Подбор сечения сварных балок

Высота балки определяется из двух условий: а) h≥h_min, б) h≈h_opt

Минимальная высота, обеспечивающая условие выполнения обеспечения относительного прогиба:

, где R_y – расчетное сопротивление, l – длина балки, Е – модель упругости, [l/f] = 400 – величина, обратная допустимому прогибу

Оптимальная высота главной балки , где k = 1,1 – коэффициент, учитывающий конструкцию главной балки (сварная)

Требуемый момент сопротивления W_тр = M_max/с*R_y

t_w = 7+3*h_min, где h_min – в метрах, t_w - в миллиметрах.

Окончательно высота принимается из условия:

h≥h_w + 2t_f, где h_w – высота стенки балки, принимаемая по сортаменту на листовую сталь, t_f = 20…30 мм.

33.Типы балочных клеток. Определение расчетных усилий в главной балке

Система несущих балок - балоч­ная клетка.

У прощенная балочная клетка (а) нагрузка на пере­крытие = через настил на балки настила, и через них на стены. Балки ставят часто - неэкономично;

Н ормального типа балочная клетка (б) нагрузка с настила передается на балки настила, ко­торые в свою очередь передают ее на главные балки, опирающиеся на колонны, стены. Балки настила обычно принимают прокатными.

У сложненная балочная клетка (в) вводятся вспомогательные балки, располагаемые между балками настила и главными балками, передающими нагрузку на колонны. Перекрытия балки настила и вспо­могательные балки прокатные.

Расчетная схема и усилие в главной балки

Высоту главной балки целесообразно назначить близко к оптимальной и кратной 100 мм при соблюдении условия Минимальная высота определяется из условия обеспечения предельного прогиба - не более при полном использовании расчетного сопротивления материала по формуле:

При расчете с учетом пластических деформаций h_min увеличивается умножением на коэффициент С₁. Оптимальная высота определяется по формуле:

При этом гибкость стенки целесообразно применять равной 120…150

(меньше значение при больших R), принимаем ;

128,27 кН/м

153,04 кН/м

Определяем расчетный изгибающий момент в середине пролета:

4304,25 кНм= 430425 кН×см

Поперечную силу на опоре:

1147,8 кН

Требуемы момент сопротивления:

16554,81 см³

34.Термическое воздействие балки ß(сварки!!)? и вибрационная прочность сварных соединений.

Процесс сварки сопровождается структурными и химическими изменениями металла в зоне сварного соединения и возникновением остаточных напряжений и деформаций.

В процессе сварки металл шва и зоны, прилегающей к шву, нагревается и претерпевает различные изменения. В зоне сварного шва температура доводится до точки плавления металла (1500°С), по мере удаления от шва она сравнительно быстро падает. Металл при нагревании стремится расшириться, но так как нагревание его происходит неравномерно, расширение наиболее нагретых частиц сдерживается менее нагретыми, что при температуре выше 6000C приводит к образованию пластических деформаций.

В процессе остывания шва происходит обратное явление. Возникающие в результате этого внутренние напряжения, называемые сварочными или усадочными, часто приводят к короблению изделия. Кроме того, в результате нагрева металла до высокой температуры меняется его структура и ухудшается качество. Скорость охлаждения также оказывает влияние на структуру и качество металла.

В целях уменьшения неблагоприятного влияния сварки на конструкцию необходимо соблюдать целый ряд конструктивных и технологических требований:

· избегать «лишних» швов и отдавать предпочтение более тонким швам, при которых потребуется меньший разогрев свариваемых элементов;

· располагать швы в симметричной конструкции симметрично или так, чтобы статические моменты площади наплавленного металла по обе стороны нейтральной оси были примерно равны;

· стремиться к максимальной скорости сварки;

· не размещать швы близко друг к другу и избегать скопления их на небольших участках;

· при наложении сварных швов стремиться не допускать возникновения в конструкции однозначных температурных напряжений. В необходимых случаях предусматривать создание обратных деформаций (выгибов). В некоторых случаях полезно устраивать закрепления элементов конструкции при помощи прихваток или кондукторов;

· применять электроды высокого качества; улучшающие структуру наплавленного металла, защищающие расплавленный металл от доступа воздуха и благодаря образованию на поверхности шва шлаковой корки, уменьшающие скорость остывания соединения;

· не допускать ударных воздействий на металл при сварке на морозе вследствие снижения ударной вязкости как основного, так и наплавленного металла.

· Вибрационная прочность сварных соединений, так же как и основного металла, характеризуется прочностью при непрерывно повторяющейся нагрузке, когда имеет место так называемая усталость материала. Минимальная вибрационная прочность получается в том случае, когда элемент подвергается вибрационной знакопеременной нагрузке с равными амплитудами (полный симметричный цикл).

· Вибрационная прочность в значительной степени зависит от явлений концентрации напряжений, характерных для сварных соединений, поэтому вибрационная прочность сварных соединений весьма различна. Вибрационная прочность зависит от типа соединений, технологических факторов и качества сварки. Непровары и пористости крайне резко снижают вибрационную прочность сварных соединений (так, пористость в 1 % снижает вибрационную прочность на 30%, непровары в 5% площади в корне шва — на 50%).

· Плотность шва — залог хорошей вибрационной прочности. Как известно, плотный шов получают при автоматической сварке, поэтому ее и надо применять там, где будет иметь место вибрация соединений.

· Вибрационная прочность понижается с увеличением областей напряженных (переохлажденных) структур в околошовной зоне, поэтому в конструкциях, работающих на вибрационную нагрузку, эти зоны должны быть наименьшими. Следует избегать сварки на морозе.

· Вид тока, применяемого при сварке, и разделка кромок не влияют на вибрационную прочность, но подварка корня шва обязательна.

· Снижение всех видов концентрации напряжений повышает вибрационную прочность сварных соединений.

· Для соединений со стыковыми швами величина вибрационной прочности зависит от формы швов, и она больше для швов со снятым наплывом. В этом случае предел усталости для соединений из стали класса С 38/23 при шлакообразующих электродах и наличии подварки корня составляет 200—140 МПа (20—14 кГ/мм²), при автоматической сварке — 220—120 МПа (22—12 кГ/мм²).

· Вибрационная прочность соединений с угловыми швами весьма мала, поэтому в конструкциях, работающих на вибрационные нагрузки, применяются только улучшенные угловые швы: лобовые обработанные и более пологие (с отношением катетов 1: 1,5 и меньше, фланговые обработанные, а при ручной сварке — вогнутые. При автоматической сварке достаточно, чтобы швы имели ройную поверхность. При соблюдении указанных условий вибрационная прочность лобовых швов, расположенных с двух сторон листа (например, прикрепляющих две накладки), может достигнуть значений: при полном симметричном цикле — 80 МПа (8 кГ/мм²), при асимметричном — 140 МПа (14 кГ/мм²), а при более пологих швах и выше. Обычные лобовые швы имеют вибрационную прочность при асимметричном цикле 120—80 МПа (12—8 кГ/мм²). Вибрационная прочность обработанных фланговых швов при полном симметричном цикле составляет 60—40 МПа (6—4 кГ/мм²), а при полном асимметричном цикле 120—80 МПа (12—8 кГ/мм²), необработанных соответственно — 40—30 МПа (4—3 кГ/мм²) и 100—60 МПа (10—6 кГ/мм²). Вибрационная прочность К-образных швов, близких по своей структуре к стыковым, более высока [примерно 150 МПа (15 кГ/мм²)]. Применение сварных конструкций из низколегированной стали с рабочими соединениями на угловых швах (лобовых и фланговых), имеющих высокие коэффициенты концентрации напряжений, при работе на вибрационную нагрузку нецелесообразно.