Расчет и проектирование двутавровой балки

 

 

МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

СВЕРДЛОВСКОЙ ОБЛАСТИ

 

Государственное автономное образовательное учреждение

Среднего профессионального образования

Свердловской области

«НИЖНЕТАГИЛЬСКИЙ техникум металлообрабатывающих производств и сервиса»

 

Допустить к защите Руководитель МО _____________ /Зашляпина Н.Л. (подпись)                       (Ф.И.О.) «_____»____________ 20___ г.

 

 

спроектировать двутавровую балку

 

Курсовой проект

 

 

Пояснительная записка

 

Специальность:	150203 Сварочное производство

 

Выполнил студент	группа 501		ПушкинА. А
	(группа)	(подпись)	Ф.И.О.
Руководитель	преподаватель		Зашляпина Н. Л.
	ученая степень, должность	(подпись)	Ф.И.О.
Консультант	преподаватель		Гриценко Н.В.

 

 

 

2014

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ ……………………………………………………....……	3
1 ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ ………………………………………...….…	5
1.1 Технологическая часть………………………………………….…	5
1.1.1 Описание конструкции ………………………………………….	5
1.1.2 Выбор материала конструкции  ………………………………..	6
1.1.3 Выбор способа сварки  ………………………………………….	7
1.1.4 Выбор сварочных материалов  ………………………………….	8
1.1.5 Технология изготовления  и монтажа конструкции …………...	10
1.2 Расчетная часть ……………………………………………….……	12
1.2.1 Определение расчётных усилий ………………………………..	12
1.2.2 Определение требуемой высоты балки	13
1.2.3 Определение момента инерции …………………………….……	16
1.2.4 Определение напряжений ……………………………………….	19
1.2.5 Определение катета шва ………………………………………...	27
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ……………………………………………………….	28
ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ИСТОЧНИКИ ЛИТЕРАТУРЫ ……………	29

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Проектирование быстровозводимых зданий на современном этапе требует применения в качестве несущего каркаса стальных балок, поскольку при больших пролетах, от семи и больше метров, другие конструкции становятся неэффективными. Кроме этого существует еще целый ряд сооружений, где нет возможности использовать другие материалы, в частности – железобетонные конструкции.

Одним из лучших вариантов стальных балок является двутавровая балка. Она главным образом применяется для перекрытия больших пролетов промышленных и других зданий (4-18 метров), а также при создании эстакад, мостов, рабочих площадок и других металлических сооружений. Почему данный металлопрокатный продукт столь популярен? Прежде всего, это, безусловно, обширный спектр использования подобного изделия. Применение двутавровой стальной балки встречается в качестве прочных строительных металлоконструкции, что способствует воссозданию наиболее экономичных опорных форм, тем самым значительно снижая весовой показатель металлических конструкций.

Балки разделяются по типу сечения, они могут быть прокатными либо сварными (составными). Применение сварной двутавровой балки дает возможность уменьшить массу несущих конструкций на 30 %, по сравнению с горячекатаными, из-за оптимального подбора составного сечения. А также появляется возможность применения в сечении балки разных типов стали для полок и стенок, изготовления асимметричных сечений, а также свести к минимуму отходы за счет изготовления балки заранее определенного размера.

Двутавровая металлическая балка имеет ряд преимуществ. В первую очередь такой балкой можно перекрыть большие пролеты со значительной нагрузкой. Балка не горит (но надо помнить, что при воздействии высоких температур на балки – они теряют несущую способность). К тому же она устойчива к биологическому воздействию.

Использование двутавровых балок переменного сечения обеспечивает высокую эффективность внутреннего объема здания и значительно сокращают эксплуатационные расходы.

К недостаткам двутавровых сварных балок можно отнести:

1.Их подверженность коррозии, в случае отсутствия защитного  покрытия и при наличии в  здании агрессивных веществ;

2.Сложность установки  – невозможна без применения  специальной техники;

3.Необходимость расчета  для точного соответствия требованиям  и стандартам.

В соответствии с вышесказанным определена тема курсового проекта «Расчет и проектирование двутавровой балки».

Цель:

Спроектировать двухтавровую балку для заданных условий работы и описать проблемы, связанные с технологией её изготовления.

Задачи:

1.Изучить информацию по  курсовому  проекту (используя различную литературу).

2.Выполнить расчеты по  определению элементов двухтавровой балки.

3.Описать технологию изготовления  двухтавровой балки;

-способ сварки;

-выбрать режимы сварки;

-сварочные материалы;

-сварочное оборудование;

-описать последовательность  изготовления;

4.Выполнить сборочный  чертеж балки.

5.Сделать вывод.

 

 

 

1 ОСНОВНЯ ЧАСТЬ                                                      

1.1Технологическая часть

1.1.1 Описание конструкции

 

Двутавровая балка — это профиль конструктивных элементов, выполненный из черного металла. Имеет сечение, больше всего напоминающее букву «Н».

Для возведения сооружений ее начали использовать еще в начале двадцатого века. Двутавровая балка незаменима в современном строительстве. Она служит составляющей несущей конструкции. Основными свойствами, которым двутавр обязан такой популярностью, являются простая конструкция и особая прочность, выдерживающая большие нагрузки.

Двутавровая балка работает в несущих конструкциях преимущественно на изгиб. Сечение, присущее двутавру, признано самым выгодным и надежным, так как именно при этой конструкции лучше всего происходит распределение материала. Балка двутаврового профиля является в семь раз более прочной и в тридцать раз более жесткой, чем балка квадратного профиля равнозначной площади сечения.

Для производства балки применяют углеродистую и низколегированную стали. Длина изготовления балки двутавровой (двутавры) зависит от ее назначения. Этот вид металлопроката нашел свое применение в сферах промышленного и гражданского строительства, а также в производстве перекрытий, мостовых сооружений и т.д.

 

 

1.1.2 Выбор материала  конструкции

Основной материал, из которого изготовлена балка – углеродистая, конструкционная сталь марки Ст 3 ГОСТ 380-94.

Сталь сваривается без ограничений всеми способами сварки, не склонна к трещинообразованию.

Сталь поставляется в виде листов или сортового проката.

Таблица 1 – Химический состав стали Ст 3 по ГОСТ 380-94, %:

Марка	Содержание элементов, %
	C	Si	Mn	Cr	Ni	Cu	P	S	As
Ст 3	0,14-0,22	0,12-0,30	0,40-0,65	≤ 0,3	≤ 0,3	≤ 0,3	0,04	0,05	0,08

 

Механические свойства стали Ст 3 по ГОСТ 380-94:

• предел текучести σТ = 250 МПа;
• предел прочности σТ = 380-490 МПа;
• относительное удлинение δ = 26 %;

Оценка склонности основного металла к образованию трещин проводим по эквиваленту углерода:

 

 

Т.к. эквивалент углерода Сэ< 0,45, то делаем вывод, что сталь Ст 3  не склонна к образованию трещин и относится к хорошо свариваемым.

 

 

 

 

1.1.3 Выбор способа  сварки

 

Выбор способа сварки зависит от многих факторов: от толщины металла, от марки материала, от сложности выполнения сварного шва, от условий работы конструкции, от длины шва, от типа производства.

Для длины 12м. рекомендуется использовать полуавтоматическую и автоматическую сварку под слоем флюса.

Также виды сварки как ручная дуговая сварка, и полуавтоматическая в среде защитного газа, контактная сварка – неприменимы, т.к. не обеспечивают требуемую глубину проплавления.

Выбор способа сварки от марки материала.

Для данной стали применимы все способы сварки.

Выбор способа сварки от сложности выполнения св. шва.

Шов открытого типа, поэтому применимы все способы сварки.

Выбор способа сварки от длины шва.

Длина двутавровой балки 12 м, поэтому лучше применять автоматическую сварку.

Выбор способа сварки от условий работы.

Балка эксплуатируется в условиях нормальных температур, при допустимой влажности воздуха. Сварку можно производить всеми способами.

Из предложенных выше способов можно предложить: автоматическую сварку под слоем флюса или автоматическую в среде защитного газа.

Наиболее лучшим способом сварки является под слоем флюса, т.к. флюс по сравнению с двуокисью углерода обеспечивает высокое качество сварного шва при минимальных затратах вспомогательных материалов.

 

 

 

 

 

 

1.1.4 Выбор сварочных  материалов

 

Сварочные материалы должны обеспечивать механические свойства наплавленного металла шва не ниже механических свойств основного металла.

При автоматической сварке под слоем флюса применим сварочную проволоку марки Св08А ГОСТ 2246-70 диаметром 3 мм.

Химический состав сварочной проволоки Св08А ГОСТ 2246-70 приведен в таблице 2.

Таблица 2  - Химический состав проволоки Св08А, %

Углерод	Марганец	Кремний	Фосфор	Сера	Хром	Никель	Алюминий
≤ 0,10	0,35 –0,6	≤0,03	≤0,03	≤0,03	≤0,12	≤0,25	≤0,01

 

Сварочный флюс марки АН-348А ГОСТ 9087-81. Область применения этого флюса – сварка и наплавка конструкций из низко углеродистых и низколегированных сталей, нелегированной и низколегированной сварочной проволокой при температурной эксплуатации конструкции до минус 50°С.

Химический состав флюса АН-348А ГОСТ 9087-81 приведен в таблице 2.

Таблица 3 – Химический состав флюсаАН-348А, %

SiO2	CaO	MnO	Al2O3	MgO	CaF2	Fe2O3		Сера	Фосфор
40-44	≤ 12	31-38	≤ 6	<7	3-6	не более
						0,5-2	0,12		0,12

Прихватки выполняются ручной дуговой сваркой, применяются электроды типа Э-50А УОНИ-13/55 ГОСТ 9466-75, диаметром 4 мм.

Требования к сварочным материалам:

Сварочные материалы перед использованием должны быть проконтролированы на наличие сертификата (на электроды, проволоку и флюс) с проверкой полноты приведенных в нем данных и их соответствия требованиям стандарта, технических условий или паспорта на конкретные сварочные материалы. Все сварочные материалы проверяются на отсутствие повреждений упаковок и самих материалов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.1.5 Технология  изготовления и монтажа конструкции 

 

Последовательность операций выбирается с учетом возможностей  сборочно-сварочного оборудования, транспортных средств и должна обеспечить качественное сварное соединение.

1. Транспортирование

Для сборки балки все сборочные единицы  транспортируются к месту сборки. Для перемещения используют  мостовой кран и захват.

2. Контроль

Проверка маркировки и сертификата листового проката.

Контроль деталей на соответствие требованиям чертежа (использовать штангенциркуль, рулетка).

3. Сборка

Двутавровая балка составляется из трех длинных листовых элементов (поясов и стенки).

Сборка деталей производится в сборочном кондукторе.

Кондуктор с винтовыми прижимами для сборки двутавровых балок. Основание выполнено в виде жесткой сварной рамной конструкции, состоящей из продольных и поперечных балок. Упоры и прижимы установлены на поперечных балках, продольные балки заделаны в фундамент. Подача длинных и гибких элементов балки в кондуктор осуществляется мостовым краном сверху с помощью жесткой траверсы со специальными захватами. Вертикальная стенка укладывается на продольные швеллеры, после чего устанавливаются полки, и детали плотно прижимаются друг к другу винтами. Прихватки обычно становятся только с одной стороны сверху, их размеры и расположение должны обеспечить жесткость и прочность балки при извлечении из приспособления краном и переносе к месту сварки.