Проектирование сварных конструкций (1148,40 руб.)

Стр.2

Стр.3

Стр.4

Стр.5

Стр.6

УДК 621.791(075) ББК 30.4я73 Д18 Рецензенты: Н. И. Фисенко, канд. техн. наук, доцент кафедры «Механика» Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии; М. А. Красников, заместитель директора отраслевого института Омскгазтехнология, ОАО «Запсибгазпром» Данильцев, Н. Н. Д18 Проектирование сварных конструкций : конспект лекций / Н. Н. Данильцев ; Минобрнауки России, ОмГТУ. – Омск : Изд-во ОмГТУ, 2014. – 176с. : ил. ISBN 978-5-8149-1857-4 Рассмотрены основные принципы расчета и проектирования сварных конструкций. Представлены основы расчета стыковых и угловых сварных соединений, выполненных дуговыми способами сварки, соединений, выполненных контактной стыковой, точечной и роликовой сваркой. Рассмотрены особенности расчета сварных соединений, работающих при переменной нагрузке, в условиях усталости, особенности расчета на устойчивость. Для анализа работы конструкций при переменной нагрузке представлен раздел по линиям влияния. На основе вышеперечисленных основных принципов расчета приведены методы расчета и проектирования конкретных конструкций, таких как сварные балки, сварные фермы, сварные стойки и листовые конструкции (сосуды, резервуары). Предназначено для студентов бакалаврского направления 150700.62 «Машиностроение» с профильной подготовкой «Оборудование и технология сварочного производства», а также для студентов специальности 150202 «Оборудование и технология сварочного производства» и специальности 150701 «Проектирование технологических машин и комплексов». УДК 621.791(075) ББК 30.4я73 Печатается по решению редакционно-издательского совета Омского государственного технического университета ISBN 978-5-8149-1857-4 2 © ОмГТУ, 2014

Стр.2

СОДЕРЖАНИЕ 1. ВВЕДЕНИЕ, ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ КУРСА .............................................. 7 2. МАТЕРИАЛЫ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ ДЛЯ СВАРНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ....................................................... 8 2.1. Углеродистые стали ................................................................. 9 2.2. Легированные стали .............................................................. 10 2.3. Строительные стали ............................................................... 11 2.4. Сортамент профилей .............................................................. 13 2.5. Легкие сплавы ........................................................................ 15 2.6. Пластмассы ............................................................................. 17 2.7. Композитные материалы ....................................................... 19 3. ПРИНЦИПЫ РАСЧЕТА СВАРНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ПО ПРЕДЕЛЬНЫМ СОСТОЯНИЯМ И ДОПУСКАЕМЫМ НАПРЯЖЕНИЯМ ................................................................................. 20 3.1. Принцип расчета по предельным состояниям .................... 20 3.2. Принцип расчета по допускаемым напряжениям .............. 25 3.3. Сравнение рассмотренных принципов расчета ................... 26 4. РАСЧЕТ ПРОЧНОСТИ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ ПРИ СТАТИЧЕСКОЙ НАГРУЗКЕ ........................................................ 27 4.1. Общие сведения по расчету ................................................. 27 4.2. Расчет стыковых сварных соединений, выполненных дуговыми методами сварки ............................................ 29 4.3. Расчет угловых швов в соединениях внахлестку на продольную нагрузку .......................................................................... 32 4.4. Расчет соединений втавр на продольную нагрузку .......... 37 4.4.1. Соединения с угловыми швами ....................................... 37 4.4.2. Соединения со сквозным проплавлением присоединяемого элемента. ..................................................................... 39 4.5. Расчет соединений втавр со сквозным проплавлением присоединяемого элемента на изгиб и сложное сопротивление ........ 40 4.6. Расчет соединений втавр с угловыми швами на изгиб и сложное сопротивление ....................................................... 42 3

Стр.3

4.7. Соединения с угловыми швами, лежащими в плоскости действия изгибающего момента (соединения внахлестку) ................. 46 4.8. Расчет соединений, выполненных контактной сваркой .. 49 4.8.1. Соединения стыковой контактной сварки ..................... 49 4.8.2. Соединения контактной точечной сварки ....................... 50 4.8.3. Расчет соединений контактной точечной сварки на действие момента, лежащего в плоскости точек ............................ 53 4.8.4. Соединения контактной шовной сварки ........................ 55 4.8.5. О допускаемых напряжениях при контактной сварке ... 55 5. КОНЦЕНТРАЦИЯ НАПРЯЖЕНИЙ В СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЯХ .......................................................... 56 5.1. Концентрация напряжений в стыковых швах ..................... 58 5.2. Концентрация напряжений в лобовых швах ...................... 60 5.3. Распределение напряжений в соединении с фланговыми швами ................................................................................ 62 5.4. Концентрация напряжений в соединениях точечной контактной сварки ................................................................... 65 6. ПРОЧНОСТЬ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ ПРИ ПЕРЕМЕННОЙ НАГРУЗКЕ ....................................................... 67 6.1 Оценка пределов выносливости сварных соединений ....... 73 7. ЛИНИИ ВЛИЯНИЯ И ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ В РАСЧЕТАХ СВАРНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ................................... 77 7.1. Понятие о линиях влияния .................................................... 77 7.2. Общее правило построения линий влияния ....................... 78 7.3. Линии влияния опорных реакций ......................................... 79 7.4. Линии влияния изгибающих моментов и поперечных сил в сечении балки ......................................................... 81 7.5. Линии влияния продольных усилий в стержнях фермы .... 83 8. СВАРНЫЕ БАЛКИ............................................................................... 87 8.1. Схема расчета балок ............................................................... 88 8.2. Определение расчетных усилий в балке методом линий влияния ............................................................ 88 8.3. Определение высоты балки из условия ее жесткости ........ 89 4

Стр.4

8.4. Определение высоты балки из условия ее наименьшего веса ................................................................................ 92 8.5. Подбор сечения балки ............................................................ 94 8.6. Общая устойчивость балки .................................................... 95 8.7. Местная устойчивость балки ................................................ 97 8.8. Сварные соединения балки ................................................... 99 9. СВАРНЫЕ СТОЙКИ.......................................................................... 102 9.1. Расчет стоек со сплошным сечением при центральном сжатии ...................................................................... 105 9.2. Центрально-сжатые стойки с составным поперечным сечением ........................................................................... 106 9.3. Соединительные элементы в стойках и их расчет ........... 108 9.4. Соединительные элементы в стойках с составными сечениями ....................................................................... 109 10. СВАРНЫЕ ФЕРМЫ ......................................................................... 112 10.1. Общие сведения. Усилия в стержнях фермы ................. 112 10.2. Проектирование и расчет элементов фермы .................. 113 10.3. Сжатые элементы фермы .................................................. 117 10.4. Растянутые элементы фермы ............................................ 119 10.5. Подбор сечений элементов фермы по предельной гибкости ........................................................................ 119 10.6. Узлы фермы ........................................................................ 119 10.6.1. Узлы без косынок ........................................................... 120 10.6.2. Узлы с надставками ........................................................ 120 10.6.3. Узлы с вставками ............................................................ 121 10.6.4. Узлы с прокладками ....................................................... 122 10.6.5. Опорные узлы .................................................................. 122 10.7. О конструировании ферм, работающих при переменных нагрузках ............................................ 123 11. ЛИСТОВЫЕ КОНСТРУКЦИИ ...................................................... 124 11.1. Общие сведения ................................................................. 124 11.2. Сведения из теории расчета тонких оболочек ................ 124 11.3. Расчет на устойчивость листовых конструкций ............ 127 5

Стр.5

11.4. Краевой эффект в месте сопряжения цилиндрических круговых оболочек с плоскими днищами ........................................... 129 11.5. Определение изгибающего момента в зоне краевого эффекта узла сопряжения плоского днища со стенкой цилиндрического резервуара .................................................................................... 130 11.6. Резервуары .......................................................................... 133 11.6.1. Вертикальные цилиндрические резервуары низкого давления .................................................................................................. 134 11.6.2. Днища резервуаров ......................................................... 136 11.6.3. Пример расчета окраек вертикального цилиндрического резервуара объемом 5000 м3 .................................. 137 11.6.4. Расчет листовых обшивок .............................................. 141 11.6.5. Постоянные и временные нагрузки на резервуары ......................................................................................... 143 11.6.6. Расчет и конструирование стенок резервуара .................................................................................. 144 11.6.7. Стационарные крыши вертикальных резервуаров низкого давления ............................................................. 149 11.6.8. Расчет и конструирование элементов конического покрытия .......................................................................... 151 11.7. Сосуды, работающие под давлением .............................. 160 11.7.1. Общие сведения по расчету ........................................... 160 11.7.2. Расчет цилиндрических обечаек ................................... 163 11.7.3. Расчет выпуклых днищ и крышек ................................. 165 11.7.4. Расчет укрепления отверстий ........................................ 168 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ..................................................................... 173 6

Стр.6