Розрахунок та проектування зварних ферм.

4.1 Мета роботи: оволодіти навичками проектування і перевірочного розрахунку зварних ферм.

4.2 Обладнання і приладдя:

4.2.1 Мікрокалькулятор.

4.2.2 Навчально-довідкова література.

4.3 Хід роботи:

Вихідні дані у таблиці 4.3

4.3.1 Розрахункова схема ферми.

Розрахункова схема подана на рис. 4.1 Вузлове навантаження від розподілених сил q:

(кН)

На опорах реакції:

Рис. 4.1 Розрахункова схема ферми

4.3.2 Визначення зусиль в елементах ферми. Визначимо зусилля в стерж­нях ферми шляхом суперпозиції зусиль від нерухомого навантаження у вузлах Р_І і Р₂ та сили Р, що рухається. Від нерухомого навантаження визначимо зусилля трьома методами.

4.3.2.1 Методом побудови діаграми Максвела - Кремони. Приймаємо мас­штаб сил і будуємо діаграму (рис. 4.2).

Рис. 4.2 Діаграма Максвела – Кремони.

4.3.2.2 Визначимо зусилля методом перерізів. Для цього послідовно робимо перерізи 1—1, 2—2, 3—3. (рис. 4.3–4.5) і складаємо рівняння рівно­ваги. Кут α визначаємо: tgα = h/d.

Переріз 1-1

∑ x = S_4-14 + S_15-9+S_14-15 cos α = 0

∑ y = R₁ – P₁ - 2P₂+S_14-15 sin α = 0

∑ M₁ = P₂·d+P₂·2d + S_4-14 · h –

- S_14-15 sin α ·2d = 0
Рис. 4.3

;

;

Переріз 2 - 2

∑ x = S_3-13 + S_12-9+ S_13-12 cos α = 0

∑ y = R₁ – P₁ - P₂+ S_{13 - 12} sin α = 0

∑ M₁ = P₂·d+ S_3-13 · h + S_{13 - 12} sin α ·d +

+ S_{13 - 12} cos α · h = 0

Рис. 4.4

Переріз 3 - 3

∑ x = S_2-10 + S_11-9+ S_10-11 cos α = 0

∑ y = R₁ – P₁ + S_{10 - 11} sin α = 0

∑ M₁ = S_{2 - 10} · h = 0
Рис. 4.5

Залишилось визначити зусилля у стержнях S _1-10, S_11-12, S_13-14, S_15-16. Їх визначаємо методом вирізання вузлів (рис.4.6 - 4.9).

Вузол 1-2-10-1

∑ x = S_2-10

∑ y = S_{10 - 11} – P₁

S_{10 - 11} = P₁

Рис. 4.6

Вузол 9-11-12-9

∑ y = S_{11- 12}

Рис. 4.7

Вузол 3-4-14-13

∑ y = S_{14 – 13} - P₂ =0; S_{14 – 13} = P₂

Рис. 4.8

Вузол 9-15-16-9

∑ y = S_{15–1 6}

Рис. 4.9

Решта стержнів симетричні.

Зусилля у стержнях (максимальні) від рухомого навантаження визна­чимо, використовуючи раніше побудовані лінії впливу (рис. 4.10), прий­маючи масштаб.

Загальні результати зведемо у таблицю (4.1).

Рис. 4.10 Побудова ліній впливу зусиль у стержнях ферми.

Таблиця 4.1 Зусилля у стержнях ферми.

4.3.3Компоновка стержнів. Визначаємо потрібну площу перерізів стерж­нів. Для усіх стержнів верхнього поясу з технологічних міркувань (по­дальший монтаж конструкції) визначаємо площу за найбільшим зу­силлям стиску:

Для стержнів нижнього пояса за зусиллям в стержні S_9-15:

Для стояків:

Для розкосів:

Перерізи стержнів компонуємо з кутників, враховуючи товщину коси­нок з'єднувальних планок) δ _к = 10 мм (табл.).

Результати компоновки перерізів та їх геометричні характеристики наведені в

таблиці 4.2.

Т аблиця 4.2 Параметри стержнів

Для забезпечення спільної роботи елементів перерізу встановлюємо з'єднувальні планки розміром 100 х 60 х 10 мм з кроком:

- для стержнів верхнього поясу (стиснутих) l₁ = 40 r_тіп., см;

-для стержнів нижнього поясу (розтягнутих)) l₁ = 80 r_тіп, см;

- для стояків) l₁ = 40 r_тіп, см;

- для розкосу 10-11 (стиснутого)) l₁ = 40 r_тіп, см,

- для розкосів 12-13, 14-15 (розтягнутих)) l₁ = 80 r_тіп, см.

Приймаємо для стиснутих стержнів та розтягнутих l₁.

4.3.4 Визначаємо гнучкість стержнів.

Для стержнів верхнього та нижнього поясів, стояків і розкосів:

; ;

Приймаємо λ _max, визначаємо φ по таблиці 4.4

4.3.5 Визначаємо напруження:

Для стержнів верхнього пояса, стояків і розкосів:

Для стержнів нижнього пояса:

4.3.6 Конструювання вузлів. Попередньо визначаємо максимальну (біля обушка) потрібну довжину флангових швів (накладки), що прикріплю­ють стержні до косинок (рис. 4.11) за формулою:

Рис. 4.11

4.4 Зробити висновки.

Таблиця 4.3. Розрахункові дані

Таблиця 4.4 Значення коефіцієнта λ

ПРАКТИЧНА РОБОТА № 5

5 Розрахунок зварних з’єднань трубопроводів.

5.1 Мета роботи: оволодіти навичками проектування і перевірочного розрахунку зварних з’єднань магістральних трубопроводів.

5.2 Обладнання і приладдя:

5.2.1 Мікрокалькулятор.

5.2.2 Навчально-довідкова література.

5.3 Хід роботи:

Магістральні трубопроводи розраховуються на міцність від впливу зміни температури в системах без компенсації температурних деформацій в поздовжньому напрямку, на вигин, розтяг, стиск, від дії власної ваги, ваги транспортуючого продукту, ваги снігу або обледеніння труби, повітряного впливу, а також від сейсмічних та інших впливів.

Зварні шви розраховуються виходячи з умов рівноміцності швів і трубопроводу.

5.3.1 Розрахунок трубопроводу від впливу внутрішнього тиску в трубах.

Напруги в кільцевому шві труби визначаються за формулою:

, МПа

де: δ – номінальна товщина стінки труби, м;

R_вн1 – внутрішній радіус труби, м;

Р – робочий (нормальний) тиск у трубопроводі, МПа, Р = Р₀ /n;

n – коефіцієнт перевантаження робочого тиску в трубопроводі:

· для газопроводів – 1, 2,

· для нафтопроводів – 1, 15.

[σ '] – допустима напруга на зварний шов, МПа.

5.3.2 Розрахунок трубопроводу від впливу ваги транспортуючого продукту, снігу, обледеніння, повітряного впливу.

Розрахункова вага транспортуючого природного газу:

, Н

де: Р₀ – розрахунковий тиск газу, Н/см²:

Р₀ = Р · n, Н/см²;

d_вн – внутрішній діаметр труби, м;

Розрахункова вага транспортуючої нафти:

, Н

де: γ – питома вага транспортуючої нафти, приймаємо 9 кН/м³;

d_вн – внутрішній діаметр трубопроводу, м;

Розрахункове навантаження (із урахуванням коефіцієнта перевантаження n = 1, 2) від обледеніння труби:

, Н

де: d_з – зовнішній діаметр труби, м;

к_лід – коефіцієнт, прийнятий залежно від району ожеледиці (таблиця 5.2.).

Розрахункове снігове навантаження на 1 м² горизонтальної проекції конструкції переходу (пішохідний місток і т.д.):

q_сніг= 1, 4· , Н

де: - вага снігового покрову на 1м, прийнятий по кліматичним районам.

Розрахункове навантаження від впливу повітря в горизонтальній площині для одиночної труби:

, Н

де: - швидкісний напір, беремо 200 Н/м.

Сумарне навантаження на трубопровід:

q = q _газ + q _лід + q _сніг + q _пов.

5.3.3 Напруга в поздовжньому шві труби від дії згинального моменту.

, МПа

де: W- момент опору перерізу труби, м³:

, м³

М- згинальний момент, діючий на трубопровід, МНм:

, МНм

де: l – відстань між опорами, м.

5.3.4 Розрахунок трубопроводу від впливу зміни температури.

При зниженні зовнішньої температури в кільцевих стиках утворюються напруги:

, МПа

де: α – коефіцієнт лінійного розширення металу, беремо для сталі 12· 10^-6;

Δ Τ – зміна температури, беремо 50^оС для кліматичної зони;

Ε – модуль пружності, беремо 2· 10⁵ МПа.

5.3.5 Визначення сумарної напруги в кільцевих швах.