Расчет и конструирование балки

Изображаем расчетную схему балки с учетом задания на проектирование, заполнить таблицу 1.3.1.

Rа L

L1

Ма

F F

А В С

Таблица 1.3.1. Сбор нагрузок балки

F kH	АС м	АВ м	ВС м

1.3.1.Определяем реакции опор

-сумма сил в точке А

∑F_А=0 кН (1.3.1.1.)

- суммарная силы действующие на балку

∑F_А=-F-F+R_A=0 кН (1.3.1.2.)

- откуда реакция опоры относительно точки А на действующее усилие

R_A=F+F=2F kH (1.3.1.3.)

- сумма моментов в точке А

∑M_A=0 кН*м (1.3.1.4.)

- сумма моментов относительно точки А

∑M_А= F*AB+F*AC , кH·м (1.3.1.5.)

- сумма моментов относительно точки В

∑M_В= R_A* AB + F*ВC - M_А , кH·м (1.3.1.6.)

где F , АВ, АС, ВС - значения из таблицы 1.3.1.

Определяем поперечные силы

Q (в-с) = F , kH (1.3.1.7.)

Q (а-в) = F+F, kH (1.3.1.8.)

Определяем изгибающий момент

Мизг. в = -F*BC, kH·м (1.3.1.9.)

Мизг. а= -F*АВ-F*AC, kH·м (1.3.1.10.)

где F , АВ, АС, ВС - значения из таблицы 1.3.1.

Строим эпюры поперечных сил и изгибающих моментов.

Указываем, в какой точке будет максимальный нормативный изгибающий момент М_max, кН^.м.

1.3.2 Подбор сечения балки

Определяем требуемый момент сопротивления сечения балки с учетом развития в ней пластических деформаций при работе на изгиб Wтр, см³

Wтр = см³ (1.3.2.1.)

Так-как сечение состоит из 2 уголков находим Wтр/2

W _тр/2 = см³ (1.3.2.2.)

По Wтр_/2 находим Ix тр_/2

Ix _тр/2 = см² (1.3.2.3.)

где

Вр – расчетная ширина полки , принимается Вр = 10-20 см

Заполняем таблицу 1.3.2.

Таблица 1.3.2. Требуемый момент сопротивления сечения балки

Мmax kH	[σв ] МПа	Wтр см3	Ix тр/2 см2

Из ГОСТ 8509-93 Уголки стальные горячекатанные. Сортамент подбираем размеры профиля по рассчитанному Ix тр_/2

В пояснительной записке чертим чертеж выбранного профиля с указанием всех размеров и массы 1 пог.м. заполняем таблицу 1.3.3.

Таблица 1.3.3.Размеры выбранного сечения балки

№ уголка	Bпр мм	t мм	Ix пр см3	Масса 1 пог. м. уголка, g кГ/м

Определение коэффициента запаса прочности (проверочный расчет элементов сварной конструкции)

Изображаем схему нагрузки балки

g

Rа L

L1 F F

Ма

А В С

Определяем поперечную силу, строим эпюру поперечных сил

-сумма сил в точке С

F _С^р =F, Кн (1.4.1.)

-сумма сил в точке B на участке В-С

F _В ^{р в-с}=F+ 2*g *ВС /100, кН (1.4.2.)

-сумма сил в точке B на участке А-В

F _В ^{р а-в}=F+ 2*g *АВ/100 + F, кН (1.4.3.)

-сумма сил в точке A

F_А ^р=2F+2*g *АС/100, кН (1.4.4.)

Определяем изгибающий момент, строим эпюру изгибающих моментов

.

M _{Р А}= -F*AB - F*AC – 2*g*АС² /(2*100), kH·м (1.4.5.)

М _{Р Б}= -F*BC -2* g*ВС² /(2*100), kH·м (1.4.6.)

где F кН , АВ, АС, ВС, м - значения из таблицы 1.3.1.

g – вес 1 пог. м балки кГ/м значения из таблицы п. 1.3.3

Находим принятый момент сопротивления сечения уголка Wпр_/2, см³

Wпр_/2 =2* Ix пр/ Bпр, см³ (1.4.7.)

Определение запаса прочности

σ = * 1000, Мпа (1.4.8.)

n = = (0,95...1,05)* [σ_в ] (1.4.9.)

В пояснительной записке чертим эскиз балки с указанием всех размеров

100

b

100 h 30

Определяем вес балки

Q = Q_балки + Q_{основания} , кг (1.4.1.9)

Q_балки = g * L , кг ( 1.4.1.10)

Q_{основания} = . кг (1.4.1.12)

где

Q_балки – вес балки, кг

Q_{основания} – вес основания, кг

g - масса 1 пог. м. профиля, кГ/м

L – длина балки, м

V = (h+20)*(b+20)*3 ,см – объем основания

ρ– плотность металла, принятая для углеродистых и низколегированных сталей равной 7,85 г/см3;

Расчет сварных швов

1.5.1.Определить вид сварного соединения в соответствии с ГОСТ 14771-76

В связи с тем что стыковые швы не нагружены растягивающим усилием производим расчет угловых швов приварки рассчитанного профиля к пластине.

Строим схему нагрузки швов

L лоб F_А ^р

M ^р_А

L _ФЛ

Определяем длину лобовых и фланговых швов

L лоб. ш. в см.

L _{ФЛ Ш.} в см.

К_ш = 6* М_max * L лоб. ш +2* F_max * L² _{ФЛ Ш.}

1,4* L² _{ФЛ Ш.} * L лоб. ш*[ _СР ] (1.5.1.1.)

где К_ш –катет шва, в см

[ _СР ]- допустимое напряжение в шве на срез [ _СР ] = 0,65 * σ_В

Катет шва выбираем в соответствии с рекомендациями таблицы 1.5.1

Таблица 1.5.1.1. Минимальные катеты угловых сварных швов

Вид соединения	Предел текучести стали	Толщина более толстого из свариваемых элементов, мм
4-5	6-10	11-16	17-22	23-32	33-40	41-80
Тавровое соединение с двусторонними угловыми швами, выполненное ручной сваркой, Нахлесточное и угловое, выполненое ручной сваркой	<430 (4400)
430-530 (4400-5400)
То-же выполненое автоматической и полуавтоматической сваркой	<430 (4400)
	430-530 (4400-5400)
Тавровое соединение с односторонними угловыми швами, выполненное ручной сваркой.	<380 (3900)
То-же выполненое автоматической и полуавтоматической сваркой	<380 (3900)

Так-как на швы действует изгибающий момент и сила уравнение прочности шва

= + < [ _СР ] , (1.5.1.2.)

где

W= –момент сопротивления поперечного сечения шва , см² (1.5.1.3.)

А= 2* К_ш * L лоб. ш. – площадь поперечного сечения шва, см² (1.5.1.4.)

.- максимальный нормативный изгибающий момент кН^.м (максимальный нормативный изгибающий момент кН^. м из эпюры моментов)

Fmax – максимальная сила (из эпюры сил в кН)

L _{ФЛ Ш} длина фланговых швов в см

L лоб. ш длина лобовых швов в см

К_ш –катет шва, в см

[ _СР ]- допустимое напряжение в шве на срез [ _СР ] = 0,65 * σ_В

1.5.2. Определить вид сварного соединения и рассчитать площадь поперечного сечения сварного шва( вид сварного соединения определяется по ГОСТам 14771-76, 5264-80, 8713-79, площадь поперечного сечения сварного шва рассчитывается по таблицам .

Полученные данные занести в таблицу 1.5.2

Таблица 1.5.2. Конструктивные элементы сварного шва

№ п/п	Условное обозначение сварного соединения	Конструктивные элементы сварного шва мм	Площадь поперечного сечения сварного шва мм2 Fш
подготовленных кромок свариваемых деталей мм	шва сварного соединения мм

Определить количество проходов сварки шва.

n = +1, (1.5.2.1.)

где

F_ш –общая площадь поперечного сечения шва, мм²

F1- площадь поперечного сечения шва первого прохода, мм²

F2- площадь поперечного сечения шва второго и последующих проходов, мм²

Таблица 1.5.3. Площадь поперечного сечения шва для расчета количества проходов сварки

№ позиции	Свариваемый материал	Толщина металла, мм, до
Площадь поперечного сечения, мм2 , до
первого прохода	второго и последующих проходов
	Углеродистая и низколегированные стали
	Высоколегированные и легированные стали

Технологический раздел