Курсач по металлам (Байков)


Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»
Инженерно – строительный факультет
Кафедра металлических конструкций
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
к курсовому проекту
«Расчет металлического каркаса плоского поверхностного затвора»
Студент 3 курса гр.294АМ.А. Култышева
РуководительД.А. Байков
Нижний Новгород
2014
Содержание
TOC \o "1-3" \h \z \u 1.Исходные данные для проектирования затвора PAGEREF _Toc321005735 \h 32.Выбор материала затвора и сварочных материалов PAGEREF _Toc321005736 \h 43.Генеральные размеры и компоновка балочной клетки затвора PAGEREF _Toc321005737 \h 54.Опорно-ходовые устройства и уплотнения плоского поверхностного затвора PAGEREF _Toc321005738 \h 85.Конструирование и расчет обшивки плоского затвора PAGEREF _Toc321005739 \h 96.Конструирование и расчет стрингеров PAGEREF _Toc321005740 \h 127.Конструирование и расчет ригелей плоских затворов PAGEREF _Toc321005741 \h 148.Конструирование ребер жесткости и расчет стенки ригеля на местную устойчивость PAGEREF _Toc321005742 \h 219.Расчет поясных швов и опорных прикреплений ригелей PAGEREF _Toc321005743 \h 2410.Расчет связевой фермы PAGEREF _Toc321005744 \h 26HYPERLINK \l "_Toc321005745"Список литературы PAGEREF _Toc321005745 \h 28


Исходные данные для проектирования затвораПроектируется стальной плоский поверхностный затвор. Пропуск воды осуществляется под затвором, путем поднятия его козловым краном, перемещающимся по плотине. Ширина перекрываемого отверстия , . Проектируемый затвор входит в комплекс гидросооружений II класса, расположенного в климатическом районе по ГОСТ 16350-80 «Климат СССР. Районирование и статистические параметры климатических факторов для технических целей. Расчетная температура для наиболее холодной пятидневки этого района». К проектированию принят плоский двух ригельный затвор с ригелями сплошного сечения, так как отношение .
Расчет затвора ведется по методу предельных состояний согласно СНиП 2.06.01-86 «Гидротехнические сооружения. Основные положения проектирования» и СНиП издание 1990 г. «Стальные конструкции. Нормы проектирования с учетом особенностей проектирования стальных гидротехнических сооружений».
Согласно п.2.2 СНиП 2.06.01-86 при расчете затвора учитывается коэффициент надежности по назначению и коэффициент надежности по нагрузке от гидростатического давления Коэффициент условий работы и другие коэффициенты принимаются по СНиП .

Выбор материала затвора и сварочных материаловЗатвор относят к конструкциям группы. Согласно п. 2.1 и таблице 51* СНиП принимаем сталь С345-4a) по ГОСТ 27772-88. Его изготавливают на заводе металлических конструкций в виде отдельных отправочных марок, и доставляется к месту сборки железнодорожным транспортом. Все заводские соединения выполняются автоматической и полуавтоматической электродуговой сваркой с использованием сварочной проволоки Св-10НМА по ГОСТ 2246-70* и флюса АН-47 по ГОСТ 9087-81* согласно п. 2 и таблице 55* СНиП .
Сборочные соединения отправочных марок выполняются на высокопрочных болтах из стали 40Х «Селект» по ГОСТ 22356-77*, а также с применением ручной сварки электродами типа Э50А по ГОСТ 9467-75* (таблица 55* СНиП ).

Генеральные размеры и компоновка балочной клетки затвораПроектируется плоский поверхностный затвор. Перекрываемое отверстие и .
Назначаются генеральные размеры затвора:
а) расчетный пролет
,
где - расстояние от оси опорно-ходового устройства затвора до кромки паза;
.
б) полная ширина затвора

где - необходимые зазоры между затвором и стенкой паза.
в) расчетная высота затвора

где0,2 м – минимальное превышение верхнего обреза затвора над расчетным уровнем воды.
Высота сечения затвора в пролете определяется высотой сечения ригелей . При рекомендуется применять ригели сплошного сечения с . Предварительно принимаем
Высота сечения в пазах определяется высотой сечения ригелей на опоре Принимаем
По высоте затвора ригели располагаем по принципу равнонагруженности. Расстояния от порога отверстия до оси нижнего ригеля . Принимаем
Расстояние между ригелями:

Расстояние от оси верхнего ригеля до верха затвора:

При этом должно выполняться условие:

Поскольку это условие не выполняется, то увеличиваем расстояние между ригелями до тогда

Полная нагрузка на 1м длины затвора:

распределится между нижним и верхним ригелем как:


где


Опорно-концевые стойки сплошные постоянного сечения по длине с высотой сечения
Диафрагмы сплошного сечения размещаются с шагом принимаем четное количество промежутков между диафрагмами равное 6. Тогда шаг диафрагм будет равен:
;
Принимаем 6 участков В плоскости поясов ригелей и диафрагм с безнапорной стороны располагаем связи – весовые фермы.

Рисунок 1 – Компоновка плоского затвора
Опорно-ходовые устройства и уплотнения плоского поверхностного затвораПроектируется рабочий плоский поверхностный затвор с размерами ;
Полная гидростатическая нагрузка на затвор:

Принимаем скользящие главные опорные устройства с полозьями из маслянита – Д с допускаемым давлением 1500 кН/м. Требуемая длина полозьев:

Принимаем 4 полоза длиною 600мм, расположив их по осям ригелей.
Донные уплотнения из полосовой резины.

Рисунок 2 – Опорно-ходовое устройство
Конструирование и расчет обшивки плоского затвораОбшивку, как и весь затвор, проектируем из стали С345-4a) по ГОСТ 27772-88 с расчетным сопротивлением по таблице 51 СНиП , как для листового проката Коэффициенты Обшивка опирается на расчетных участках по 4 сторонам на обвязки, диафрагмы, стенки ригелей и на 1 (предварительно) стрингер между ригелями. Все опорные элементы располагаются в одном уровне.
Нагрузкой на участки обшивки является гидростатическое давление со средней интенсивностью:

где - расстояние от отметки верхнего бьефа до центра рассматриваемого участка обшивки, см - коэффициент надежности по нагрузке.
Расчет толщины обшивки выполнен в таблице 1. При этом расчетные изгибающие моменты в опорных сечениях участков выполнены по формуле:
кНсмгде - коэффициент, зависящий от отношения сторон участка ;
- расчетная нагрузка от гидростатического давления на 1 см длины расчетной полосы обшивки шириной 1см;
- коэффициент надежности по назначению для гидросооружений класса.
Толщина обшивки вычисляется по формуле:
- при упругой стадии работы,
при расчете с учетом развития пластических деформаций.
где - расчетное сопротивление;
- коэффициент условий работы конструкции.

Рисунок 3 – К определению толщины обшивки
Таблица 1 – Определение толщины обшивки по упругой теории. Вариант 1.

1 197,0 180,0 1,1 0,0576 0,7 0,0007 1,59 0,55
2 220,0 197,0 1,1 0,0576 2,7 0,0027 7,54 1,2
3 197,0 70,0 >2 0,0833 4,15 0,00415 2,12 0,64
2’’’ 197,0 80,0 2,5 0,0833 3,4 0,0034 2,27 0,65
По первому варианту принимаем толщину обшивки 10 мм, на участке 2 вводим 2 стрингера.
Проверим прогиб обшивки на наиболее напряженном участке 2”’ по формуле:

где - цилиндрическая жесткость обшивки;
- модуль упругости стали;
- коэффициент Пуассона для стали.
Таблица 2 – Определение толщины обшивки с учетом развития пластических деформаций. Вариант 2.

1 197,0 180,0 1,1 0,0415 0,7 0,0007 1,18 0,47
2 220,0 197,0 1,1 0,0415 2,7 0,0027 5,44 1,02
3 197,0 70,0 >2 0,0625 4,15 0,00415 1,58 0,55
2” 197,0 110,0 1,8 0,0616 3,25 0,00325 3,03 0,76
Если повторить расчет обшивки с допущением развития деформаций и с введением 1 стрингера на участке 2, то толщина обшивки может быть принята .
Конструирование и расчет стрингеровРассматривается схема с одним стрингером на участке между ригелями затвора. Все элементы каркаса располагаются в одном уровне, обеспечивая опирание обшивки толщиной на каждом участке по четырем сторонам. Нагрузка вычисляется для верхней и нижней обвязки и для стрингера. Грузовые площади для указанных элементов показаны на рис. 4.

Рисунок 4- Схема участка затвора между двумя диафрагмами
Расчетные участки обшивки

Максимальные погонные нагрузки:



Эквивалентная равномерно распределенная нагрузка для стрингера:

где
Расчетный изгибающий момент для нагруженного стрингера вычисляем по сечению как в многопролетной неразрезной балке:

Требуемый момент сопротивления сечения стрингера:

Стрингер конструируется из стали С345-4а) с Rу=31,5 кН/см2[1, табл.51]. Коэффициент условий работы γс=1,0.
По сортаменту принимаем швеллер по ГОСТ 8240-72.
Сечение стрингера проверяем на прочность по первой группе предельных состояний:

Жесткость стрингера проверяем по формуле:

Условия прочности и жесткости стрингеров выполняются, прочность и жесткость стрингера обеспечена. Верхнюю и нижнюю обвязку принимаем также из швеллера № 12 по конструктивным соображениям.

Конструирование и расчет ригелей плоских затворовРигели проектируем сварными сплошного сечения из стали С345-4a) с расчетным сопротивлением для листового проката толщиной до 20мм (таблица 51*СНиП ).Сечение обоих ригелей принимаем одинаковым, подобрав его по нижнему, наиболее загруженному ригелю.


Расчетный изгибающий момент и поперечная сила в нижнем, более нагруженном ригеле:



Требуемый момент инерции сечения при заданном предельном прогибе ригеля:


Приняв предельно допустимую по местной устойчивости условную гибкость стенки:

Вычисляем предельно допустимое отношение:

Требуемая минимальная площадь сечения ригеля:
по условиям прочности

по условиям жесткости

Поскольку , то дальнейшее конструирование сечения ригеля ведем по условиям жесткости.
Оптимальная высота сечения ригеля по условиям жесткости:


Принимаем стенку ригеля из толстолистовой стали по ГОСТ 19903-74. Высота стенки 10см).Толщина стенки . Принимаем .
Требуемая площадь сечения каждого из поясов ригелей:

Пояс ригеля со стороны нижнего пояса конструируем из широкополосной универсальной стали по ГОСТ 82-70 так, чтобы:




Принимаем , что удовлетворяет условию и остальным условиям .
Пояс ригеля с напорной стороны конструируем из полосы обшивки шириной так, чтобы суммарная площадь сечения этого пакета была равна .

где

В сжатый пояс включаем полосу обшивки шириной bобш=60 см.
Положение центра тяжести сечения (нейтральной оси ):

Геометрические характеристики:


Момент сопротивления сечения:


Проверка прочности ригеля при изгибе по пролетному сечению:

Проверка на жесткость:

Прочность и жесткость ригеля обеспечены.

Рисунок 5 – Сечение ригеля в пролете
Конструируем сечение ригеля на опоре:

Рисунок 6 – Сечение ригеля на опоре
При вычислении геометрических характеристик считаем сечение условно симметричным.
Геометрические характеристики:


Прочность стенки ригеля на опоре проверяем по формуле:
,
где (по таблице 1 СНиП ).
Прочность и жесткость ригеля обеспечены.

Конструирование ребер жесткости и расчет стенки ригеля на местную устойчивостьРоль ребер жесткости выполняют диафрагмы сплошного сечения, приваренные к стенке ригеля. Условная гибкость стенки на участках, ограниченных поясами и ребрами жесткости:

При согласно п. 7.3 СНиП требуется проверка стенки на местную устойчивость по формуле (74) п. 7.4 СНиП.
977901303655Устойчивость стенки проверяется в первом отсеке от места изменения сечения ригеля. Согласно п. 7.2 осредненные усилия и напряжения для рассматриваемого участка стенки при вычисляем по сечениям 1, 2, 3 в пределах участка стенки длиной
Рисунок 7 – Проверка устойчивости стенки ригеля
Опорные реакции балки:

Расчетные величины усилий в сечениях 1, 2, 3:










Расчетные осредненные напряжения для рассматриваемого участка стенки, согласно п. 7.2 СНиП .


Критические напряжения для стенки балки по п. 7.4 СНиП :

где=35,5 по таблице 21 СНиП при коэффициенте замещения стенки в поясе >30 (таблица 22 СНиП ).

где - отношение большей стороны рассматриваемого участка стенки к меньшей;


Устойчивость стенки проверяем по формуле (74) СНиП :

Местная устойчивость ригеля обеспечена.

Расчет поясных швов и опорных прикреплений ригелейПоясные швы рассчитываем по опорному сечению, на которое действует , а опорное сечение (рисунок 6) имеет , .
Требуемую высоту поясного шва по катетам определяем по формуле (113) таблица 38 п. 11.16 СНиП по прочности металла шва. Сварка автоматическая электродами d=2мм в нижнем положении.
Коэффициент по таблице 34 и . Сварочные материалы: флюс АН-47 по ГОСТ 9087-81, сварочная проволока СВ-10НМА по ГОСТ 2246-70*.
Расчетное сопротивление металла шва:
по таблице 56 СНиП .

где;
по п. 11.2 СНиП для климатического района ;
по таблице 6* СНиП .
Согласно таблице 38 СНиП при <430 Мпа и автоматической сварке минимальная высота шва по катету и толщине наиболее толстого из свариваемых элементов (пояса ригеля). поясной шов должен иметь высоту катета .
Расчетная длина швов, прикрепляющих стенку ригеля к опорно-концевой стойке:

,
Однако , поэтому принимаем

Принимаем

Рисунок 8 – Конструкция прикрепления ригеля к ОКС

Расчет связевой фермыЗатвор с размерами: , с расстоянием между ригелями 2,2м и шагом диафрагм 1,97м, укреплен связевой (весовой) фермой.
Полное гидростатическое давление на затвор:

Масса затвора (приближенно):

Расчетная погонная нагрузка на ферму:

Опорные реакции фермы:

Усилие в опорном каркасе:

Максимальное растягивающее усилие в нижнем поясе:

Все раскосы конструируем из одиночных уголков 25х4 с площадью А=1,86см2.
Несущая способность такого раскоса по прочности на растяжения:

Растягивающее усилие N вызывает в поясе ригеля сечением 40х1,1см дополнительные напряжения растяжения:
, что не отражается на надежности ригеля.
9779076835
Рисунок 9 – К расчету весовой фермы

Список литературыСНиП II-23-81*. Изд. 1990г. Стальные конструкции.
СНиП 2.01.07-85*.Нагрузки и воздействия 2003г.
Металлические конструкции в гидротехнике: Учеб. пособие для студ. вузов по спец. «Гидротехн.стр-во» / Под ред. И.И.Кошина / И.И.Кошин, А.И.Колесов, В.В.Максимов, Е.А.Митюгов, Б.С.Поликорпов, А.Л.Рахзманова, Г.П.Ермаков. – М.:Изд-во АСВ, 2002.-192с.: ил.
Полонский Г.А. Механическое оборудование гидротехнических сооружнений. Учебник для техникумов. Изд.3-е перераб. И доп. М.: Энергоиздат. 1982-352 с.
Ермаков Г.П. Плоский поверхностный двухригельный затвор. (Пример расчета и конструирования). Методические указания Н. Новгород. – 1994 – 54 с.
Пазовые конструкции плоских колесных затворов (опорно-ходовые части, уплотнения, закладные части и т.д.). Альбом Ленгидросталь И., 10991, шифр 754 ТПТ. Л. – 1968 (имеется на кафедре).
Пазовые конструкции плоских затворов, скользящих на полозе из ДСП (опорно-ходовые части, уплотнения, закладные детали) М., 10992, шифр 755 ТПТ. Л. – 1968 (имеется на кафедре).
Основные положения расчета металлических конструкций гидротехнических сооружений. Методические указания Н. Новгород. – 1994.

Приложенные файлы

  • docx 667850
    Размер файла: 1 MB Загрузок: 0

Добавить комментарий