчёт допустимой нагрузки на растяжение по допустимым напряжениям, по расчётной схеме №1.

Р = [Ϭ] · F (кг), где

Р — допускаемое нагрузка (по заданию);

[Ϭ] — допускаемое напряжение (кг/мм²);

F – Площадь поперечного сечения на которое действует сила Р.(опасное сечение)( мм²)

Где:

Ϭ_тек – напряжение текучести для основного металла.

Ϭ_тек. - предел текучести (таблица №2) для стали 15ХСНД = 35,0 кг/мм²;

n₃ — коэффициент запаса прочности равен 1,4 — из задания.

 ≈ 25 (кг/мм²);

 

F = δ · b (толщину и ширину беру из задания — δ = 20 мм; b = 650 мм);

F=20*650≈ 13000 (

)

Р=25*13000=325000 (кг)

Допускаемая нагрузка расчётной схемы №1

Р = 325000 кг

2. Анализ расчётных схем №3 и №4.

В задании даны две  пластины, заваренные к вертикальной стенке втавр, находящиеся под воздействием растяжения силы Р.Под воздействием силы Р на заваренные к вертикальной стенке пластине, возникает напряжение растяжения (Ϭ) и напряжение срез (τ). Мне известно, что [τ] = 0,7[Ϭ] кг/мм².Следовательно, быстрее срежется шов, нежели разрыв пойдёт по шву.

Вывод: расчёт по схеме №3 веду на срез металла шва.

Анализирую  расчётную схему №4.

В задании даны две пластины, заваренные нахлёсточным соединением, подверженные растяжении силы Р.Под воздействием силы Р на заваренные нахлёсточным соединением пластины, возникает напряжением растяжением (Ϭ) и напряжением среза [τ], как и в расчётной схеме №3, разрушение при критической нагрузке произойдёт по шву, на срез, нежели на растяжение.

Следовательно, схема №3 и 4 идентичны, так как в обоих случаях расчёт следует производить на растяжение среза [τ].

Вывод: в результате анализа расчётных схем №3 и №4 , расчёт буду выполнять на срез по металлу шва, по расчётной схеме №3.

Расчёт допускаемой  нагрузке на срез по допускаемым напряжениям, по расчётной схеме №3.

Р = [τ] · F, где

Р — допускаемая нагрузка (кг);

[τ] — допускаемое напряжение на срез (кг/мм²);

F – площадь (мм²);

[τ] = 0,7[Ϭ] кг/мм².

 

Так как опасным  сечением является сварной шов, то при  нахождении допускаемого напряжения:

,где

Ϭ_тек. - предел текучести возьму для металла шва (таблица №3) сварочного электрода марки Э-50, Ϭ_тек. = 36 кг/мм²;

n₃ — коэффициент запаса прочности равен 1,4 (из задания).

 

Отсюда: [Ϭ] = кг/мм²;  [τ] = 0,7 · 25,7= 18 кг/мм²;

F =2*( δ · b) (толщину и ширину беру из задания — δ = 20 мм; b = 650 мм);

F = 2*(20 · 650) = 26000 мм³;

Следовательно: Р = 18 · 26000 = 468000 кг.

Допускаемая нагрузка расчётной схемы №3:

Р = 468000 кг

 

11. Расчёт по предельным состояниям.

 

Принципиальное  отличие метода расчёта по предельным состояниям от метода по допускаемым напряжениям состоит в том, что при данном методе расчёта общий коэффициент запаса прочности учитывается тремя коэффициентами: коэффициентом перегрузки n, коэффициентом однородности k и коэффициентом условий работы m.

Более дифференцированный метод учёта общего коэффициента запаса позволяет обоснованней подойти к его определению, учитывая своеобразие условий действия отдельных нагрузок, свойств различных металлов, а также различных условий работы конструкции.

Разделение  одного коэффициента запаса на три  независимых коэффициента позволяет более правильно характеризовать все особенности условий работы данной конструкции (учитывая отдельно особенности нагрузок, металла и условий эксплуатации).

По методическому  указанию я буду брать: коэффициент  нагрузки n = 1,1; коэффициент однородности металла k = 0,85, то есть меньше единицы, а коэффициент запаса не может быть меньше единицы, поэтому в расчёт принимаю, как 1/0,85; коэффициент условий работы m = 1,0.

Коэффициент запаса я нахожу по следующей формуле:

 

n₃ = m · n · k;

n₃ = 1,1 · · 1,0 = 1,3

2.1. Расчёт допускаемой нагрузки, по предельным состояниям по расчётной схеме №1 на растяжение:

 

Р = [Ϭ] · F (кг), где

[Ϭ] – допускаемое напряжение (кг/мм²);

F – площадь сечения (мм²).

 

Ϭ_тек. - предел текучести (таблица №2) для стали 15ХСНД= 35,0 кг/мм²;

n₃ - коэффициент запаса прочности равен 1,3 (из расчётов);

[Ϭ] = кг/мм².

Исходя из выполненных ранее расчётов по допустимым напряжениям F = 13000 мм³.

Следовательно: P = 27 · 13000 = 351000 кг.

 

Допускаемая нагрузка при расчёте по предельному состоянию расчётной схемы №1:

 

Р = 351000 кг

 

 

 

2.2. Расчёт допускаемой нагрузки по предельным состояниям по расчётной схеме №3 на срез.