1.3. Расчет и конструирование сварной конструкции

1.3.1. Изображаем расчетную схему нагрузки колонны с учетом задания на проектирование, заполнить таблицу 1.3.1.1

Таблица 1.3.1.1 Исходные данные для проектирования

N кГ	L м	Крепление нижнего конца колонны	Крепление верхнего конца колонны

1.3.2. Конструирование и проверочный расчет центрально-сжатой колонны сквозного сечения из двух швеллеров полки швеллеров расположены внутрь сечения

Задаемся коэффициентом продольного изгиба φ = 0,75…0,85

Определяем площадь поперечного сечения, см²

Атр = (1.3.2.1.)

где N – расчетная нагрузка, кГ

[σ_в] - расчетное сопротивление металла, кГ/см²

Вшв

Lпл

hст Sпл

bпол

Требуемая площадь одного швеллера, см²

(1.3.2.2.)

По ГОСТ 8240-72 подбираем действительное значение площади одного швеллера

А^′ _д большее по значению . Из ГОСТ 8240-72 выписать

Таблица 1.3.1.2

№ швел.

h

b

s

Масса 1 м швеллера g кГ/м

Площадь сечения А′ д

Ix

Wx

rx

Iy

Wy

ry

zо

мм

кг

см2

см4

см3

см

см4

см3

см

Определяем действительное значение площади стрежня, см²

, (1.3.2.3.)

Определяем гибкость стержня относительно оси х,

λ_x= L_p /r_x, (1.3.2.4.)

где L_p – расчетная длина стержня,

L _р = µ * L, см (1.3.2.5.)

где µ -коэффициент зависящий от закрепления концов стойки

L – высота колонны, см

По max λ_x определяем действительное значение коэффициента продольного изгиба φ₀ по таблице “Коэффициент φ продольного изгиба центральносжатых элементов”.

Проверяем стержень колонны на устойчивость кГ/см²

σ = = (0,95… 1,05)* [σ_в] (1.3.2.6.)

Стержень колонны должен иметь минимальное сечение удовлетворяющее требованию устойчивости. Недонапряжение не должно превышать 5%.( σ = 0,95*Rу)

Определяем расстояние между швеллерами Bшв

– исходя из условия равноустойчивости

_, (1.3.2.7.)

откуда гибкость стержня относительно оси у равна

_, (1.3.2.8.)

где λ_В гибкость одной ветви, λ_В = 30…40

Определяем радиус инерции сечения стрежня относительно оси у, см

(1.3.2.9.)

Определяем расстояние между ветвями колонн

Полки швеллера расположены наружу, см

Вшв = r′ y/0.32, (1.3.2.10.)

Размер Bшв округляем до целого числа. Этот размер должен быть не менее удвоеннй ширины полки швеллера плюс зазор 100 мм для возможной очистки и окраски ветвей с внутренней стороны

В_швд =

Определяем геометрические характеристики сечения I^′ у, см⁴

, (1.3.2.11.)

Если полки швеллера расположены внутрь, то а, см

а = + Z_0, (1.3.2.12.)

Определяем действительное значение радиуса инерции относительно оси у,

(1.3.2.13.)

Определяем действительную гибкость стержня относительно оси у

(1.3.2.14.)

Определяем приведенную гибкость

_(1.3.2.15.)

Если , то сечение стержня подобрано правильно и стержень обладает устойчивостью относительно оси х и у

Если , то по определяем действительный коэффициент продольного изгиба φ^′ ₀ и производим проверку стержня на устойчивость.

σ = = (0,95… 1,05)* [σ_в] (1.3.2.16.)

где φ_о^’ – коэффициент выбираемый по мах λ_пр или λ_х

Расчет и конструирование соединительных планок

Определяем условно поперечную силу F_усл к Н

F_усл = 20 * А_д, (1.3.2.17.)

Определяем силу Т срезывающую планку, кН

Т = (1.3.2.18.)

где L_o расстояние между соединительными планками, см

L₀ = λ₀ * r′′_у (1.3.2.19.)

где r′′_y - радиус инерции одного швеллера относительно собственной оси

λ₀ =30…40 гибкость одной ветви, см

Вшвд - действительное расстояние между ветвями (швеллерами), см

Определить изгибающий момент М, действующий на одну планку кН·см

М= F_усл * L₀ /4, (1.3.2.20.)

Принять размеры планок:

Длина планок Lпл = Вшв д-2*b+(4…6) см, принимаем Lплд =

Ширину h_пл = (0,5…0,7)* Вшв д см; принимаем d_плд =

Толщину S_пл = d_плд/30 см ; принимают S_пл = 1,0…1,2 см, принимаем S_плд =

Площадь поперечного сечения планки

А_плд = S_{пл д} * h_{пл д ,} см² (1.3.2.21.)

Определяем напряжение τ^м от изгибающего момента в шве _, кГ/см²

τ^м = М /(100* W_пл ) _, кГ/см² (1.3.2.22.)

Момент сопротивления сечения планки

W_пл = Sпл д*h²_{пл д} / 6, см² (1.3.2.23.)

Определяем напряжение среза в сварном шве τ^т кГ/см²

τ^т = Т /(100*Аплд), (1.3.2.24.)

где А_плд – действительная площадь поперечного сечения планки, см²

Определяем равнодействующее напряжение τ_пр , кГ/см²

τ_пр = [ (τ^м )² + (τ^т )² ]^0.5 ≤ R_wf (1.3.2.25.)

где R_wf – расчетное сопротивление сварного соединения, кГ/см² R_wf = 0,65*[σ_в]

1.3.3. Расчет и конструирование базы

1.3.3.1. Площадь плиты

Аплиты ≥ N_кол/R_б, (1.3.3.1.1.)

где:

N_кол - нагрузка на колону, включая ее собственный вес кГ,

N_кол = N + Q_кол, (1.3.3.1.2.)

где

N – расчетная нагрузка, кГ

Q – собственный вес колоны, кГ

Q = 2*g * L, кГ (1.3.3.1.3.)

g - масса 1 м швеллера кГ/м

L – высота колонны, м

R_б = 1,5*4,5 = 67,5 кГ/см²

. Высота плиты

Нплиты = h + 2*Sтр + 2*c, см (1.3.3.1.4.)

где

h – высота швеллера колоны ( из таблицы 1.3.1.2) см

S_тр – толщина траверсы, см (принимаем S_тр = 1,2 см )

с- ширина консольного участка плиты с= 10 см.

Принимаем Нплиты.д. =

Ширина плиты, см

Lплиты = Аплиты/Нплиты.д, см² (1.3.3.1.5.)

Принимаем Lплиты.д =

Действительная площадь плиты

Аплиты.д. = Нплиты.д. * Lплиты.д, (1.3.3.1.6.)

Толщина плиты

Определяем реактивное давление фундамента кГ/см²

g = σ_b = N_кол/А_{плиты/д,} (1.3.3.1.7.)

Определяем изгибающий момент в консоли плиты и между ветвями колонны кГ * см

М = σ_{b *} с² /2, (1.3.3.1.8.)

где

σ_b –реактивное давление фундамента кГ/см²

с- ширина консольного участка плиты с= 10 см.

Требуемый момент сопротивления сечения плиты см³

W_д = М/[σ_в]_, (1.3.3.1.9.)

где

М - изгибающий момент в консоли плиты кГ*см

[σ_в]- расчетное сопротивление металла, кГ/см²

Определяем отношение сторон

h / b

где h , b – ширина и высота профиля колонны ( таблица 1.3.3.1.1)

По отношению сторон по таблице «Коэффициенты α₁ и α₂ для расчета на изгиб плит» определяем α₁; α₂

Изгибающий момент

М_а = α₁ * g * Нплиты. д., (1.3.3.1.10.)

М_b = α₂ * g * Нплиты д. (1.3.3.1.11.)

Требуемую толщину плиты определяем по мах изгибающему моменту, см

t _пл = ^, (1.3.3.1.12.)

принимаем t _{пл д} =

где

Ммах – максимальный момент из М_{а ,} М_b .

Принятые размеры плиты заносим в таблицу

Таблица 1.3.3.1.1 Действительные значения размеров

Высота плиты Нплиты.д. см	Ширина плиты Lплиты.д см	Толщина плиты t пл д см

1.3.3.2. Толщина траверсы, см

Sтр = 1,2* t _{пл д ,} (1.3.3.2.1.)

принимаем Sтр д =

Суммарная длина сварных швов приварки траверсы к ветви, см

Lшва = N_кол/(β*Кш*Rш), (1.3.3.2.2.)

где

N_кол - нагрузка на колону, включая ее собственный вес кГ,

β – коэффициент зависящий от способа сварки (β = 0.9)

Кш – катет шва (Таблица 1.3.3.2.1)

Rш- расчетное сопротивление металла шва (Rш = 1,0*[σ_в])

Высота траверсы, см

hтр = Lшва/n, (1.3.3.2.3.)

где

n- число учитываемых швов которые удобно варить

Таблица 1.3.3.2.1. 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)	4	5	6	7	8	9	10
	430-530 (4400-5400)	5	6	7	8	9	10	12
То-же выполненое автоматической и полуавтоматической сваркой	<430 (4400)	3	4	5	6	7	8	9
	430-530 (4400-5400)	4	5	6	6	7	8	9
Тавровое соединение с односторонними угловыми швами, выполненное ручной сваркой.	<380 (3900)	5	6	7	7	8	9	10
То-же выполненое автоматической и полуавтоматической сваркой	<380 (3900)	4	5	6	8	9	10	12

Определить вид сварного соединения и рассчитываем площадь поперечного сечения сварного шва (площадь поперечного сечения сварного шва рассчитывается по таблицам) . Полученные данные заносим в таблицу 1.3.3.2.2.

Таблица 1.3.3.2.2.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, (1.3.3.2.4.)

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 1.3.3.2.3.Площадь поперечного сечения шва для расчета количества проходов сварки

№ позиции	Свариваемый материал	Толщина металла, мм, до
		10	100	10	100
		Площадь поперечного сечения, мм2 , до
		первого прохода		второго и последующих проходов
1	Углеродистая и низколегированные стали	10	30	40	50
2	Высоколегированные и легированные стали	10	30	40	50