Проектирование сварной колонны

  

 

 

Так как λпр ≤ λх, то сечение стержня подобрано правильно и стержень на устойчивость не проверяем.

Определяем условную поперечную силу Fусл, кН, возникающую в сечении стержня как следствие изгибающего момента.

 

Для сталей с σв до 330 МПа условную поперечную силу Fусл, кН, определяем по формуле

 кН 

 

Определяем силу Т, кН, срезывающую планку, при условии расположения планок с двух сторон, по формуле

 

 

 кН

       

Определяем момент М, кН см, изгибающий планку в ее плоскости, при условии расположения планок с двух сторон, в соответствии с рисунком 4, по формуле

 кН см

Принимаем размеры планок.

Высота планки dпл, см

                       

Толщина планки Sпл, см

 

 

 Причем толщину планки принимаем Sпл= 10 мм.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

               1.5 Расчет сварных швов, прикрепляющих планки к ветвям

колонны

Определяем напряжение tмw, кН/см2, от изгибающего момента в шве в соответствии с рисунками 2,4, по формуле

 

где Wш – момент сопротивления сварного шва, см3.

 

 см3

где β – коэффициент, зависящий от способа сварки;

Кf – катет сварного шва, Кf=(0,6...0,8) Sпл, см;

lш – длина сварного шва, прикрепляющего планку к стержню колонны, lш= dпл+2lн, см.

lн =2 Sпл = 2 10=20см

lш=10+2 2=14см

Определяем напряжение среза в сварном шве перерезывающую планку tтw, кН/см2, по формуле

 

где Аш – площадь поперечного сечения сварного шва, см2

 

Определяем равнодействующее напряжение tпр, кН/см2, по формуле

                                                      

,  

,  

 

 

       где Rwf – расчетное сопротивление сварного соединения, кН/см2

[1, с.41].

 

                    

 

 

 

                                1.6 Расчет и конструирование базы колонны

 

База служит для распределения нагрузки от стержня равномерно по площади опирания и обеспечивает закрепление нижнего конца колонны.

База – состоит из опорной плиты  и 2х траверс. Для уменьшения толщины плиты, если по расчету она получилась больше номинальной, ее укрепляют ребрами жесткости. Анкерные болты фиксируют правильность положения колонны относительно фундамента.

Определяем требуемую (расчетную) площадь опорной плиты Ар, см2, в соответствии с рисунком 5, по формуле

 

где  N     –   расчетное усиление в колонне, кН;

   Rсмб  –   расчетное сопротивление бетона (фундамента) на смятие,

Rсмб=0,6 кН/см2

 

Определяем ширину опорной плиты В, см, по формуле

 

см  

где h   –  высота сечения профиля, см;

Sтр  –  толщина траверсы, Sтр=1,2Sпл =1,2 0,4=0,48 см;

С   –  консольная часть опорной плиты, см,

         С=10…15 =10см.

 

Окончательный размер Вд принимаем согласно ГОСТ 82-70 [2, с.358] Вд =450мм.

Определяем длину опорной плиты L, см, по формуле 

                                           

 

 

Окончательную длину опорной плиты Lд=34мм принимаем по ГОСТ 82-70  [2,с.358] в зависимости от конструкции сечения.

 

 

 

Определяем действительную площадь опорной плиты Ад, см2, по формуле

Определяем толщину опорной плиты Sоп.пл из условия работы ее на изгиб.

Определяем изгибающий момент М1, , на консольном участке 1 по длине 10 мм, в соответствии с рисунком 5, по формуле:

 

 

где σб – опорное давление фундамента, кН/см2.

где Ад – действительная площадь опорной плиты, см2.

Определяем изгибающий момент М2 на участке 2, опирающемся с четырех сторон, , по формуле

 

где α – коэффициент, зависящий от отношения более длинной стороны к более короткой на участке 2 – таблица 3.

Таблица 3 – Коэффициент для расчета плит, опертых с четырех сторон

Длинная	1	1,1	1,2	1,3	1,4	1,5	1,6	1,7	1,8	1,9	2	>2
Короткая
Α	0,048	0,055	0,063	0,069	0,075	0,081	0,086	0,091	0,094	0,098	0,1	0,125

 

Определяем изгибающий момент М3, , на участке 3, по формуле

где β – коэффициент, зависящий от отношения закрепленной стороны а

            к незакрепленной стороне h, в соответствии с таблицей 4.

 

Таблица 4 – Коэффициент для расчета плит, опертых с трех сторон

	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	1	1,2	1,4	2	>2
	0,06	0,074	0,088	0,097	0,107	0,112	0,120	0,125	0,132	0,133

 

Толщину плиты Sоп.пл определяем по максимальному из трех изгибающих моментов, мм, по формуле

Диаметры анкерных болтов принять конструктивно:

- для шарнирных баз d=20мм. Принимаем d=20мм

Для жестких баз применяем анкерные плитки 5, которые привариваются к траверсам в процессе монтажа колонны в соответствии с рисунком 6.

Толщина анкерных плиток Sа=30…40 мм. Принимаем Sа=30 мм

Ширина плитки bа, мм, принимается в зависимости от диаметра анкерных болтов, по формуле

Определяем суммарную длину сварных швов Σlш, см, прикрепляющих траверсу к ветвям колонны, по формуле

 см

где β   – коэффициент, зависящий от способа сварки;

Кf  – катет сварного шва принимается по наименьшей толщине

    металла по СНиП 11-23-81 (с.48, таблица 38), см.

Определяем высоту траверсы hтр, см по формуле

 

 см

Принимаем высоту траверсы 23см

 

 

 

 

1.7 Расчет и конструирование оголовка колонны и ее стыков

 

Оголовок служит опорой для балок, ферм и распределяет сосредоточенную нагрузку на колонну равномерно по всему сечению стержня.

Давление на колонну передается на опорную плиту 6 – рисунок 7, а затем на опорное ребро 7 и через ребро 8 на ветви колонны и далее равномерно распределяется по сечению колонны. Поперечное ребро 9 препятствует скручиванию опорных ребер.

 

 

 

 

Рисунок 7 – Оголовок колонны

 

Принимаем толщину опорной плиты оголовка Sо.пл= 20 мм.

Принимаем толщину опорных ребер Sр= 16 мм.

Так как опорная плита оголовка устанавливается на фрезерованные торцы опорных ребер, то катеты сварных швов, прикрепляющих опорную плиту к опорным ребрам, принимаются конструктивно: Кf=6мм

С опорных ребер давление на стенку колонны передается через вертикальные угловые швы.

Определяем требуемую длину вертикальных угловых швов lш, см, по формуле

                      

 

см

где β  – коэффициент, зависящий от способа сварки;

Кf  – катет шва, принимается по минимальной толщине металла, см.

Принимаем =30,6см

Проверяем ребро на срез t, кН/см2, по формуле

 

 кН/см2

 

где Ap  – площадь ребра, см2;

                 Rs  – расчетное сопротивление сдвигу, кН/см2.

 

 кН/см2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                        2  Технологический раздел

    2.1 Выбор способа  сварки и методов контроля  качества сварных швов 

 

 

Для изготовления колонны выбираем полуавтоматическую сварку в среде защитных газов, потому что. Полуавтоматическая сварка в среде защитного газа - наиболее универсальный и распространенный в промышленности метод сварки.

          Основной принцип сварки MIG-MAG заключается в том, что металлическая проволока во время сварки подается автоматически в зону сварки через сварочную горелку и расплавляется теплом дуги. Проволока при этом методе играет двойную роль – она является и токопроводящим электродом, и служит присадочным материалом. Результат (качество) сварки MIG-MAG в значительной мере зависит от правильности выбора режимов работы сварочного аппарата (напряжение дуги, ток, скорость подачи проволоки, скорость сварки), а также от правильности выбора и расхода защитного газа (скорость подачи газа через сопло).

Защитный газ, который подается в зону сварки через газовое сопло, защищает дугу и сварочную ванну с расплавленным металлом. Металл в расплавленном состоянии химически активен и может взаимодействовать с защитным газом. Инертный защитный газ, такой как аргон или гелий, химически не реагирует с металлом в сварочной ванне в процессе горения дуги. Примером активных защитных газов являются углекислота и смеси аргона (реже гелия) с небольшими добавками углекислоты или кислорода. До недавнего времени углекислота являлась наиболее распространенным видом защитного газа для полуавтоматической сварки.

              

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  2.2 Выбор режимов  сварки и сварочного оборудования

 Исходя из выбранного способа сварки, необходимо выбрать и обосновать

параметры режима.

Критерием оптимального выбора  режимов  служит  максимальная

производительность процесса сварки при условии получения требуемых

геометрических размеров поперечного сечения шва, регламентированных

                                                                                                                                                             ГОСТ 14771-76, ГОСТ 5264-80, ГОСТ 8713-79 и достаточно низких потерь металла

на угар и разбрызгивание.

Основными параметрами режима автоматической, полуавтоматической

сварки под флюсом являются сварочный ток, диаметр, скорость подачи свароч-                                          ной проволоки, напряжение на дуге, скорость сварки.

                                          

Таблица 5 – Режимы сварки

Катет сварного шва, мм	Диаметр проволоки, d, мм	Сварочный ток, Iсв, А	Напряжение дуги, Uд, В	Скорость подачи проволоки, Vпод, м/ч	Скорость сварки, Vсв, м/ч	Вылет электрода, lэ, мм	Расход газа, л/мин
5	1.2	100-250	25-27	152-417	8.5-23.8	10-13	9-12

 

          Расчет режимов сварки производится всегда для конкретного случая.

Определяем скорость сварки Vсв, м/ч, по формуле:

                                                        

                                                      

                                                     

             где αн   – коэффициент наплавки;

      I    –  сила тока, А;

     γ   – удельная плотность;

      γ=7,85 г/см3;

            Аш  – площадь поперечного сечения шва, мм2.

                                                   

                                       мм2

             где Кf   –  катет шва, мм;

             q    –  высота усиления шва, мм.

                                                            

                                                        

       Определяем скорость подачи сварочной проволоки Vпод, м/ч, по формуле: