Сварная ферма

 

Государственное бюджетное образовательное учреждение

 Среднего профессионального образования

Пермский политехнический  колледж им. Н.Г. Славянова

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

по дисциплине «Расчет и проектирования сварных конструкций»

«Сварная ферма»

 

 

 

 

 

 

Преподаватель:

Л.А. Сорокина

Студент гр. Т-10-9

А.С. Гладких

 

 

 

 

 

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

Ведение           3

1 Общая часть          5

1.1 Описание конструкции        5

1.2 Условия работы конструкции       5

1.3 Выбор материала         5

1.4 Выбор метода и способа сварки      6

1.5 Сварочная проволока                                           6

2 Расчетная часть         7

2.1 Теоретическое обоснование метода расчета    7

2.2 Геометрическая неизменяемость      7

2.3 Геометрический расчет сварной фермы     7

2.4 Определение реакции опор сварной фермы    11

2.5 Определение усилий        13

2.6 Определение усилий (методом Риттера)     16

2.7 Выбор площади сечения уголка      17

2.8 Определение длины сварных швов в каждом узле   18

2.9 Построение узла         20

2.10 Определение величины напряжения сварных швов   20

3 Технологическая часть        21

3.1 Анализ технологии        21

Список литературы         22

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Сварка – это процесс получения неразъемных соединений по средствам установлення межатомных связей между свариваемыми частицами при их местном и общем нагреве или пластической деформации или совместных действий того и другого.

Сварка является  одной из несущих технологических процессов обработки металлов. Большие преимущества сварки, её широкое применение  в народном хозяйстве: без сварки практически невозможно производство мостов, колонн, самолетов, автомобилей и других конструкций.

 

 

Строительные  конструкции

Строительные конструкции: сварные балки, сварные колонны, сварные фермы и различные  решетки монтажных конструкций.

Сварные конструкции имеют  ряд преимуществ а именно: проще, экономичней, надежней, скорость, прочность, возможность изготовить любую конструкцию, возможность применять сортовой прокат, возможность демонтирование конструкций с монтажом на месте сборки, возможность учитывать при изготовление высокие нагрузки и температуру. При изготовление строительных конструкций применяют уголки, швеллера, двутавры, полосовую сталь листовую и гнутый прокат. Часто данные изделия не подвергаются дополнительной механической обработке.

Ферма – геометрически  неизменяемая конструкция из прямых стальных стержней, соединенных между  собой шарнирами без трения. Предназначена для восприятия и передачи любой величины нагрузки на опоры так как все узлы конструкции расчетные. Ферма в основном работает на поперечный изгиб. Вертикальная стенка фермы имеет сквозную решетку. Схема решетки возможна любой конфигурации и любой длины (рисунок 1). Применяются в сооружениях мостов, башенных кранов, спортивных сооружениях, в авиа строение, судостроение.     

 

 

 

 

 

 

 

                   Рисунок 1 –Основные схемы решеток

 

 

 

 

 

 

1 Общая часть

1.1  Описание конструкции

 

1.2 Условия работы конструкции

.

В данном проекте предложено сконструировать ферму в пролете: L=18 м, d=3 м, h=3,5 м, F=90 кН, t=+40⁰

 

1.3 Выбор материала

 

Для производства сварной  фермы согласно заданным условиям работы, материал должен обладать твердостью ,повышенной прочностью жесткостью и устойчивой к коррозии. Поэтому выбираем сталь ВСт3Сп – сталь конструкционная углеродистая обыкновенного качества. Назначение –  несущие элементы сварных и несварных конструкций и деталей, работающих при положительных температурах. Фасонный и листовой прокат (5-й категории) — для несущих элементов сварных конструкций, работающих при переменных нагрузках: при толщине проката до 25 мм в интервале температур от —40 до +425 ° С; при толщине проката свыше 25 мм — от —20 до +425 °С при условии поставки с гарантируемой свариваемостью..

 

Таблица №1 – Химический состав стали   ВСт3Сп по ГОСТ 380-71

 

в процентах

C	Si	Mn	P		S		Cr	Ni	Cu	As
			не более
0,14-0,22	0,12 – 0,30	0,40 – 0,65	0,04	0,05		0,30		0,30	0,30	0,08

 

 

Таблица №2 – Механические свойства стали

 

Состояние поставки	Сечение, мм	,	,	, %
		МПа
		Не менее
Прокат горячекатаный	До  20 Св. 20 до 40 Св. 40 до 100 Св. 100	245 235 225 205	370-480	26 25 23 23

 

 

 

 

          Выбираем сталь ВСт3сп потому, что она способна воспринимать нагрузку при температуре как от -40 так и до +425 . Сталь мало склонна к отпускной способности, не чувствительна к флокенам и сваривается без ограничений. Способы сварки РДС, АДС под флюсом и газовой защитой, ЭШС.

Выбранную марку материала  можно заменить на сталь Ст3. Данная марка материала была выбрана, так как она подходит заданным условиям.

 

 

1.4 Выбор метода и способ  сварки

 

Методом сварки выбирается в зависимости от свойств материала  и от сварных швов. Полуавтоматическая сварка осуществляется в среде защитных газов. Защитный газ- двуокись углерода . Применяем сварку полуавтоматом, так как продолжительность швов значительная, и приданном методе сокращается время выполнения сварных швов. А так же, полуавтоматическая сварка в защитных газах образует более качественные сварные швы чем при РДС. Данные сварные швы выполняются по ГОСТу 14771 – 76.

 

1.5 Сварочная проволока

 

Сварочная проволока берется Св. 08Г2С согласно ГОСТу 2246 – 70. Во избежание окисления металла кислородом? входящим в состав двуокиси углерода , сварочная проволока должна иметь элементы, имеющие большое сродство к кислороду, чем железо. Такими элементами являются кремний (Si) и марганец (Mn).

 

Таблица №3 – Химический состав сварочной проволоки по ГОСТ 2246 – 70

 

в процентах

Сварочная проволока	Массовая доля элементов
	C	Mn	Si	S	P	Cu	Cr	N	As
				Не более
Св08Г2С	0,05-0,11	1,80-2,10	0,70-0,95	0,025	0,030	0,025	0,20	0,01	0,08

 

                    1.6 Защитный газ

 Защитный газ – двуокись углерода, предназначенный для защиты сварочной ванны от окисления и порообразования. Должен соответствовать ГОСТу 8050 – 85.

 

 

 

 

 

2 Расчетная часть

 

2.1 Теоретическое обоснование  метода расчета

 

Сварная конструкция условно  освобождается от закрепления на опорах и представляется в виде плоской  системы сходящихся сил, где рассчитывается кол-во стержней и кол – во узлов для определения статической не изменяемости. По результатам данного расчета определяют геометрическую неизменяемость и уравновешивают систему сил для расчета величины усилий в каждом узле необходимо выполнить схему решетки сварной фермы с указанием действия усилий в каждом узле.

 M

D

С

А

E K N

 

                        Рисунок 1 – Схема сварной фермы

 

 

           где d=3 м. – шаг; L=18 м. – длина; H=3,5 м – высота; сталь вСт3сп t=+40

 

2.2 Определяем геометрическую  неизменяемость

 

,

где C – кол-во стержней,

 n – кол-во узлов

 

 

13=13

 

2.3 Геометрический расчет  сварной фермы

 

Определяем длину стержней и углы между ними.

 

Теорема Пифагора

 

 

 

где с – гипотенуза, м

 a – катет треуг-ка, м

 b – катет треуг-ка, м

 

 

 

 

 

Теорема синусов

 

 

 

где a, b, c – стороны,

  

 

Теорема косинусов

 

 

 

где a, b, c – стороны,

     

 

 

Треугольник №1

 M

 

 

 

 

A

N

 

Рисунок 2 – Треугольник AMN

 

 

 

AN=9, MN=3,5м

 

===9,66м

 

 

 

 

 

 

 

arctg0,388=21º;         

 

 

 

 

 

 Треугольник№2 O M

 

                              D

 

            

 

    Рисунок 3 – Треугольник ODM

 

 

            
  

            OD====2,16

 

            H=3,5

 

            DK=3,5-2,16=1,34

 

OD=tg=

OD=tg*OD=0,388*3=1,16см 

OD=1,16

 

Треугольник№3

 

D

 

 

K N

Рисунок 4 – Треугольник DNK

 

DK=3,5-1,16=2,34см

DN==3,8см

 

 

 т.к. и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Треугольник№4

 

C

 A

E

Рисунок 5- Треугольник ACE

 

 

 

CE=tg21̊*3=0,388*3=1.16см

 

tga=

 

AC==3,22

 

==0,78

 

Tg0,78=37⁰

 

 

                   2.4 Определение усилий в узлах фермы

 

                   Определение величины усилия каждого элемента в каждом узле –

            приводим в систему координат (x;y), составляем уравнения относительно

            каждой оси всех элементов входящих в данный узел, учитывая угол отно-

           сительно оси (x;y).

 

 

M

 

    D

 C  

          

 F/2   

A

 Ra       E      K        N

 

 

 

                      Рисунок 6 – Схемы усилий сварной фермы

 

 

    

 

 

2.5 Определяем реакции опор сварной фермы

 

 

1)

 

 

 

где F – сила, кН

d – шаг, м

, кН 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2)

 

 

 

гдеF – сила, кН

d – шаг, м

, кН

 

 

 kH

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

            Узел A

 

 y

F 

 

 x

 Ra 

 

 

 

          Рисунок 7-Узел А

 

 

 

 

==-628,5 kH

 

 

 

 

=-=-628,5 *0,388=243,8 kH

 

 

 

 Узел С x 

 F

 

  y

 

 

 

 

Рисунок 8-Узел С 

 

=     kH

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

            Узел E y

F

 

 

 x

               

 

 

 

 

                   Рисунок 9-Узел Е

 

 

 

 

 

 

 = 0

 

 

 

=887,7 kH

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

             Узел K y

 F

 

 

   x

 

 

 

 

Рисунок 10-Узел К

 

          kH

 

 

 

     kH

 

 

Узел N

        F

 

 

 

 

 

 

 

-*cos69-    == 636,3 kH

 

 

 

         

 

 

 

кН

 

 

 

 

 

 

 

 Узел D y

 F

 

 

 x

                           

 

 

 

Рисунок 11-Узел D

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица- Значения усилий

 

Усилие	Величина усилия	Работа усилия
	-628.5	сжатие
	243,8	сжатие
	-227,8	сжатие
	243,8	растяжение
	-90,6	сжатие
	887,7	растяжение
	90	растяжение
	207,7	растяжение
	227,8	растяжение
		растяжение
	-	сжатие