Сборка двутавровой балки

 

Содержание

                                                                                                                                                  Стр.

            Введение.                                                                                                                               

1. Расчет на прочность двутавровой балки.                                                                     
2. Понятие об устойчивости стальных балок.                                                                  
3. Стыки прокатных и составных балок. Узлы крепления балок.                                  
4. Охрана труда и техника безопасности при сборочно-сварочных работах.               
5. Список используемой литературы.                                                                               

 

ВВЕДЕНИЕ

Классификация сварных конструкций

 
Большое разнообразие сварных конструкций затрудняет их единую классификацию. Сварные конструкции можно классифицировать: 
по способу получения заготовок (листовые, литосварные, кованосварные, штампосварные); 
целевому назначению (вагонные, судовые, авиационные и др.); 
характерным особенностям их работы (балки, рамы, фермы, емкости, сосуды, работающие под давлением, трубы и трубопроводы, корпусные конструкции и т. п.). 
При рассмотрении вопросов проектирования и изготовления сварных конструкций последние целесообразно классифицировать в зависимости от характерных особенностей работы. В этом случае можно выделить следующие типы сварных конструкций. 
Балки - конструктивные элементы, работающие в основном на поперечный изгиб; жестко соединенные между собой балки образуют рамные конструкции.

Колонны - элементы, работающие преимущественно на сжатие или сжатие с продольным изгибом. 
Решетчатые конструкции - система стержней, соединенных в узлах таким образом, что они испытывают главным образом растяжение или сжатие; к решетчатым конструкциям относятся фермы, мачты, арматурные сетки и каркасы. 
Конструкции, испытывающие избыточное давление - конструкции, к которым предъявляют требование герметичности соединений; к этому типу конструкций относятся различные емкости, сосуды и трубопроводы. 
Корпусные транспортные конструкции - конструкции, подвергающиеся динамическим нагрузкам, поэтому к ним предъявляют требования высокой жесткости при минимальной массе (основные конструкции данного типа - корпуса судов, вагонов, кузова автомобилей). 
Детали машин и аппаратов работают преимущественно при переменных, многократно повторяющихся нагрузках, поэтому характерным требованием для них является получение точных размеров, обеспечиваемое главным образом механической обработкой заготовок или готовых деталей (примерами таких конструкций являются станины, валы, колеса). 
При изготовлении сварных конструкций выполняют сварные соединения различных видов: стыковые, тавровые, нахлесточные и угловые (рис. 1).

Стыковые соединения (рис. 1, а, б) элементов плоских и пространственных конструкций наиболее распространены. Такие соединения имеют высокую прочность при статических и динамических нагрузках и могут быть выполнены практически всеми видами сварки плавлением. При сварке элементов различной толщины кромку более толстого элемента выполняют со скосом для обеспечения равномерности нагрева кромок и исключения прожогов в более тонком элементе. 
Тавровые соединения (рис. 1, д) элементов широко распространены при изготовлении пространственных конструкций. Их выполняют как без разделки, так и с односторонней или двусторонней разделкой кромок. При выполнении сварки в разделку должен быть обеспечен провар и высокая прочность соединений при любых нагрузках. Тавровые соединения могут быть выполнены всеми видами сварки плавлением. 

Нахлесточные соединения (рис. 1, в) часто применяют при сварке листовых заготовок при необходимости простой подготовки и сборки изделий под сварку. Такие соединения менее прочны, чем стыковые. Кроме того, выполнение нахлесточных соединений связано с перерасходом основного материала, обусловленного наличием перекрытия свариваемых элементов. Нахлесточные соединения, как правило, несут рабочие нагрузки, но их прочность ниже, чем у стыковых соединений, что связано с дополнительным изгибом соединения при осевом нагружении и концентрацией напряжений вследствие зазора между свариваемыми элементами. 
Угловые соединения (рис. 1, г) обычно являются связующими и не предназначены для передачи рабочих нагрузок. Угловые соединения могут быть выполнены всеми видами сварки плавлением. 
Иногда выполняют прорезные, торцовые и другие соединения.

 

 

 

 

 

 

Рисунок 1. Виды сварных соединений: 
а - стыковые; б - стыковые с отбортовкой; в - нахлесточные; г - угловые; д - тавровые; е - прорезные; ж - торцевые; з - точечные; S - толщина свариваемых изделий

 

 

 

Сборка и сварка двутавровой балки

 
Двутавровая балка составляется из трех длинных листовых элементов (двух поясов и стенки). В высоких балках ставятся ребра жесткости для повышения устойчивости сжатых элементов. Основными швами в балках являются стыковые швы поясов и стенки и угловые швы, соединяющие пояса со стенкой. 
 
При изготовлении сварных балок в цехах целесообразно сначала сварить стыки поясов и стенки, так как стыковые швы являются наиболее ответственными, поэтому для уменьшения остаточных напряжений варить их следует при отсутствии закреплений в свариваемых листах. При сборке пояса или стенки необходимо, чтобы продольные оси стыкуемых листов легли по одной прямой линии, смещение стыкуемых кромок из плоскости листов не выходило за пределы допустимых отклонений и чтобы зазор был выдержан согласно чертежу. 
 
Правильное положение осей стыкуемых листов проверяют обычно длинной линейкой, приложенной к оси или к боковым кромкам листов. Смещение кромок устраняют обычно клином, а требуемый зазор устанавливают при помощи болтовой стяжки или сборочной планки. Собранный стык сваривается вручную высококачественными электродами, полуавтоматом или автоматом под флюсом. При сварке под флюсом необходимо приставить входные и выходные планки и принять меры против протекания расплавленного металла и шлака. После сварки проверяют качество шва и зачищают торцы шва и усиления. 
 
Сваренные пояса и стенка поступают на сборку балки. Способ сборки балки зависит от характера и конструкции применяемых приспособлений и запроектированного метода сварки поясных швов. В настоящее время сварку длинных поясных швов выполняют преимущественно автоматами под флюсом. Балку собирают из трех ее основных элементов (поясов и стенки), сваривают поясные швы автоматом, а затем устанавливают поперечные ребра жесткости и приваривают их полуавтоматом или вручную. Сборку сварных балок выполняют при помощи хомутов и прихваток или в специальном кондукторе. 
 
При сборке балки с помощью хомутов на стеллаже или горизонтальной плите укладывают нижний пояс. На середине пояса параллельно его оси наносят две риски, расстояние между которыми равно толщине вертикальной стенки. По рискам на расстоянии 1—1.5 м друг от друга устанавливают и прикрепляют струбцинами или прихватками сборочные уголки, между которыми устанавливается вертикальная стенка. В местах, где вертикальная стенка значительно искривлена, для совмещения ее с рисками на поясе можно пользоваться скобой и клиньями. Для уничтожения зазора между вертикальной стенкой и поясом пользуются хомутом. Затем накладывают верхний пояс, проверяют правильность положения стенки и верхнего пояса, зажимают собранную балку хомутами и ставят прихватки. Потом освобождают собранную балку от хомутов и подают на автоматическую сварку под флюсом поясных швов. Наилучший провар поясных швов получается при автоматической сварке «в лодочку». 
При сварке поясных швов двумя автоматами «в угол» при горизонтальном положении вертикальной стенки, производительность сварочных работ возрастает, причем искривление продольной оси балки будет небольшое, так как горизонтальный прогиб, вызванный наложением первой пары швов, будет почти ликвидирован обратным прогибом от сварки второй пары. При сварке двумя автоматами в угол при вертикальном положении стенки остаточный прогиб будет заметный по вогнутости балки в сторону пояса, на котором выполнялась первая пара швов. После сварки поясных швов размечают и выставляют поперечные ребра жесткости и приваривают их вручную или полуавтоматами. Приварку ребер следует вести от середины балки к ее концам, попеременно с обеих сторон. 
 
Если поясные швы собираемой балки будут выполняться вручную, то описанный порядок сборки балки следует изменить. В этом случае после установки вертикальной стенки на нижний пояс ставят ребра жесткости, прихватывают их, а потом устанавливают верхний пояс и зажимают собранную балку хомутами. Дальше собранная балка идет на ручную или полуавтоматическую сварку поясных швов и приварку ребер жесткости. При горизонтальном положении стенки сварку ведут от середины балки к ее концам. При серийном и массовом производстве сборку балок производят в кондукторах, конструкции которых позволяют значительно уменьшить трудоемкость рабочих операций по укладке и закреплению поясов и стенки балок в требуемом положении. 
 
Для повышения механизации трудоемких сборочно-сварочных операций и увеличения производительности применяют для изготовления балок специализированные кондукторы-кантователи. Сборка в специализированных кодукторах-кантователях не требует постановки прихваток, так как собранные элементы надежно удерживаются в требуемом положении быстродействующими фиксирующими и закрепляющими устройствами. В настоящее время строят механизированные поточные линии для массового изготовления сварных двутавровых балок с предварительным растяжением вертикальной стенки во избежание ее выпучивания от действия остаточных напряжений сжатия. 

 
В общих чертах механизированное поточное производство сварных балок осуществляется примерно в такой последовательности. 1. Стенка балки укладывается в горизонтальном положении на сборочный стенд, концы ее закрепляются в захватах механизма растяжения и стенка растягивается до заданного упругого удлинения. 2. К растянутой стенке приставляются с боков и прижимаются пояса балки. 3. Производится односторонняя прихватка растянутой стенки к обоим поясам балки двумя автоматами сплошными малокалиберными швами. 4. Стенка освобождается от действия механизма растяжения, и собранную балку убирают по рольгангам со сборочного стенда. 5. Собранная балка кантуется на 180° и рольгангами подается на сварочный участок, на котором завариваются поясные швы либо по одному в лодочку, либо двумя автоматами завариваются в угол с каждой стороны стенки. 6. Сваренная балка поступает на стенд правки грибовидности поясов, потом на остальные производственные операции. 

Особенно ответственной является сварка монтажных стыков балок. Поясные швы оставляют незаваренными на длине 1,5 а в каждую сторону от стыка, где а — ширина пояса. Сварку монтажного стыка рекомендуется делать в такой последовательности. Сначала сваривают стык вертикальной стенки, затем сваривают стык пояса, который при работе балки будет растянутым, и, наконец, заваривают стык пояса, который будет работать на сжатие. После сварки стыков доваривают поясные швы на незаваренных участках. Сварку монтажных стыков следует выполнять электродами самого высокого качества.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. РАСЧЕТ НА ПРОЧНОСТЬ  ДВУТАВРОВОЙ БАЛКИ

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

Длинна балки: L=2,1м

Плотность стали: ρ=7800кг/м2

Интенсивность равномерно распределенной нагрузки: q=50кН/м

Масса одного метра двутавра: m=78кг/м

 

 

Рисунок 2. Расчетная схема двутавровой балки.

 

 

 

 

 

 

 

 

  1.Определяем силу тяжести двутавровой балки.

G=mg=m1Lg=78,52,110=1649 H

 

 

 

 

   2.Определяем равнодействующую равномерно распределенные нагрузки.

Q' =Lg=2,1501000=105000 H

  

 

 3.Определяем опорные реакции.

а) Составим уравнение равновесия балки относительно опоры А.

 МА=0

RBL-(G+Q') = 0

RB = = = = 53325 H

б) Составим уравнение равновесия относительно опоры В.

  МВ=0

-RAL+(G+Q') = 0

RA= = 53325 H

 

Уравнение проверки.

 =RA - G - Q'+RB = 53325-1649-105000+53325=0

 

   4.Определяем поперечные силы на участках 1 и 2

 

  1 участок.

QA = RA = 53325

QC = RA - q = 53325 - 50 = 825 H

   2 участок.

QВ = - RВ = - 53325 Н

QC = - RB + q = - 53325 + 50 = - 825 H

 

С учетом веса самой балки

QC = 825 - = 706,5 - = 0

  2 участок.

QC = - 706,5 + = 0

5.Определяем изгибающие моменты по участкам.

 

   1 участок.

MuА = 0

MuА = RA - q - = L - - = 2,1 - - = 55428,2

   2 участок.

Muв = 0

Muс = - 55428,2

 6.Опасное сечение двутавровой балки – это её центр А точка С.

   7.Определяем момент  сопротивления в опасном сечении  балки. Для балки выполненной из стали ст3 допускаемое напряжение = 160 МПа.

WX = = = 19,1см3

Из справочных таблиц выбираем двутавр № 10 площадь сечения 12 см3

H = 100 мм    b = 56 мм

 

   1)                  

               

 

   Рисунок 3. Тип сечения балки: прокатный двутавр с уклоном внутренних граней полок.

hef = hw = 100 мм

b = 56 мм

t = 8,4 мм

 

   2)

 

 

  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 4. Тип балки: Сплошная.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. ПОНЯТИЕ ОБ УСТОЙЧИВОСТИ  СТАЛЬНЫХ БАЛОК.

КОНСТРУКЦИЯ РЕБЕР ЖЕСТКОСТИ.

   Явление при котором балка теряет устойчивость и изменяет форму при изгибе называется потерей общей устойчивости балки. В этом положении происходит кручение балки, отклонение поясов в плане. При общей потери устойчивости в балке возникает сложное напряженное состояние связанное с появлением изгиба вертикальной плоскости, горизонтальной плоскости и кручении во круг продольной оси балки.

   Расчет на общую  устойчивость балки двутаврового  сечения изгибаемых в плоскости стенке производят по формуле.

 

  Ry

 

где Wc – это момент сопряжения сжатого пояса балки.

b - коэффициент общей устойчивости балки.

М – момент в опасном сечении балки.

Ry – напряжение в балке относительно оси y.

- коэффициент сезонной  работы.

 

   Потеря общей устойчивости  при изгибе в плоскости стенки  зависит от отношения расчетной длены балки ef  к ширине балки bf. Приближенно можно считать что при отношении 13 балку на общую устойчивость в том случае когда нагрузка на неё передаётся через железобетонные стены или профильный настил прикрепленный сваркой или болтами к сжатому поясу балки. На ряду с общей потерей устойчивости в балках может произойти местная потеря устойчивости стенки от касательных напряжений            ( преимущественно в близи опор) устойчивость стенки и пояса от нормальных напряжений и от одновременно действующих параллельно касательных напряжений, а так же потеря устойчивости сжатого пояса балки и действием нормальных напряжений.

   В первом приближении  расстояние между поперечными  составными ребрами жесткости  в зависимости от гибкости  стенки можно принимать.

 amax 2 hef

*w  3,2

amax = 2,5 hef

*w  3,2

 

где *w  - это условная гибкость стенки которая определяется по формуле.

 

*w

 

   Ширина выступающей части поперечного ребра при наличии парных семетричных ребер принимают + 50 ,при этом толщина ребра должна быть не менее 2bh односторонние поперечные рёбра жёсткости могут быть выполнены из одинаковых уголков приваренных к стенке балки.

 

 

 

 

   Рисунок 5. Ребра жесткости.

 

 

     Рисунок 6. Ребра жесткости.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. СТЫКИ ПРОКАТНЫХ И  СОСТАВНЫХ БАЛОК.

УЗЛЫ КРЕПЛЕНИЯ БАЛОК.

   Стыки балок бывают  заводскими выполненные на заводе  с целью увеличения элементов  входящих в отдельный отправочный  элемент и монтажные (на строительной  площадке), предназначенные для сопряжения  отдельных отправочных элементов  в рабочую конструкцию.

   Количество монтажных  стыков и их размещения проектируют  по условию транспортировки. Монтажные  стыки значительно дороже заводских так как они требуют дополнительного материала на стыковые накладки и монтажные балки, поэтому их число должно быть минимальным. Наиболее простым является стык пояса и стенки которого стыкуются в одном сечении однако такой стык в зоне действия максимально изгибающего момента не обеспечивает равно прочности стыка и основного материала. В следствии этого в наиболее напряженных зонах устраивают шов в разбежку выполняя в полках косой стыковой шов обеспечивающий высокую надежность соединения для уменьшения влияния усадочных деформаций возникающих при сварке стыковой шов выполняют в определенной последовательности.

 

 

 

 

   Рисунок 7. Заводские в разбежку по полкам и стенке.

 

 

   Рисунок 8. Монтажный совмещенный.

 

 

 

   Рисунок 9. Шарнирное примыкание балок к колоннам с боку.

 

   Рисунок 10. Жесткое примыкание балок к колоннам с боку.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. ОХРАНА ТРУДА И ТЕХНИКА  БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ СБОРОЧНО –  СВАРОЧНЫХ РАБОТАХ.

БЕЗОПАСНОСТЬ ПРИ СВАРОЧНЫХ РАБОТАХ.

 

 Действие электрического тока на нервную систему выражается в виде электрического удара и шока.

   Электрический удар  можно подразделить на пять  степеней.

1) Едва ощутимое сокращение мышц.

2) Судорожное сокращение  мышц с сильными болями без  потерь сознания, при этом могут  быть механические травмы под действием сокращения мышц.