Курсовая работа (т): Расчет и проектирование сварной балки с подвижной системой нагрузки

Расчет и проектирование сварной балки с подвижной системой нагрузки

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

«СИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ИНДУСТРИАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИСЕТ»

Кафедра металлургии и технологии сварочного производства

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовой работе по курсу

«Проектирование и производство сварных и паяных конструкций»

Расчет и проектирование сварной балки с подвижной системой нагрузки

Зав. кафедрой Н. А. Козырев

Руководитель работы

Г. Н. Вострецов

Выполнил студент группы МСП - 08

А. В. Роор

Новокузнецк

Задание на проектирование

Расчетная схема балки представлена на рисунке 1. Балка лежит на двух опорах, расстояние между которыми равно L, и нагружена собственным весом q и двумя сосредоточенными силами от веса тележки Р, расстояние между которыми равно d. Тележка двигается по рельсу квадратного сечения t x t, приваренного к верхнему поясу.

Рисунок 1 - Расчетная схема балки

Задание на проектирование заключается в следующем:

Построить линии влияния реакций опор изгибающих моментов и поперечных сил в выбранных сечениях. Определить максимальные координаты линий влияния моментов и поперечных сил.

Определить максимальные значения изгибающих моментов и поперечных сил в заданных сечениях.

Определить требуемую высоту сечения балки из условий жесткости и наименьшего веса.

Подобрать сечение балки в виде сварного двутавра, проверить напряжения в опасных точках.

Проверить общую и местную устойчивость, расставить горизонтальные связи и ребра жесткости.

Спроектировать и рассчитать сварные соединения балки ( поясные швы, стыки ). опора балка нагрузка двутавр

Выполнить эскиз спроектированной балки в трех проекциях. Указать все размеры. Изобразить и обозначить сварные соединения.

Исходные данные приведены в таблице1. Материал балки - сталь Ст. 3 ( Норма жесткости балки задана через максимальный прогиб  в центре пролета от сосредоточенных нагрузок и составляет

Таблица 1 - Исходные данные для расчета

Реферат

Пояснительная записка содержит 34с., иллюстраций 18, таблиц 1, приложений 1, источников 3.

В данной работе производится проектирование подкрановой двутавровой балки с учетом действия на нее сосредоточенной и распределенной нагрузки. Так же особое внимание уделяется ее местной и общей устойчивости и расчету поясных швов, конфигурация которых будет удовлетворять требованиям по прочности.

Содержание

Введение

. Построение линий влияния реакций опор, изгибающих моментов и поперечных сил в заданных сечениях

.1 Построение линий влияния реакций опор

.2 Построение линий влияния изгибающих моментов и поперечных сил

.3 Определение максимальных значений изгибающих  моментов и поперечных сил

. Определение требуемой высоты сечения балки  из условий жесткости и наименьшего веса

.1 Расчет из условия жесткости

.2 Расчет из условия наименьшего веса

Подбор сечения балки и проверка напряжений в опасных точках

.1 Подбор сечений элементов балки

.2 Проверка напряжений в опасных точках

Проектирование балки с учетом ее устойчивости

.1 Общая устойчивость

.2 Местная устойчивость

Проектирование и расчет сварных соединений балки

.1 Поясные швы

.2 Стыковые швы

.3 Швы, приваривающие ребра жесткости

Заключение

Список использованной литературы

Приложение А

Введение

Подкрановые балки обычно выполняют в виде сварного двутавра с ребрами жесткости. Условия их работы определяют требования к конструктивному оформлению и технологии выполнения сварных соединений. При нагружении сварного двутавра только продольным изгибающим моментом такие концентраторы как подрез стенки или непровар корня поясного шва, не представляют особой опасности, так как располагаются параллельно нормальным и касательным напряжениям.

Однако сечения подкрановой балки дополнительно испытывают периодическое нагружение сосредоточенной силой Р от колеса крана, передаваемое с рельса на верхний пояс и через поясные швы на стенку балки. Кроме того, при нарушениях симметрии рельса относительно оси симметрии балки возникает дополнительный момент в поперечном направлении, воспринимаемый поясными швами и стенкой. В этом случае непровар корня поясного шва или подрез стенки оказываются расположенными поперек силового потока и поэтому могут служить причиной возникновения усталостных трещин. В связи с этим необходимо не только следить за технологическим процессом изготовления, но и конструировать саму балку исходя из условий работы и перегрузки.

1. Построение линий влияния реакций опор, изгибающих моментов и поперечных сил в заданных сечениях

.1 Построение линий влияния реакций опор

Линия влияния опорной реакции балки выражает зависимость величины реакции от положения груза, равного единице, на балке. Обозначим расстояние груза до левой опоры через х, пролет балки через l (рисунок 1)[1, с. 256, рисунок 8.5].

Рисунок 1 - Опорные реакции в однопролетной балке с шарнирными опорами

Реакция А определяется уравнением наклонной прямой (рисунок 2) и будет равна:

А = .

Рисунок 2 - Линия влияния реакции А

Подобным образом строится линия влияния реакции В (рисунок 3).

Рисунок 3 - Линия влияния реакции В

.2 Построение линий влияния изгибающих моментов и поперечных сил

Линии влияния М имеют форму треугольника с вершиной в сечении а (рисунок 4) [1, с. 256, рисунок 8.5].

Рисунок 4 - Вид линии влияния М

Если линии влияния строятся для сечения l/2, то вертикальные отрезки, откладываемые на опорах, равны между собой и равны 1l/2. Высота треугольника в этом случае равна l/4 (рисунок 5).

Рисунок 5 - Линия влияния М в сечении 0,5l

Подобным образом линии влияния М строятся для различных сечений балки, например 0,4l, 0,3l, 0,2l, 0,1l (рисунок 6).

а)

б)

Рисунок 6, лист 1

в)

г)

а) - линия влияния М в сечении 0,4l;

б) - линия влияния М в сечении 0,3l;

в) - линия влияния М в сечении 0,2l;

г) - линия влияния М в сечении 0,1l;

Рисунок 6, лист 2 - Линии влияния изгибающих моментов в различных сечениях балки

После построения соответствующих линий влияния М необходимо определить их максимальные ординаты , м, для каждого рассмотренного сечения по формуле:

= ,

где L - расстояние между опорами, м;

а - сечение балки, м.

= ;

= ;

= ;

= ;

= ;

Линии влияния поперечное силы Q на рисунке 7 выражают зависимость величины поперечной силы в заданном сечении а от положения груза, равного единице на балке.

а)

Рисунок 7, лист 1

б)

в)

г)

Рисунок 7, лист 2

д)

е)

а) - линия влияния Q для сечения балки 0l;

б) - линия влияния Q для сечения балки 0,1l;

в) - линия влияния Q для сечения балки 0,2l;

г) - линия влияния Q для сечения балки 0,3l;

д) - линия влияния Q для сечения балки 0,4l;

е) - линия влияния Q для сечения балки 0,5l;

Рисунок 7, лист 3 - Линии влияния Q в различных сечениях балки

Максимальные ординаты  для каждого рассмотренного сечения определяются по формуле:

.

.3 Определение максимальных значений изгибающих моментов и поперечных сил

Определим моменты от веса тележки в каждом из сечений с учетом того, что один из сосредоточенных грузов располагается над вершиной линии влияния, а второй занимает положение, показанное на рисунке 8.

Рисунок 8 - Момент от сосредоточенных сил

Момент Мр,кН∙м, от сосредоточенных сил вычисляется по формуле:

где - ордината линии влиния, т. е.

где Р - сосредоточенная сила от веса тележки, кН;

d - расстояние между сосредоточенными силами, м.

= 193,6кН∙м;

= 435,6кН∙м;

= 484кН∙м;

= 484кН∙м.

Эпюра момента М от подвижной нагрузки показана на рисунке 9.

Рисунок 9 - Эпюра М от Р

Момент Мq, кН∙м, в сечении a от равномерно распределенной нагрузки определяется по формуле:

,

где q - распределенная нагрузка, кН/м.

 = 435,6кН∙м;

 = 774,4кН∙м;

 = 1016,4кН∙м;

 = 1161,6кН∙м;

 = 1210кН∙м.

Эпюра момента М от распределенной нагрузки показана на рисунке 10.

Рисунок 10 - Эпюра М от q

Суммарные моменты в сечениях от сосредоточенных сил и равномерной нагрузки определяются по формуле:

.

Суммарные моменты в сечениях от сосредоточенных сил и равномерной нагрузки показаны на рисунке 11.

Рисунок 11 - Наибольший расчетный момент М от сил Р и q в разных сечениях.

Производим построение линии влияния поперечной силы (рисунок 12).

Рисунок 12 - Линии влияния поперечной силы Q

Определим расчетные усилия от сосредоточенных сил в каждом из указанных сечений с учетом того, что одна из них располагается над вершиной линии влияния:

т. е.

.

=99кН;

=97,8кН;

=96,3кН;

=94,3кН;

=91,7кН;

=88кН.

Эпюра поперечной силы от подвижной нагрузки изображена на рисунке 13.

Рисунок 13 - Эпюра Q от Р

Поперечные силы Q, кН, от силы тяжести рассчитываются по формуле:

.

220кН;

176кН;

132кН;

88кН;

44кН;

0кН.

Эпюра поперечной силы от распределенной нагрузки изображена на рисунке 14.

Рисунок 14 - Эпюра Q от q

Суммарные значения поперечных сил от сосредоточенных и равномерно распределенных нагрузок определяются по формуле: