книги / Сварные конструкции

Наиболее значительные успехи в применении сварных комби­ нированных конструкций в крупном машиностроении могут быть достигнуты с применением электрошлаковой сварки.

В качестве примера комбинированной сварной конструкции, выполненной из отдельных отливок, соединенных электрошлако­ вой сваркой, можно привести статор гидротурбины, изготовление которого было осуществлено на Ново-Крамоторском машино­ строительном заводе (рис. 5.13).

Сектор статора представляет собой сложную пространствен­ ную деталь. Изготовление ее в виде одной целой отливки требует ручной формовки в специальных кессонах, что сильно усложняет производственный процесс.

В случае применения комбинированной сварной конструкции допускается расчленение сектора статора на простые элементы — кольца и колонны. При этом процесс их изготовления сильно упро­ щается. Отпадает необходимость применения громоздких кессонов. Расширяется фронт работ. Существенно сокращается объем земля­ ных работ. Допускается машинная формовка.

Все это значительно сокращает трудоемкость и цикл изготов­ ления и увеличивает более чем в два раза съем литья с одного квадратного метра формовочной площади. Цикл изготовления статора, имеющего диаметр 14 м, высоту 4,5 м и вес 190 т, умень­ шился до 50 сут. для сварного варианта вместо 120 сут. для литого.

Приведенные примеры далеко не исчерпывают все возможности применения комбинированных сварных конструкций, однакс} они свидетельствуют о том большом значении, которое эти конструк­ ции должны иметь в промышленности.

Применение электрошлаковой сварки и других видов сварки в тяжелом машиностроении, предусматривающее замену цельно­ литых и цельнокованых конструкций сварными, позволяет увеличить выпуск продукции без дополнительного строительства мощных литейных цехов. При этом снижается вес конструкции примерно на 25%.

Все это свидетельствует о больших перспективах развития сварных конструкций и указывает на то, что проектирование их необходимо осуществлять с установкой на дальнейшее расшире­ ние возможностей комплексной автоматизации и механизации всех операций процесса их изготовления.

Г л а в а VI

СВАРНЫЕ БАЛКИ

§ 24. ТИ П Ы БА Л О К И ОБЛАСТЬ ИХ П РИ М Е Н Е Н И Я

Балками называются элемёнты конструкций, работающие в ос­ новном на поперечный изгиб (в отдельных случаях они работают и на косой изгиб или на кручение).

Балки являются наиболее распространенными элементами кон­ струкций. Они входят в состав конструкций мостов, вагонов, пло­ тин, самолетов, кранов, станков, каркасов зданий и многих дру­ гих сооружений.

Во всех случаях служебное назначение балок заключается в том, чтобы, приняв нагрузку от других элементов конструкции, передать ее на опоры (т. е. на те части конструкции, которые, в свою очередь, поддерживают балки).

Мерой эффективности формы поперечного сечения балки яв­ ляется отношение момента сопротивления к его площади

w

Р — р •

При одинаковой высоте сечения (рис. 6.1) эта характеристика имеет следующие значения:

для круглого сечения

р = 0,125ft;

для прямоугольного сечения

р = 0,17ft;

для трубчатого сечения

р = 0,25ft;

для прокатного двутавра

р = (0,33-s-0,42) Л.

Таким образом, для условий работы балок в вертикальной пло­ скости двутавровое сечение является наиболее эффективным.

Несколько иначе дело обстоит для условий работы балок в гори­ зонтальной плоскости, где для прокатных двутавровых балок это отношение имеет значение

Ру = (0,09-5-0,12) Ь.

Это свидетельствует о том, что при работе на косой изгиб дву­ тавровое сечение не является удачным.

Подобным образом можно показать, что и при кручении дву­ тавровое сечение значительно уступает прямоугольному трубча­ тому.

В связи с этим для балок, которые, кроме поперечного изгиба, должны воспринимать еще и некоторые иные виды деформации (кручение или косой изгиб), принимают двустенчатые сечения.

Для балок, работающих на поперечный изгиб, наиболее ра­ циональной формой поперечного сечения является двутавр. При этом удается наиболее полноценно использовать материал, рас-

Рис. 6 .1 . Различные формы поперечных сечений

полагая значительную его часть в наиболее удаленных от ней­ тральной оси участках сечения и наряду с этим обеспечить вы­ полнение требований, установленных в отношении жесткости и устойчивости балок.

Двутавровые балки относятся к числу наиболее широко при­ меняющихся элементов металлических конструкций и поэтому

впромышленности организовано их массовое изготовление в виде профильного проката, размеры которого установлены сортаментом. Однако производство прокатных двутавров ограничено определен­ ным диапазоном их размеров и не может во всех случаях обеспе­ чить потребности строительства.

Прокатные двутавры обычно применяются для перекрытия сравнительно небольших пролетов, обычно не превышающих 8 м. При увеличении пролетов применение прокатных профилей ста­ новится менее рациональным. Это объясняется тем, что для балок

спостоянным поперечным сечением материал не по всей их длине используется полноценно. Поэтому для перекрытия больших про­ летов применяют сварные балки, профиль которых составлен из отдельных частей и размеры его по длине пролета могут меняться

всоответствии с изменением величины изгибающего момента, что позволяет приближаться к балке равного сопротивления. При замене прокатных балок сварными появляется, кроме того, воз­ можность для более рационального подбора формы их попереч­ ного сечения.

Впрокатных двутаврах толщина стенки по технологическим условиям принимается значительно больше той величины, которая

нагрузки интенсивностью q и от переменной нагрузки интенсив­ ностью р найдется следующим образом:

Подобным же образом наибольший изгибающий момент на опоре 2 будет

По данным, приведенным в табл. 6.1, видно, что при действии переменной нагрузки наиболее опасные комбинации ее располо­ жения для различных сечений и пролетов различны. Так, для сечений в пролете наиболее опасная комбинация создается, когда загружается рассматриваемый пролет, а остальные пролеты на­ ходятся в состоянии чередующейся разгрузки и загрузки. Для опорных сечений наиболее опасная комбинация создается при загружении двух смежных пролетов и при условии чередующейся разгрузки и загрузки для всех остальных пролетов. Последняя комбинация создает также наибольшие опорные реакции. Значе­ ния коэффициентов для определения опорных реакций приведены

втабл. 6 .2 .

Та б л и ц а 6.2. Коэффициенты для определения опорных реакций неразрезной пятипролетной балки с равными пролетами

Для определения опорных реакций необходимо приведенные в таблице коэффициенты умножить на произведение ql и pi. Так, например, наибольшая опорная реакция на опоре 1 будет

Используя для продольных балок прокатные двутавры, сле­ дует иметь в виду, что при изгибе более целесообразно применять профили G тонкой стенкой, так как они при равных значениях мо­ мента сопротивления обладают меньшим весом.

Подбор сечений продольных балок сварной балочной клетки целесообразно производить по значениям изгибающего момента в пролете, так как на опорах сварное сечение узла может быть усилено постановкой фасонок. В этом случае надежность мест­ ного подкрепления должна быть проверена расчетом на действие опорного момента и перерезывающей силы.

Определение прогиба в пролетах неразрезной балки можно, используя метод наложения, производить по формулам для сво­ бодно опертой балки на двух опорах. В этом случае можно опре­ делить прогиб в середине пролета для балки, нагруженной равно­

и прогиб в середине пролета от действия опорных моментов по формуле

При определении опорных моментов необходимо брать по табл. 6.1 коэффициенты, соответствующие рассматриваемому слу­ чаю загружения. Так, например, при определении прогиба f2 для наиболее опасного случая загружения пролета 2 будем иметь:

После того как изгибающие моменты расчетом уже определены, производится подбор сечения прокатных балок исходя из условия

В этих формулах значения изгибающих моментов М и Мп по величине различны, так же как различны значения допускаемых напряжений [а] и расчетных сопротивлений R. При расчете по допускаемым напряжениям по формуле (6.9) коэффициент пере­ грузки не учитывается, и поэтому изгибающий момент М имеет меньшее значение, чем изгибающий момент Мю принимаемый по формуле (6.9'), в которой коэффициент перегрузки должен быть учтен.

После этого по сортаменту прокатных двутавров подбирается ближайший профиль, имеющий соответствующий момент сопро­ тивления, равный или несколько больший требуемого значения, определенного расчетом.

В случае необходимости проверка прочности балки может быть произведена по формуле для нормальных напряжений

В связи с тем, что в прокатных двутаврах толщина стенки имеет достаточно большую величину, проверка касательных, а также главных напряжений в них не требуется, так как эти напряжения в прокатных профилях всегда оказываются ниже допускаемых.

Проверка жесткости балок производится путем определения ее прогиба, величина которого ограничивается определенными пределами, устанавливаемыми специальными техническими нор­ мами в зависимости от условий работы балок.

Так, например, по строительным нормам и правилам (СНиП) относительные прогибы балок в долях от пролета не должны пре­ вышать величин, указанных в табл. 6.3.

Проверка устойчивости стенок в прокатных балках не тре­ буется, так как отношение высоты стенки h к ее толщине s меньше установленного нормами предела:

— < п о .

S

§ 26. СВАРНЫЕ БАЛКИ. ПОДБОР ИХ СЕЧЕНИЙ ПО УСЛОВИЯМ ЖЕСТКОСТИ, УСТОЙЧИВОСТИ, ПРОЧНОСТИ и экономичности

При проектировании сварных балок необходимо обеспечить не только их надлежащую работоспособность, но и наибольшую экономичность. Повышение экономичности достигается более пол­ ным использованием материала (обеспечивающим возможность