Курсовая работа по дисциплине: Расчет и проектирование сварных конструкций Тема: Расчет размеров конструкции балки пролетом 18 метров из стали

Цель курсовой работы: Расчет и проектирование размеров конструкции балки пролетом 18 метров из стали.
Для расчета существует следующие задачи:

1. 
   Изучение конструкции балки;
   
2. 
   Рассчитать размеры двутавровой балки.
   

Глава 1. Конструкторская часть

1.1 Общая часть

Металлическая балка является одним из ключевых элементов для любого производственного строительства.

Балка - это металлическое изделие повышенной стойкости к любым воздействиям окружающей среды. Она изготавливается из углеродистой или низкоуглеродистой стали. Балка используется для возведения различных перекрытий и опор.
Выделяют несколько видов строительных балок:

1. 
   Двутавровые горячекатаные балки (стальные балки);
   
2. 
   Двутавровые горячекатаные балки с параллельными гранями (стальные балки);
   
3. 
   Двутавровые балки из углеродистых сталей (балки из низко - и среднеуглеродистых сталей);
   
4. 
   Балки из металла (этот вид балок применяется для строительства подвесных путей);
   
5. 
   Широкополочные балки;
   
6. 
   Колонные балки;
   
7. 
   Балки нормальные.
   

Балка двутавровая для строительства гражданских и промышленных сооружений. При строительстве гражданских, общественных и промышленных зданий часто используется металлическая балка и балочные конструкции. Металлические балки могут быть элементом конструкции кровли, междуэтажных перекрытий здания, используется балка и для сооружения крановых эстакад. Двутавровая балка чаще всего используется для строительства колонн и перекрытий в домостроении. Двутавровая балка также применяется и в стальных фермах перекрытий промышленных и гражданских зданий. Повсеместное применение двутавровых балок обуславливается простотой их конструкции изготовления и надежностью в работе.
Двутавровые стальные балки находит своё использование, как правило, при строительстве разно форматных перекрытий, мостовых сооружений и подвесных путей, а также армирования шахтных стволов и т.д. Стальная двутавровая балка является очень устойчивой, поэтому ее можно использовать для перекрытия больших пролетов с существенной нагрузкой. Кроме того, стальная балка не повреждается вследствие воздействия негативных факторов окружающей среды, не подвержена коррозии при использовании специального защитного покрытия и обладает высокими противопожарными характеристиками.
Технология изготовления сварной балки, экономичен и успешно конкурирует с изготовлением балок способом прокатки, по другому называют горячекатанная двутавровая балка. Изготавливаются двутавровые балки, конечно же, из металла. Чаще всего для производства балок применяются углеродистые стали. В частности, довольно распространены двутавровые балки из низкоуглеродистых сталей.
В конструкциях двутавров внутренние грани полок могут располагаться наклонно либо параллельно. Сортамент, который имеет балка двутавровая, характеристики, габариты в основном определяются расстоянием между параллельными (П) или наклонными (У) внешними гранями.
Балка двутавровая ГОСТ 26020 83 характеризуется параллельными гранями полок. Под этот стандарт входят двутавры, имеющие высоту 10-100 см и ширину полок - 5,5-40 см. По последнему параметру классифицируют на: узкополочные (У), нормальные (Б), среднеполочные (Д), широкополочные (Ш) и колонные (К). Последние отличаются почти одинаковой высотой профиля и шириной полки.
Прокатная балка используется для перекрытий небольших площадей конструкций с малой несущей способностью. Это объясняется перечнем употребляемых прокатных профилей. Она незаменима в балочных клетках, для перекрытия небольших пространств гаражей, подвалов, складов. Ее используют также в качестве опорных брусьев, которые поддерживает кровлю, в конструкциях эстакад. В отличие от составной прокатной балки более металлоемки, так как увеличивается толщина их стенок. Существенными плюсами таких прокатных изделий является то, что на их производство затрачивается сравнительно меньше сил и они надежны в использовании. К тому же их стенки не нужно дополнительно укреплять ребрами жесткости. Исключение составляют опорные участки и участки приложения существенных сконцентрированных сил. То, что в местах соединения полки со стенкой нет сварных швов, позволяет снизить сосредоточение напряжений и степень их начальных дефектов.
Как правило профилем прокатной балки является прокатный двутавр, который определяется государственным стандартом №8239-72. Номенклатура выпускаемых профилей в стране позволяет одним двутавром принимать изгибающий момент до 1000 кН/м. В качестве другого ее профиля выступает швеллер. И хотя он неравномерен, скручивается при изгибе, но имеет относительно широкую полку, чем двутавр, лучше действует на косой изгиб. Потому он применяется в качестве основного профиля для прокатных опорных балок, поддерживающих скатные кровли.
Широкополочные балки используются для несущих конструкций, как опорные направляющие. Балки данного типа из толстого листа способны выдерживать высокие нагрузки и используются при строительстве высотных зданий. Балки двутавровые широкополочные имеют параллельные грани полок. Благодаря большей ширине полок широкополочные двутавровые балки имеют большую жесткость относительно оси "у", поэтому их можно применять в конструкциях без дополнительных закреплений.
Колонные балки имеют очень мощные толщины перемычек и полки, что позволяет им выдержать значительные нагрузки. Требования к габаритам балок определяет ГОСТ, например, кривизна двутавровой балки не должна быть более 0,2% от ее длины (контроль размера и формы балки осуществляют на расстоянии не менее полуметра от торца). Колонные балки применяются для создания надежных колонных конструкций. Любые двутавровые балки различаются между собой по толщине стенки и полок, по способу производства и назначению.
Подкрановые балки представляют собой конструкции, по которым передвигаются мостовые подъемные краны, обслуживающие производственные помещения. Опорами подкрановых балок обычно служат колонны. Мостовые краны передвигаются по рельсам, уложенным на верхний пояс балки.
Подкрановые балки могут быть железобетонными и металлическими. В последнее время все чаще применяются металлические сварные или клепаные подкрановые балки, в связи с тем, что железобетонные конструкции не являются достаточно надежными и подвергаются разрушению в процессе их эксплуатации
Балки подкрановые железобетонные в основном используются для устройства рельсовых путей башенных и козловых кранов грузоподъемностью до 10 тонн.
Подкрановые балки представляют собой конструкции из бетона класса В 22,5 с арматурой класса А - Ш и А - I. В железобетонных подкрановых балках предусмотрены закладные детали для крепления к ним рельсов.
Нагрузки на подкрановую балку:

• 
  подвижная вертикальная нагрузка от крана, (динамическое воздействие на балку);
  
• 
  сосредоточенное давлений колес крана, передающееся через поясные соединения (сварные швы или заклепки) на стенку балки и вызывающее ее смятие;
  
• 
  поперечные тормозные силы, вызывающие изгиб верхнего пояса в горизонтальной плоскости.
  

конструкция балка сталь сварка
Постоянное воздействие комплекса нагрузок приводит к износу подкрановой балки.
Размеры двутавровой балки зависят от ее предназначения. Длина балки составляет от 4 до 12 метров, высота - от 10 до 100 сантиметров.
Двутавр классифицируется в зависимости от размера стенок и полок балки, в зависимости от уклона внутренних граней полки. Двутавровая балка, благодаря форме профиля, является наиболее эффективным и надежным решением для изготовления опорных конструкций, подвергающихся нагрузкам и изгибу.
Пояса балок представляют собой горизонтальные листы. Они изготавливаются из листовой прокатки, прокатных швеллеров, гнутых профилей. Пояса балок состоят из двух и более листов. А способ производства сварных двутавровых балок позволяет изготовить пояса, которые будут иметь разнообразные признаки и характеристики.
Использование поясных листов в поперечнике достигающих больше 30 миллиметров для малоуглеродистой стали неэффективное потому что у толстых листов малый предел текучести, а значит, снижаются расчетные сопротивления.