МДК.02.01 Основы расчета и проектирования сварных конструкций

МДК.02.01 Основы расчета и проектирования сварных конструкций

ПМ.02 Разработка технологических процессов и

Проектирование изделий

Методические указания для практических работ

и внеаудиторной самостоятельной работе

для студентов дневного и заочного отделения

по специальности

22.02.06 Сварочное производство

 

Санкт-Петербург

2018г.

 

ОДОБРЕНА Методической предметно-цикловой комиссией Протокол № ___ от ________ 2018г.	Составлены в соответствии с требованиями федерального государственного образовательного стандарта по специальности 22.02.06 Сварочное производство
ОДОБРЕНА Методическим советом Петровского колледжа Протокол №____ от­­­­__________ 2018г.	.

 

 

Настоящие методические рекомендации предназначены для выполнения практических работ по междисциплинарному курсу МДК 02.01 Основы          расчета и проектирования сварных конструкций ПМ.02 Разработка технологических процессов и проектирование изделий по специальности 22.02.06                   Сварочное производство.

 Методические указания адресованы обучающимся очной и заочной формы обучения.

 

           

 

Практическая работа №1

Внеаудиторная самостоятельная работа 1

Расчет стыковых, угловых соединений на растяжение, сжатие, срез, изгиб.

 

Цель: Научиться рассчитывать стыковые и угловые сварные соединения на растяжение, сжатие, срез, изгиб.

Задание:

 Решить задачи по вариантам. Сделать вывод по условию задачи. Ответить на контрольные вопросы. Написать отчет.

 

Задача

Определить продольную силу N, которую может выдержать тяга. Размер поперечного сечения тяги b х s, мм. Материал – сталь. Сварка двусторонняя ручная дуговая с полным проваром, контроль качества сварки – визуальный.

 

Рисунок 1 – Стыковой сварочный шов

Таблица 1 -  Варианты заданий для задач 1.1 и 1.2

Вариант	Марка  стали	Толщина  S, мм	Ширина  b, мм	Момент Кнм
1	ВСт3кп2	10	300	24
2	ВСт3пс6	12	200	20
3	ВСт3сп5	20	150	32
4	09Г2	20	100	30
5	09Г2	25	120	16
6	09Г2С	8	200	35
7	09Г2С	12	150	18
8	09Г2С	24	100	36
9	16Г2АФ	22	150	22
10	16Г2АФ	40	200	40
11	ВСт3кп2-1	15	200	12
12	ВСт3пс6-1	18	100	25
13	ВСт3сп5-2	12	150	30
14	ВСт3сп5-1	16	120	34
15	ВСт3пс6-2	14	140	50
16	09Г2	25	120	16
17	09Г2С	8	200	35
18	09Г2С	12	150	18
19	ВСт3пс6	12	200	20
20	ВСт3сп5	20	150	32

 

Рисунок 2 – Действие момента на стыковое соединение

Методические  указания для решения задачи 2

Для листовой стали заданной марки используя Приложение Д, определяют расчетное сопротивление растяжению на изгиб Rу__ МПа, при заданных условиях расчетное сопротивление для сварного соединения Rwу______МПа.

Коэффициент условий работы  определяют из Приложения А.

Расчетную длина шва Lw, мм, определяют по формуле

 

Lw = b – s

Нормальное  напряжение s, МПа , определяют по формуле

 

 

 Практическое задание  3

 

Рассчитать сварное соединение уголка с косынкой при действии силы F . Проверить прочность

Соединение следует сконструировать равнопрочным основному элементу..

Рисунок 3 – Уголок, приваренный к косынке

Таблица 2 - Варианты заданий для задачи 1.3

 

Вариант	Материал уголка	Тип электрода	Нагрузка, F кН	Способ  сварки	Номер профиля
1	16ГС	Э42	110	Ручная	5*0.5
2	Ст4кп	Э42А	105	Автоматическая	5.6*0.5
3	09Г2С	Э46	100	Механизированная	6.3*0.5
4	Ст3кп	Э46А	95	Ручная	7*0.5
5	Ст3пс	Э50	90	Автоматическая	7*0.6
6	14Г2	Э50А	85	Механизированная	6.3*0.5
7	Ст2пс	Э42	80	Ручная	7.5*0.5
8	Ст2сп	Э42А	75	Автоматическая	8*0.6
9	Ст3кп	Э50	70	Механизированная
10	Ст3пс	Э50А	65	Ручная
11	09Г2	Э42	100	Автоматическая
12	14Г2	Э46А	110	Механизированная
13	Ст3кп	Э46	115	Ручная
14	Ст3пс	Э42А	90	Автоматическая
15	Ст3сп	Э42	95	Механизированная

 

Алгоритм решения задачи 3

1. Необходимую площадь поперечного сечения  равнополочного уголка. А, мм², определяют по формуле

 

,

где - допустимое напряжение для материала уголка,

= ,

 

 где [n] – коэффициент запаса прочности равен 1,4…1,6

  - предел текучести

 

2.По ГОСТ 8509-72 – выбирают форму уголка по площади сечения. Приложение В

 

3. Усилие, воспринимаемое любым швом Fn, кН, определяют по формуле

 

 

    

где - допускаемое напряжение на срез материала шва

 

 β - коэффициент зависящий от способа сварки;

  Кл - катет лобового шва, мм;

  L л - длина лобового шва, мм.

Принимают β равным: 

β = 0.7 для ручной сварки,

β = 0.8 для механизированной сварки

β = 0,9 для автоматической сварки

Рисунок 4 – Крепление двух уголков к косынке

Таблица 3 - Варианты заданий для задачи 1.4

 

Вариант	Материал	Нагрузка F, кН	Способ сварки
1	09Г2	500	Автоматическая
2	14Г2	400	Механизированная
3	09Г2С	300	Ручная
4	ВСт5пс	250	Автоматическая
5	ВСт5сп	200	Механизированная
6	ВСт4пс	150	Ручная
7	ВСт4сп	100	Автоматическая
8	ВСт2сп	90	Механизированная
9	ВСт2пс	80	Ручная
10	ВСт3кп	100	Автоматическая
Продолжение таблицы 3
11	ВСт3сп	120	Механизированная
12	09Г2	150	Ручная
13	09Г2С	350	Автоматическая
14	14Г2	280	Механизированная
15	ВСт5сп	180	Ручная

 

 

Рисунок 5 – Стержень из двух швеллеров, приваренный к косынке

Таблица 4 -  Варианты заданий для задачи 1.5

№	№ швеллера	Тип электрода	Способ сварки
1	12	Э42	Автоматическая
2	14	Э42А	Механизированная
3	16	Э46	Ручная
4	18	Э46А	Автоматическая
5	18а	Э50	Механизированная
6	20	Э50А	Ручная
7	20а	Э42	Автоматическая
8	22	Э42А	Механизированная
9	22а	Э46	Ручная
10	24	Э46А	Автоматическая

 

Алгоритм решения задачи 1.5

1. Допускаемое растягивающее усилие F, кН, передаваемое на косынку, определяют по формуле

 

 ,           

 где  А - площадь равна двум площадям швеллера, мм².

Площадь швеллера определяют по таблице. Смотри Приложение Е.         

 

2.Проектируют лобовой шов с катетом Кл равный толщине стенке швеллера.

 

3. Усилие Fл, кН,  передаваемое на лобовой шов, определяют по формуле

 

, 

где Lл  - длина лобового шва, мм.

Принимают Lл равной  высоте швеллера h.

 

4.Остальная часть усилия.

 

Усилия Fф, кН, передаваемые на фланговые швы, определяют по формуле

Fф=F-Fл   

Принимают катет фланговых швов Кф= Кл+(2…3)мм

 

5. Требуемую длину фланговых швов Lф определяют по формуле

 

6.Длину одного флангового шва L_ф1, мм, определяют по формуле

 

7.Принимают  ________ (округляем до целого числа)

 

Задача.6

Рассчитать соединение, выполненное точечной сваркой, находящееся под действием силы F по данным таблицы.

Допускаемое напряжение на срез сварной точки - МПа.

 Произвести расстановку точек с учетом t₁ , t₂, t3.

 

Таблица 5 – Варианты заданий к задаче 1.6

вариант	№ швеллера	Нагрузка F, кН	вариант	№ швеллера	Нагрузка F, кН
1	5	70	16	24	300
2	6,5	80	17	24а	350
3	8	90	18	27	400
4	10	100	19	30	450
5	12	150	20	33	460
6	14	160	21	36	450
7	14а	180	22	40	500
8	16	150	23	16	160
9	16а	200	24	16а	180
10	18	170	25	18	280
11	18а	180	26	18а	250
12	20	200	27	20	220
13	20а	210	28	20а	230
14	22	400	29	22	320
15	22а	350	30	22а	350

Рисунок 6 – Швеллер, приваренный к косынке точечной сваркой

Рисунок 7 – Расстановка сварочных точек

Контрольные вопросы

1. Принцип расчета сварных соединений по предельным состояниям.

2. Принцип расчета по допускаемым напряжениям.

3. Какие швы называют рабочими и связующими?                   

4. Какие швы называют лобовыми?

5. какие швы называют фланговыми?

6. Принципы расчета угловых швов.

7. Принципы расчета сварных стыковых соединений.

 

 

Практическая работа № 2

Задание: Изучить материал по расчету балок. Решить задачу № 2.1.

Сделать вывод по условию задачи. Ответить на контрольные вопросы. Написать отчет.

Прежде чем приступить к решению задачи, необходимо повторить материалы лекций по расчету сварных балок и повторить материал по учебнику Г.А.Николаев, В.А Винокуров. Сварные конструкции. Расчет и проектирование. «Высшая школа» 1990г.; Стр. 273-278.

Задача № 2.1

Подобрать сечение главной балки рабочей площадки. Ширина ячейки площадки – а, длина ее – L . На рабочую площадку действует равномерно распределенная нагрузка .

Настил площадки состоит из прокатных двутавров с шагом t , с уложенным по ним листом толщиной S. Балки настила опираются на главные балки.

Варианты для студентов даны после методических указаний.

 

Рисунок 8 - Чертеж к задаче 2.1

Таблица 6 - Варианты заданий к задаче 2.1.

 

 

Контрольные вопросы

 

1. Что такое сварная балка?
2. Назовите два способа определения высоты балки.
3. Как найти высоту вертикального листа балки?
4. Как найти ширину горизонтального пояса балки?

 

 

 

 

Практическая № 3

Таблица 7 - Варианты заданий к задаче № 3.1

 

Вариант	Сила F (кН)	Длина стойки L (м)	Материал
1	-100	2,8	ВСт2пс
2	-120	2,6	ВСт2пс
3	-150	2,0	ВСт2пс
4	-200	2,3	ВСт2пс
5	-250	1,8	ВСт2пс
6	-300	2,2	ВСт2пс
7	-130	2,1	ВСт2пс
8	-160	2,4	09Г2
9	-180	2,6	09Г2
10	-170	2,5	09Г2
11	-200	2,3	09Г2
12	-210	2,4	09Г2
13	-220	2,6	09Г2
14	-230	2,3	09Г2
15	-240	2,5	09Г2
Продолжение таблицы 7
16	-250	2,8	09Г2
17	-260	3,1	09Г2С
18	-270	3,2	09Г2С
19	-300	3,3	09Г2С
20	-310	4,2	ВСт3пс
21	-320	4,3	ВСт3пс
22	-330	4,5	ВСт3пс
23	-340	4,6	ВСт3пс
24	-350	4,8	ВСт3пс
25	-360	5,0	10Г2С1
26	-380	5,2	10Г2С1
27	-400	5,3	10Г2С1
28	-150	2,7	10Г2С1
29	-160	2,8	10Г2С1
30	-170	2,9	10Г2С1

 

Схемы крепления стоек указаны на рисунках 10-13.

 

Для вариантов с 1 по 7.                                            

                                                

 

 

Рисунок 10 - Схема крепления стойки

 

Для вариантов с 8 по 15.

 

Рисунок 11 - Схема крепления стойки

Для вариантов с 16 по 23.

                                        

 

Рисунок 12 - Схема крепления стойки

 

 

Для остальных вариантов.

 

 

 

Рисунок 13 - Схема крепления стойки

 

Контрольные вопросы

 

1. Какие элементы конструкции называют стойками?
2. Какие типы сечений применяются для стоек при небольших и больших усилиях?
3. Что называется гибкостью стойки? Как она обозначается и какую имеет размерность?
4. Какие допускаемые напряжения применяются при расчете стоек? Что такое коэффициент φ? Зависит ли коэффициент φ от марки металла, гибкости?
5. Как подбирают сечение в сжатой стойке при заданном усилии и допускаемом напряжении?
6. В чем состоит способ последовательного приближения подбора сечения в сжатых стойках?                                       

 

 

Практическая работа № 4

Тема: Сварные фермы.

Цель: Научиться рассчитывать узлы ферм. Научиться подбирать сечение стержней ферм.

 

Задание: Решить задачу. Сделать вывод. Написать отчет.

Задача 4.1.

 Разработать конструкцию заданного узла фермы

 

 

Рисунок 14 – Узел фермы

 

Таблица 8 - Варианты заданий к задаче 4.1

Вариант	Материал	Нагрузка F,кН	Длина пролета ℓ,м	Длина панели d,м	Высота h,м	Узел	Угол αо
1	С235	25	12	1,0	1	3`	45
2	С235	25	12	1,0	1	3`	45
3	С235	25	12	1,0	1	5`	45
4	С235	15	12	1,0	1.5	5`	45
5	С235	15	12	1,0	1	1`	45
6	С235	15	12	1,0	1	3`	45

Продолжение таблицы 8
7	С235	15	12	1,5	1.5	5`	45
8	С235	20	12	1,5	1	3`	45
9	С235	20	12	1,5	1	5`	45
10	С245	20	15	1,5	1,5	5`	45
11	С245	25	15	1,5	1,5	3`	45
12	С245	20	15	1,5	1,5	1`	45
13	С245	20	15	1,5	1,5	3`	45
14	С255	25	20	2,0	2	7`	45
15	С255	20	20	2,0	2	3`	45
16	С276	20	18	1,5	1,5	3`	45
17	С276	20	18	1,5	1,5	3`	45
18	С276	25	18	1,5	2	7`	45
19	С276	20	18	1,5	2	5`	45
20	С276	20	18	1,5	2	3`	45
21	С235	25	12	1,0	1	5`	45
22	С235	15	12	1,0	1	5`	45
23	С235	15	12	1,0	1	1`	45
24	С235	15	12	1,0	1.5	3`	45
25	С235	15	12	1,5	1	5`	45
26	С235	20	12	1,0	1	3`	45
27	С235	25	12	1,5	1	5`	45
28	С245	20	15	2.0	1,5	5`	45
29	С255	20	20	2,0	2	7`	45
30	С255	20	20	2,0	2	5`	45

 

Контрольные вопросы

 

 

1. Какие конструкции называются фермами?

2.Как называется расстояние между узлами решетки фермы?

3.Как классифицируют фермы по назначению и очертанию поясов?

4.Как называется расстояние между опорами фермы?

 

 

Список использованной литературы

1. Овчинников В.С Сварные конструкции- М.: Стройиздат, 2012г

2. Г.А.Николаев, В.А.Винокуров Сварные конструкции. Расчет и проектирование.- М.: Высшая школа,2009.

 

 

 

Приложение А

                                            

Коэффициенты надёжности по назначению.

 

Класс конструкции	Степень активности объекта	Пример объекта	Коэффициент надёжности
1	Основные здания и сооружения объектов, имеющих особо важное народнохозяйственное или социальное значение.	Главные корпуса ТЭС, АЭС главные узлы доменных печей, резервуары для нефти и нефтепродуктов объёмом более 10 000 м и т.п.	1
2	Здания и сооружения объектов, имеющих важное народнохозяйственное или социальное значение.	Объекты не вошедшие в 1 и 3 классы.	0,95
3	Здания и сооружения объектов, имеющих ограниченное народнохозяйственное или социальное значение	Склады для хранения сельхозпродуктов, угля, удобрения и др., теплицы, парники, временные здания и сооружения со сроком службы свыше 5 лет.	0,9

Примечание. Для временных зданий и сооружений со сроком службы до 5 лет допускается принимать

 

Приложение Б

 

 Коэффициенты условий работы для некоторых видов конструкций

( по СНиП 11-23-81*)

Элементы конструкций	Коэффициент условий работы
Сплошные балки и сжатые элементы ферм перекрытий при весе перекрытий, равном или большем временной нагрузки	0,9
Балки, несущие статистическую нагрузку с прокатными и составными сварными сечениями, при расчёте на прочность	1,1
Колонны, несущие статистическую нагрузку, с прокатными и сварными сечениями, при расчёте на прочность
Сжатые элементы ферм ( кроме трубчатых )	0,95
Растянутые элементы в сварных стержневых конструкциях покрытий и перекрытий	0,95
Элементы ферм, несущих статическую нагрузку, при расчёте на прочность: а) сжатые элементы сварных ферм перекрытий б) растянутые элементы с проектными или сварными сечениями	0,946 1,05

 

 

№ профилей	Размеры				Площадь профиля	Вес 1 пог.метра	Справочные величины для осей
	b	d	R	r			Х-Х		ХО-ХО		УО–УО		Х1-Х1	ZO
							IX	iX	IXomax	iXomax	I У omin	i У omin	IX1
	мм	мм	мм	мм	см 2	кг	см 4	см	см 4	см	см 4	см	см 4	см
2	20	3	3,5	1,2	1,13	0,89	0,40	0,59	0,62	0,75	0,17	0,39	0,81	0,60
		4			1,46	1,15	0,50	0,58	0,78	0,73	0,22	0,38	1,09	0,64
2,5	25	3	3,5	1,2	1,43	1,12	0,81	0,75	1,29	0,95	0,34	0,49	1,57	0,73
		4			1,86	1,46	1,03	0,74	1,62	0,93	0,44	0,48	2,11	0,76
2,8	28	3	4	1,3	1,62	1,27	1,16	0,85	1,84	1,07	0,48	0,55	2,20	0,80
3, 2	32	3	4, 5	1 , 5	1,86	1,46	1,77	0,97	2,80	1,23	0,74	0,63	3,26	0,89
		4			2,43	1,91	2,26	0,96	3,58	1,21	0,94	0,62	4,39	0,94
3,6	36	3	4,5	1,5	2,10	1,65	2,56	1,10	4,06	1,39	1,06	0,71	4,64	0,99
		4			2,75	2,16	3,29	1,09	5,21	1,38	1,36	0,70	6,24	1,04
4	40	3	5	1,7	2,35	1,85	3,55	1,23	5,63	1,55	1,47	0,79	6,35	1,09
		4			3,08	2,42	4,58	1,22	7,26	1,53	1,90	0,78	8,56	1,13
4,5	45	3	5	1,7	2,65	2,08	5,13	1,39	8,13	1,75	2,12	0,89	9,04	1,21
		4			3,48	2,73	9,63	1,38	10,5	1,74	2,74	0,89	12,1	1,26
		5			4,29	3,37	8,03	1,37	12,7	1,72	3,33	0,88	15,3	1,30
5	50	3	5,5	1,8	2,96	2,32	7,11	1,55	11,3	1,95	2,95	1,00	12,4	1,33
		4			3,89	3,06	9,21	1,54	14,6	1,94	3,80	0,99	16,6	1,38
		5			4,80	3,77	11,2	1,53	17,8	1,92	4,63	0,98	20,9	1,42
5,6	56	3,5	6	2	3,86	3,03	11,6	1,73	18,4	2,18	4,80	1,12	20,3	1,50
		4			4,38	3,44	13,1	1,73	20,8	2,18	5,41	1,11	23,3	1,52
		5			5,41	4,25	16,0	1,72	25,4	2,16	6,59	1,10	29,2	1,57
6,3	63	4	7	2,3	4,96	3,90	18,9	1,95	29,9	2,45	7,81	1,25	33,1	1,69
		5			6,13	4,81	23,1	1,94	36,6	2,44	9,52	1,25	41,5	1,74
		6			7,28	5,72	27,1	1,93	42,9	2,43	11,2	1,24	50,0	1,78

 

№ профилей	Размеры				Площадь профиля	Вес 1 пог.метра	Справочные величины для осей
	b	d	R	r			Х-Х		ХО-ХО		УО–УО		Х1-Х1	ZO
							IX	iX	IXomax	iXomax	IУ omin	iУ omin	IX1
	мм	мм	мм	мм	см 2	кг	см 4	см	см 4	см	см 4	см	см 4	см
7	70	4,5	8	2,7	6,20	4,87	29,0	2,16	46,0	2,72	12,0	1,39	51,0	1,88
		5			6,86	5,38	31,9	2,16	50,7	2,72	13,2	1,39	56,7	1,90
		6			8,15	6,39	37,6	2,15	59,6	2,71	15,5	1,38	68,4	1,94
		7			9,42	7,39	43,0	2,14	68,2	2,69	17,8	1,37	80,1	1,99
		8			10,7	8,37	48,2	2,13	76,4	2,68	20,0	1,37	91,9	2,02
7,5	75	5	9	3	7,39	5,80	39,5	2,31	62,6	2,91	16,4	1,49	69,6	2,02
		6			8,78	6,89	46,6	2,30	73,9	2,90	19,3	1,48	83,9	2,06
		7			10,1	7,96	53,3	2,29	84,6	2,89	22,1	1,48	98,3	2,10
		8			11,5	9,02	59,8	2,28	94,9	2,87	24,8	1,47	113	2,15
		9			12,8	10,1	66,1	2,27	105	2,86	27,5	1,46	127	2,18
8	80	5,5	9	3,3	8,63	6,78	52,7	2,47	83,6	3,11	21,8	1,59	93,2	2,17
		6			9,38	7,36	57	2,47	90,4	3,11	23,5	1,58	102	2,19
		7			10,8	8,51	65,3	2,45	104	3,09	27,0	1,58	119	2,23
		8			12,3	9,65	73,4	2,44	116	3,08	30,3	1,57	137	2,27
9	90	6	10	3,3	10,6	8,33	82,1	2,78	130	3,50	34,0	1,79	145	2,43
		7			12,3	9,64	94,3	2,77	150	3,49	38,9	1,78	169	2,47
		8			13,9	10,9	106	2,76	168	3,48	43,8	1,77	194	2,51
		9			13,6	12,2	118	2,75	186	3,46	48,6	1,77	219	2,55
10	100	6,5	12	4	12,8	10,1	122	3,09	193	3,88	50,7	1,99	214	2,68
		7			13,8	10,8	131	3,08	207	3,88	54,2	1,98	231	2,71
		8			15,6	12,2	147	3,07	233	3,87	60,9	1,98	265	2,75
		10			19,2	15,1	179	3,05	284	3,84	74,1	1,96	333	2,83
		12			22,8	17,9	209	3,03	331	3,81	86,9	1,95	402	2,91
		14			26,3	20,6	237	3,00	375	3,78	99,3	1,94	472	2,99
		16			29,7	23,3	264	2,98	416	3,74	112	1,94	542	3,06
11	110	7	12	4	15,2	11,9	176	2,40	279	4,29	72,7	2,19	303	2,96
		8			17,2	13,5	198	3,39	315	4,28	81,8	2,18	353	3,00
12,5	125	8	14	4,6	19,7	15,5	294	3,87	467	4,87	122	2,49	516	3,36
		9			22,0	17,3	327	3,86	520	4,86	135	2,48	582	3,40
		10			24,3	19,1	360	3,85	571	4,84	149	2,47	649	3,45
		12			28,9	22,7	422	3,82	670	4,82	174	2,46	782	3,53
		14			33,4	26,2	482	3,80	764	4,78	200	2,45	916	3,61
		16			37,8	29,6	539	3,78	853	4,75	224	2,44	1051	3,68
14	140	9	14	4,6	24,7	19,4	466	4,34	739	5,47	192	2,79	818	3,78
		10			27,3	21,5	512	4,33	814	5,46	211	2,78	911	3,82
		12			32,5	25,5	602	4,31	957	5,43	248	2,76	1097	3,90
16	160	10	16	5,3	31,4	24,7	774	4,96	1229	6,25	319	3,19	1356	4,30
		11			34,4	27,0	844	4,95	1341	6,24	348	3,18	1494	4,35
		12			37,4	29,4	913	4,94	1450	6,23	376	3,17	1633	4,39
		14			43,3	34,0	1046	4,92	1662	6,20	431	3,16	1911	4,47

Приложение Г

Коэффиценты  прдольного изгиба центрального-сжатых  элементов

Гибкость

Элементов

Λ