Материал: Расчет размеров конструкции балки пролетом 18 метров из стали

Расчет размеров конструкции балки пролетом 18 метров из стали

Министерство образования и науки Российской Федерации

ФГАОУ ВПО "Северо-Восточный федеральный университет им. М.К. Аммосова

Технологический институт

Колледж технологий

Кафедра технических дисциплин

Курсовая работа по дисциплине:

Расчет и проектирование сварных конструкций

Тема: Расчет размеров конструкции балки пролетом 18 метров из стали

Выполнил: Попов Н.А.

Студент II курса гр. СП-13

Проверил: Устинов Е.П.

Якутск 2015

Содержание

Введение

Глава 1. Конструкторская часть

1.1 Общая часть

1.2 Описание конструкции сварного узла с анализом его технологичности

1.3 Технические условия на изготовление сварного узла

1.4 Выбор основного и сварочного материала

1.5 Выбор вида сварки и оборудования

Глава 2. Расчетная часть

Заключение

Использованные литературы

Введение

Металлическая балка - это высокопрочное прокатное изделие, изготавливающееся из металла большой плотности. По форме различается балка с коробчатым или с двутавровым сечением, однако, в силу простой конструкции и технологии изготовления, балка двутавровая в строительстве получила большее распространение.

Существует несколько критериев, с учетом которых классифицируется балка стальная:

·              Двутавровые балки перекрытия, в зависимости от ГОСТов и требований того или иного объекта, могут иметь разную высоту, толщину и длину. Максимальные показатели - 3500 мм, 50 мм и 15,5 м соответственно.

·              Балка двутавровая по расположению граней полок может быть: изделием с параллельными гранями полок и с уклоном внутренних граней.

·              Металлическая балка с параллельными полками в свою очередь подразделяется на нормальную, колонную и широкополочную.

·              Материалом, из которого изготавливаются двутавровые балки перекрытия, может быть углеродистая или низколегированная сталь.

Балка представляет собой конструктивный элемент сплошного сечения, предназначенный для работы на поперечный изгиб. Балки применяют в различных перекрытиях, рабочих площадках, эстакадах, мостах, подкрановых балках и других конструкциях. Наиболее широкое применение сплошностенчатые балки находят для небольших пролётов при больших нагрузках. В случае больших пролётов и малых нагрузок рациональнее использовать сквозные балки или фермы, так как получаемая в данном случае экономия металла более существенна, чем увеличение трудоёмкости.

Сварные балки обычно состоят из трёх элементов: вертикального - стенки и двух горизонтальных - поясов (полок), присоединяемых к стенке при помощи сварки, как правило, автоматической. Возможны и другие конструктивные решения составных балок.

Устройство поясов из нескольких листов, сваренных по продольным кромкам, менее предпочтительно ввиду необходимости сварки протяжённых швов, сложности обеспечения плотного прилегания поясных листов друг к другу, неравномерности распределения напряжений.

По статической схеме балки классифицируются на разрезные, консольные и неразрезные. В металлических конструкциях чаще применяют разрезные свободно опертые (без защемления) балки. Неразрезные балки и однопролётные защемлённые балки более экономичны по расходу металла, однако сложнее в изготовлении и особенно в монтаже.

Балки разделяют по способу соединения элементов на сварные и клепаные. Наибольшее распространение получили сварные балки, так как они более экономичны по расходу металла и менее трудоёмки при изготовлении. Клёпаные балки применяют редко, как правило, для конструкций, работающих в условиях тяжёлых динамических или вибрационных нагрузок.

Составные балки могут изготовляться из элементов с разными марками стали. Стенку балки, работающую в большей части на изгиб с незначительными напряжениями, изготовляют из менее прочной и более дешёвой углеродистой стали, а пояса - из низкоуглеродистой. Наибольший эффект достигается при использовании в растянутых элементах высокопрочной стали.

С исторической точки зрения балки непрерывно эволюционировали. На первоначальном этапе осуществляли изготовление балок прокаткой на примитивных станках с относительно небольшими поперечными сечениями. Большое значение имела прокатка двутавров.

Условие проката не позволяло придавать им наиболее рациональные формы, полки имели небольшую ширину, а стенка - значительную толщину.

Такой тип был не рационален с позиции использования металла. В балке, работающей на изгиб, наиболее напряжённая зона - полка. Стенка нагружена в меньшей степени. Следует основную массу металла иметь в полках, а в стенках - меньшую долю. Сварка открыла возможность создания рациональных коробчатых профилей. В настоящее время положение изменилось. Балки прокатываются с широкими полками с параллельными кромками, что облегчает взаимное сопряжение балок во взаимно перпендикулярных направлениях.

Цель курсовой работы: Расчет и проектирование размеров конструкции балки пролетом 18 метров из стали.

Для расчета существует следующие задачи:

.        Изучение конструкции балки;

2.      Рассчитать размеры двутавровой балки.

Глава 1. Конструкторская часть

1.1 Общая часть

Металлическая балка является одним из ключевых элементов для любого производственного строительства.

Балка - это металлическое изделие повышенной стойкости к любым воздействиям окружающей среды. Она изготавливается из углеродистой или низкоуглеродистой стали. Балка используется для возведения различных перекрытий и опор.

Выделяют несколько видов строительных балок:

.        Двутавровые горячекатаные балки (стальные балки);

2.      Двутавровые горячекатаные балки с параллельными гранями (стальные балки);

.        Двутавровые балки из углеродистых сталей (балки из низко - и среднеуглеродистых сталей);

.        Балки из металла (этот вид балок применяется для строительства подвесных путей);

.        Широкополочные балки;

.        Колонные балки;

.        Балки нормальные.

Балка двутавровая для строительства гражданских и промышленных сооружений. При строительстве гражданских, общественных и промышленных зданий часто используется металлическая балка и балочные конструкции. Металлические балки могут быть элементом конструкции кровли, междуэтажных перекрытий здания, используется балка и для сооружения крановых эстакад. Двутавровая балка чаще всего используется для строительства колонн и перекрытий в домостроении. Двутавровая балка также применяется и в стальных фермах перекрытий промышленных и гражданских зданий. Повсеместное применение двутавровых балок обуславливается простотой их конструкции изготовления и надежностью в работе.

Двутавровые стальные балки находит своё использование, как правило, при строительстве разно форматных перекрытий, мостовых сооружений и подвесных путей, а также армирования шахтных стволов и т.д. Стальная двутавровая балка является очень устойчивой, поэтому ее можно использовать для перекрытия больших пролетов с существенной нагрузкой. Кроме того, стальная балка не повреждается вследствие воздействия негативных факторов окружающей среды, не подвержена коррозии при использовании специального защитного покрытия и обладает высокими противопожарными характеристиками.

Технология изготовления сварной балки, экономичен и успешно конкурирует с изготовлением балок способом прокатки, по другому называют горячекатанная двутавровая балка. Изготавливаются двутавровые балки, конечно же, из металла. Чаще всего для производства балок применяются углеродистые стали. В частности, довольно распространены двутавровые балки из низкоуглеродистых сталей.

В конструкциях двутавров внутренние грани полок могут располагаться наклонно либо параллельно. Сортамент, который имеет балка двутавровая, характеристики, габариты в основном определяются расстоянием между параллельными (П) или наклонными (У) внешними гранями.

Балка двутавровая ГОСТ 26020 83 характеризуется параллельными гранями полок. Под этот стандарт входят двутавры, имеющие высоту 10-100 см и ширину полок - 5,5-40 см. По последнему параметру классифицируют на: узкополочные (У), нормальные (Б), среднеполочные (Д), широкополочные (Ш) и колонные (К). Последние отличаются почти одинаковой высотой профиля и шириной полки.

Прокатная балка используется для перекрытий небольших площадей конструкций с малой несущей способностью. Это объясняется перечнем употребляемых прокатных профилей. Она незаменима в балочных клетках, для перекрытия небольших пространств гаражей, подвалов, складов. Ее используют также в качестве опорных брусьев, которые поддерживает кровлю, в конструкциях эстакад. В отличие от составной прокатной балки более металлоемки, так как увеличивается толщина их стенок. Существенными плюсами таких прокатных изделий является то, что на их производство затрачивается сравнительно меньше сил и они надежны в использовании. К тому же их стенки не нужно дополнительно укреплять ребрами жесткости. Исключение составляют опорные участки и участки приложения существенных сконцентрированных сил. То, что в местах соединения полки со стенкой нет сварных швов, позволяет снизить сосредоточение напряжений и степень их начальных дефектов.

Как правило профилем прокатной балки является прокатный двутавр, который определяется государственным стандартом №8239-72. Номенклатура выпускаемых профилей в стране позволяет одним двутавром принимать изгибающий момент до 1000 кН/м. В качестве другого ее профиля выступает швеллер. И хотя он неравномерен, скручивается при изгибе, но имеет относительно широкую полку, чем двутавр, лучше действует на косой изгиб. Потому он применяется в качестве основного профиля для прокатных опорных балок, поддерживающих скатные кровли.

Широкополочные балки используются для несущих конструкций, как опорные направляющие. Балки данного типа из толстого листа способны выдерживать высокие нагрузки и используются при строительстве высотных зданий. Балки двутавровые широкополочные имеют параллельные грани полок. Благодаря большей ширине полок широкополочные двутавровые балки имеют большую жесткость относительно оси "у", поэтому их можно применять в конструкциях без дополнительных закреплений.

Колонные балки имеют очень мощные толщины перемычек и полки, что позволяет им выдержать значительные нагрузки. Требования к габаритам балок определяет ГОСТ, например, кривизна двутавровой балки не должна быть более 0,2% от ее длины (контроль размера и формы балки осуществляют на расстоянии не менее полуметра от торца). Колонные балки применяются для создания надежных колонных конструкций. Любые двутавровые балки различаются между собой по толщине стенки и полок, по способу производства и назначению.

Подкрановые балки представляют собой конструкции, по которым передвигаются мостовые подъемные краны, обслуживающие производственные помещения. Опорами подкрановых балок обычно служат колонны. Мостовые краны передвигаются по рельсам, уложенным на верхний пояс балки.

Подкрановые балки могут быть железобетонными и металлическими. В последнее время все чаще применяются металлические сварные или клепаные подкрановые балки, в связи с тем, что железобетонные конструкции не являются достаточно надежными и подвергаются разрушению в процессе их эксплуатации

Балки подкрановые железобетонные в основном используются для устройства рельсовых путей башенных и козловых кранов грузоподъемностью до 10 тонн.

Подкрановые балки представляют собой конструкции из бетона класса В 22,5 с арматурой класса А - Ш и А - I. В железобетонных подкрановых балках предусмотрены закладные детали для крепления к ним рельсов.

Нагрузки на подкрановую балку:

-       подвижная вертикальная нагрузка от крана, (динамическое воздействие на балку);

-       поперечные тормозные силы, вызывающие изгиб верхнего пояса в горизонтальной плоскости.

конструкция балка сталь сварка

Постоянное воздействие комплекса нагрузок приводит к износу подкрановой балки.

Размеры двутавровой балки зависят от ее предназначения. Длина балки составляет от 4 до 12 метров, высота - от 10 до 100 сантиметров.

Двутавр классифицируется в зависимости от размера стенок и полок балки, в зависимости от уклона внутренних граней полки. Двутавровая балка, благодаря форме профиля, является наиболее эффективным и надежным решением для изготовления опорных конструкций, подвергающихся нагрузкам и изгибу.

Пояса балок представляют собой горизонтальные листы. Они изготавливаются из листовой прокатки, прокатных швеллеров, гнутых профилей. Пояса балок состоят из двух и более листов. А способ производства сварных двутавровых балок позволяет изготовить пояса, которые будут иметь разнообразные признаки и характеристики.

Использование поясных листов в поперечнике достигающих больше 30 миллиметров для малоуглеродистой стали неэффективное потому что у толстых листов малый предел текучести, а значит, снижаются расчетные сопротивления.

1.2 Описание конструкции сварного узла с анализом его технологичности

Балки Ст3пс, производимые из углеродистой стали. Химический состав стали при изготовлении балок должен соответствовать ГОСТ 8239-2005 (ГОСТ 8239-89). Номер балки металлической - это ее условный размер (высота) в сантиметрах. Например: нормальный двутавр 30Б1 - h (высота балки) =296 мм, обычная двутавровая балка Ст3пс - 12д - h=299мм. Все остальные размеры: ширина полок, толщина стенки и т.д. согласно по ГОСТу. Минимальный номер балки металлической 10, максимальный - 100 (100Б4). Изготовление балок с другими параметрами возможно только по специальному заказу. Размер балки стальной - это расстояние между внешними гранями полок.

Балка Ст3пс - это конструктивный элемент, обычно в виде бруса, который работает главным образом на изгиб, изготовленный из углеродистой стали Ст3пс. Существуют угловые и полые, тавровые и двутавровые балки. По типу сечения различают прокатные либо сварные (составные) балки. Последние, по сравнению с горячекатаными, позволяют уменьшить массу конструкций до тридцати процентов.

Балка двутавровая - тип профиля, имеющий в сечении вид буквы Т. Она обладает высокой жесткостью при этом имеет небольшой вес - таким образом, идеально подходит для сооружения высоконагруженных зданий. Двутавры изготавливают из углеродистой и низкоуглеродистой стали.

Балка строительная двутавровая Ст3пс классифицируют по точности прокатки. Такие балки могут быть повышенной точности (имеют индекс Б) и обычной точности (имеют индекс В). Для производства строительных балок широко применяется углеродистая, а также особая низколегированная сталь. Особой популярностью пользуются балки, которые производятся из низколегированной стали (09Г2С). Химический состав стали, которая применяется для изготовления балок строительных, должен соответствовать всем стандартам ГОСТ 380.

Двутавровые балки имеют свои номера, например, балка 35. Номер совпадает с ее высотой. Толщина стенок и ширина полок являются постоянными, их можно посмотреть в стандарте. Наиболее популярными являются балки 20 и 25.

1.3 Технические условия на изготовление сварного узла

Среди всех видов балок наибольшее распространение получили балки двутаврового сечения. В основе этих балок лежит двутавровый профиль, имеющий поясные швы. Метод сварки балок - под флюсом.

Профиль двутавровых балок состоит из трех элементов, соединяемых друг с другом посредством сварки. Для увеличения надежности балки, соединяемые элементы балки подвергаются сварке с двух сторон. Чтобы гарантировать максимальную прочность сварки балок, при создании сварного шва балки применяются выходные и заходные планки. Также следят за перпендикулярностью расположения элементов балки и за качеством их прилегания.