Расчет металлоконструкции бункера

• Содержание
• сварной конструкция бункер колонна
• Введение

1. Характеристика сварной конструкции

2. Обоснование и выбор сварочных материалов и оборудования

3. Расчет бункера

3.1 Габаритные размеры пирамидального бункера

3.2 Расчет обшивки бункера

3.3 Расчет ребер жесткости воронки

3.4 Расчет бункерных балок

3.5 Расчет центрально — нагруженной колонны

3.6 Расчет базы колонны

3.7 Расчет раскоса между колоннами Вывод Список используемой литературы

Введение

Бункерами называют саморазгружающиеся емкости для хранения и перегрузки сыпучих материалов, состоящие из воронки в виде усеченной пирамиды или усеченного конуса и верхней призматической или цилиндрической емкости. Воронки необходимы для саморазгружения сыпучих материалов, а призматические или цилиндрические части емкостей — для хранения их.

Форма бункера зависит от его назначения, компоновки сооружения, требуемого запаса материала, его физических свойств, типа несущих конструкций. Рекомендуемые типы бункеров по форме: пирамидальнопризматические, конусно-цилиндрические, лотковые гибкие.

Наиболее распространены в промышленном строительстве пирамидально-призматические бункера (прямоугольные и квадратные). Конусно — цилиндрические бункера более экономичны по сравнению с ними, так как конструкция работает на растяжение без изгиба, но пирамидально — призматические бункера проще при изготовлении, лучше вписываются в габариты зданий и занимают меньше производственной площади.

1. Характеристика сварной конструкции В данном курсовом проекте рассмотрим конструкцию бункера с плоскими стенками, состоящего из корпуса бункера и опорных колон.

Корпус бункера изготавливается из листового проката стали 09Г2С, предназначенной для второстепенных и много нагруженных элементов сварных и не сварных конструкций, работающих в интервале температур от -10 до +400С. Состав стали С — до 0,14 — 0,22%; Si — 0,07%; Mn — 0,30−0,60%, Cr — 0,30%, Ni — 0,30%; Cu — 0,30%; P — 0,04%; S — 0,05%; As — 0,08%.

Таблица 1.1 — Исходные данные

Швы для сборки корпуса бункера выполним угловые и встык в среде защитных газов.

Опоры состоят из проката (швеллер, уголок и т. д.), их изготавливают из прокатной стали 09Г2С. Швы для сборки колонн выполним угловые и встык в среде защитных газов.

Технологичность сварной конструкции на этапе изготовления — это комплекс свойств, благодаря которым изготовление конструкции возможно методами прогрессивной технологии с минимальными трудовыми затратами. Технологичность сварной конструкции является следствием комплекса научно-технических мероприятий, осуществленных в процессе проектирования и доводки опытных вариантов. Для оценки каждого из факторов, влияющих на технологичность сварной конструкции, необходимы дополнительные критерии. С помощью системы таких критериев, возможно, будет оценить, в каком направлении необходимо работать конструктору для получения максимального технико-экономического эффекта при сравнительной оценке трудоемкости и себестоимости спроектированной сварной конструкции.

Целесообразно для решения этой задачи применить следующие критерии: удельный вес сварной конструкции характеризует целесообразность выбора основного металла, при применении которого возможно внедрить наиболее прогрессивные методы сварки, сохраняя необходимые физико-химические свойства сварных соединений и их прочностные характеристики, а так же минимальный вес конструкции. Улучшение критерия технологичности — уменьшение удельного веса сварной конструкции может быть достигнуто путем применения сталей повышенной прочности. В нашем случае для изготовления бункера используется сталь 09Г2С. Временное сопротивление этих сталей для толщин до 60 мм составляет 45 — 55 кг/мм², а предел текучести — 30 — 40 кг/мм².

Таким образом, выбор низколегированных сталей для сварных конструкций обеспечивает значительное снижение удельного веса, то есть улучшения этого критерия технологичности.

Изготовление и монтаж конструкции и ее узлов очень просты. Для сборки применяются прогрессивные методы (сборочные приспособления, кантователи, сварочные приспособления), что повышает технологичность изделия.

2. Обоснование и выбор сварочных материалов и оборудования Сборку бункера, опор и установку дополнительного оборудования производить сваркой в среде углекислого газа на постоянном токе обратной полярности.

Для полуавтоматической сварки и постановки прихваток в среде защитных газов используем полуавтомат ПДГ-508, технические характеристики которого приведены в таблице 2.1.

Таблица 2.1 — Технические характеристики полуавтомата ПДГ-508

При полуавтоматической сварке механизирована только подача проволоки, а перемещение дуги вдоль свариваемого стыка осуществляется вручную.

Высокие эксплуатационные характеристики сварочного полуавтомата ПДГ-508 достигаются за счет применения тонкой проволоки, подаваемой к электрической дуге по гибкому направляющему каналу, который позволяет разместить относительно тяжелый механизм для подачи проволоки на значительное расстояние от зоны сварки, где расположен только рабочий орган — сварочная горелка.

Полуавтомат имеет плавно-ступенчатое регулирование скорости подачи электродной проволоки. В состав полуавтомата входят две сварочные горелки, комплект газовой аппаратуры, токоведущие кабеля и шланги. Подающее устройство оформлено в виде небольшого блока, внутри которого расположены электродвигатель с редуктором, кассета и газовый клапан.

При дуговой сварке в среде СО₂ сварочная дуга имеет возрастающую вольтамперную характеристику. Для стабильности процесса и устойчивости работ, требуется источник с жесткой внешней характеристикой, одним из которых является выпрямитель ВДУ-506, он имеет следующие преимущества по сравнению с преобразователями и генераторами: широкие пределы регулирования сварочного тока, высокие динамические свойства и технико-экономические показатели, высокий К.П.Д.

Таблица 2.2 — Технические данные выпрямителя ВДУ-506

Стальная проволока 08Г2Сдолжна изготавливаться по ГОСТ 2246–70.

В соответствии с данным стандартом устанавливают диаметр сварочной проволоки, ее химический состав, правила приемки и методы испытания, требования к упаковке, маркировке, транспортированию и хранению.

В сертификате, сопровождающем партию проволоки, должны быть указаны следующие данные: товарный знак предприятия-изготовителя, условное обозначение проволоки согласно стандарту, номер плавки и партии, состояние поверхности проволоки (омедненная или неомедненная), химический состав в процентном содержании каждого элемента, результаты испытания на растяжение, масса проволоки в килограммах (нетто).

Проволока для автоматической и полуавтоматической сварки должна быть чистой от грязи, масла, ржавчины, без трещин, клейм и расслоений, не должна иметь резких перегибов и жучков. Бухта должна состоять из одного отрезка проволоки и легко разматываться.

На поверхности сварочной проволоки допускаются риски, царапины и отдельные вмятины, глубиной не более? от предельного отклонения по диаметру.

Наличие бирки, прикрепленной к бухте сварочной проволоки, на которой указаны наименование и товарный знак предприятия-изготовителя, условное обозначение проволоки согласно стандарту и номер партии, а также сертификата на проволоку является гарантией того, что она пригодна для сварочных работ.

Таблица 2.3 — Химический состав сварочной проволоки Св-08Г2С, %

При сварке проволокой Св-08Г2С стали 09Г2С, получаем необходимые механические свойства металла шва. Для защиты зоны сварки при полуавтоматической сварки используем углекислый газ (СО2). Углекислый газ бесцветен, не ядовит, тяжелее воздуха. При давлении 760 мм рт. ст и при температуре 0? С плотность углекислого газа равна 1,97 686 г/л, что в 1,5 раза больше плотности воздуха. Углекислый газ поставляется согласно ГОСТ 8050–85. Для сварки используется сварочная углекислота или пищевая с дополнительной осушкой. В соответствии с ГОСТ содержание двуокиси углерода в углекислом газе должно быть не менее 99,5%; содержание водяных паров — не более 0,184мг/м?, содержание минеральных масел должно быть не более 0.1 мг/кг.

Кислород для сварки поставляется в соответствии с ГОСТ 5383–78, согласно которому содержание кислорода в объеме должно быть не менее 99,5%, а содержание водяных паров — не более 0,07 г/м?.

Таблица 2.4 — Химический состав углекислоты

В углекислом газе не должны содержаться минеральные масла, глицерин, сероводород, соляная, серная и азотная кислоты, спирты; эфиры, органические кислоты и аммиак.

Так как 1сорт является дефицитом, в основном используем СО₂ 2 сорта.

В качестве защитного газа целесообразно применение смеси углекислого газа с кислородом (СО₂+О₂).

Смесь СО₂+О₂ оказывает более интенсивное окисляющее действие на жидкий металл, чем чистый углекислый газ. Благодаря этому повышается жидкотекучесть металла, что улучшает формирование шва и снижает привариваемость капель металла к поверхности изделия. Кроме того, кислород дешевле углекислого газа, что делает смесь экономически выгодной.

При сварке в чистом углекислом газе потери металла на разбрызгивание может достигать 10? 12%. Это снижает эффективность этого способа сварки, ухудшает формирование сварочного шва, вызывает дополнительные трудовые затраты на очистку поверхности изделия и сопла сварочной горелки от брызг.

Для повышения стабильности дуги, уменьшения разбрызгивания снижения себестоимости защитного газа рекомендуется применение смеси углекислого газа (70.80) % и кислорода (20.30) % .

Контроль качества сварных швов и соединений производится в соответствии с требованиями ОСТ 24.940.01−90 и ГОСТ 3242 внешний осмотр и измерения.

Методом внешнего осмотра и измерений выявляются следующие дефекты:

— не соответствие размеров швов проектным;

— трещины, поры, шлаковые включения;

— не исправления кромок не заваренные кратеры;

— подрезы;

— наплывы.

3. Расчет бункера

3.1 Габаритные размеры пирамидального бункера Рис 3.1 — Схема бункера Рациональный угол наклона стенок бункера зависит в основном от коэффициента внешнего трения сыпучего материала и может быть найден по формуле:, (1) где f₁ — 0,47−0,53 коэффициент внешнего трения для кокса [1, стр.136]. Следовательно, при проектировании бункеров угол наклона стенок необходимо принимать несколько больше расчетной величины, т.к. необходимо учесть увеличение коэффициента трения в результате коррозии стенок бункеров и налипания на них остатков сыпучего материала, при этом угол наклона к вертикали, который обеспечивает движение материала, зависит от формы выпускного отверстия. Исходя из данных [1, стр.9] принимаем cosб>71⁰.

Принимаем конструктивно сторону воронки b₁=0,4 м, при условии а₁/b₁?3, принимаем а₁=1,2 м.

Рис. 3.2 — Габаритные размеры бункера Принимаем конструктивно сторону b₂=2.5 м, тогда а₂=3.3 м. Прини;

маем конструктивно высоту пирамидальной части бункера h₁=3м. Исходя, из принятых конструктивно размеров, угол наклона составил cosб>71⁰.

Вычислим объем бункера (объем регулируем при помощи высоты h₂) [1, стр.13]:

(2)

Координаты центра тяжести объема равны: х_ц=0, у_ц=0.

Шаг ребер принимаем S_i=1,5 м.

3.2 Расчет обшивки бункера [1, стр.75−79]

Обшивка рассчитывается на нагрузку от действия сыпучего материала, направленную нормально к поверхности обшивки, и дополнительного растяжения от массы сыпучего.

Расчет выполняем для нижней панели обшивки.

Расчетное нормальное давление на глубине 4,2 м и 2,7 м от верха бункера:

(3)

— коэффициент надежности по нагрузке;

кг/м³ — удельный вес опилок;

=4,2 — расстояние от верха засыпки до середины панели.

Определим величины k и m:

(4)

— угол внутреннего трения сыпучего материала, .

(5)

.

Равномерная распределенная нагрузка на рассматриваемую панель обшивки:

. (6)

Толщина обшивки принимаем конструктивно равной 6 мм.

Продольная сила на единицу обшивки равна:

(7)

н=0,3 — коэффициент Пуассона;

t₂ =6мм — толщина обшивки, принятая конструктивно;

d₂ — пролет пластинки, расстояния в осях между горизонтальными ребрами воронки:

(8)

МПа — упругость металла.

Прогиб в середине пролета:

(9)

(10)

.

Изгибающий момент в середине пролета:

(11)

Растягивающее напряжение в обшивке от массы сыпучего материала равно:

(12)

(13)

l_az и l_bz — длинна и ширина середины рассматриваемой панели, l_az=2,25 м и

l_bz=1,45 м (размеры взяты при прочерчивании);

h=2,7м — координата середины рассматриваемой панели.

Проверка прочности обшивки бункера с учетом пластических свойств стали:

(14)

Исходя из того что коэффициент условий работы бункера, принимаемый для обшивки, не защищенной футеровкой, следовательно условие прочности выполнено.

3.3 Расчет ребер жесткости воронки Определим равномерно распределенную нагрузку на ребро бункера, расчет ведем по наиболее длинному ребру:

(15)

.

Длинна ребра (принята по нейтральным осям рамы):

Продольно растягивающая сила в ребре:

(16)

Рис. 3.3 — Расчетная схема ребер жесткости Изгибающий момент в ребре:

(17)

Принимаем ребро из уголка 75×75×6. Площадь уголка с прилегающей к нему частью обшивки длинной 30tb и момент сопротивления сечения определены по [табл.1 прил.6; 1, стр.174]:

А=19,58 см²; W_min=34,2 см³.

Проверка прочности ребра с учетом пластических свойств стали составляет:

(18)

с — коэффициент определяется в зависимости от угла наклона, при с=1,2 [1, стр.65].

3.4 Расчет бункерных балок Суммарная вертикальная равномерно распределенная нагрузка на 1 м бункерной балки:

(19)

g — расчетная равномерно распределенная нагрузка от собственного веса конструкции;

q₅ — расчетная нагрузка от веса заполнения;

q₆ — расчетная нагрузка от временной нагрузки на перекрытии;

d₁ — длинна участка от балки, до первого ребра.

Расчетная нагрузка от веса заполнения:

(20)

Р=Vг — полная масса засыпки.

Расчетная равномерно распределенная нагрузка от собственного веса конструкции:

(21)

где Р₁ — приблизительная масса металлоконструкции бункера.

(22)

где — суммарная длина ребер и вес метра погонного ребра;

— суммарная длинна балки (верхнего и нижнего пояса, принимаем условно — полоса 100×10 и уголок 140×10) и вес метра погонного;

— суммарная площадь листа обшивки бункера и вес квадратного метра листа, УА_Л=37,3 м² и m_Л=48кг/м².

Нагрузка от веса перекрытий, принимаемой равной 200кг/м², и от веса оборудования, принимаемая равной 400кг/м²:

(23)

.

Горизонтальные нагрузки, действующие на бункерную балку:

(24)

(25)

(26)

(27)

Суммарная горизонтальная нагрузка равна:

(28)

Максимальный изгибающий момент от вертикальной нагрузки (для более длинной стороны а):

(29)

Изгибающие моменты в поясах балки от горизонтальных нагрузок:

(30)

(31)

Продольные растягивающие силы от нагрузок Q₁ и Q₂:

(32)

. (33)

Рис. 3.4 — Схема нагрузок, действующих на бункерную балку.

Компонуем сечение балки:

верхний пояс — принимаем 100×10, площадь сечения А=10см², W_ВП=746см³, W_УВП=16,7 см³;

нижний пояс — принимаем уголок 140×10, площадь сечения А=27,3 см², W_НП=1176см³, W_УНП=183см³.

Напряжение в верхнем поясе:

— от вертикальных нагрузок:

(34)

— от горизонтальных нагрузок:

(35)

Суммарное напряжение:

(36)

Напряжение в нижнем поясе:

— от вертикальных нагрузок:

(37)

— от горизонтальных нагрузок:

(38)

Суммарное напряжение:

(39)

Условие прочности выполнено.

3.5 Расчет центрально-нагруженной колонны Расчет ведем по [2, стр 134−150].

Бункер опирается на четыре колонны, на которые действуют нагрузки:

от веса металлоконструкции, от полной массы засыпки материала, веса дополнительного оборудования, веса перекрытия, снеговой нагрузки и ветровой нагрузки.

(40)

n — число колон;

Р₁=2250кг — приблизительная масса металлоконструкции бункера;

Р₂=20,8×600=12 480кг — вес полной засыпки материала;

Р₃ — общий приблизительный вес перекрытия и вспомогательного оборудования бункера, из учета 200кг/м²и 400 кг/м²;

(41)

Р₄ — расчетная снеговая нагрузка;

Р₅ — расчетная снеговая нагрузка.

Расчетную снеговую нагрузку s, кг/м² определяют как произведение нормативной нагрузки [3, стр52−55]:

(42)

— вес снегового покрова;

— коэффициент надежности по нагрузке;

— при — коэффициент перехода от веса снегового покрова земли к снеговой нагрузке на покрытие.

Тогда:

(43)

Нормативную статическую ветровую нагрузку, принимаемую нормальной к поверхности сооружения или его частям, определяют по формуле:

(44)

w₀=30кг/м² — ветровая нагрузка;

— аэродинамический коэффициент;

k=0,85-коэффициент учитывающий изменение напора ветра.

Равномерно распределенная нагрузка на метр высоты от ветровой нагрузки составит:

(45)

А=4,2м — максимальная ширина бункера (с учетом площадки обслуживания).

Максимальный изгибающий момент:

(46)

Н=9,1м — максимальная высота бункера (с учетом перекрытия).

Нагрузка, действующая на колонны от ветровой нагрузки:

(47)

у_мах=1,65м — расстояние от центра бункера до оси колонн.

Подставим значения в формулу № 39:

Рассчитываем требуемую площадь сечения стойки:

(48)

Исходя из геометрических параметров нижнего пояса балки, коэффициента гибкости и полученной площади, конструктивно подбираем колонну из пары швеллеров № 16 по ГОСТ 8239–72.

Геометрические параметры:

Рис. 3.5 Сечение составной колонны Рассчитаем радиусы инерции для колонны:

(49)

(50)

При l=l₀=Н₁+Н=400+300=700см, где Н₁ и Н соответственно высота от земли до воронки и от воронки до балки Производим расчет гибкости стойки:

(51)

Делаем проверку по меньшему значению ц=0,485:

.

Условие прочности выдержано.

3.6 Расчет базы колонны Рис. 3.6 — Схема сечение плиты (вид сверху) Требуемая площадь плиты:

(52)

— допустимое напряжение на фундамент.

Принимаем конструктивно плиту ,

Плиту крепим к фундаменту на 4 анкерных болта М20.

Рассчитаем сварной шов, крепящий плиту к колонне.

Рассчитаем сварной шов, крепящий колонну к базе [2, стр 40−45].

При действии статических растягивающих, сжимающих или срезающих нагрузок сварные угловые швы рассчитывают по формуле:

(53)

нагрузка;

— площадь среза углового шва;

— коэффициент для определения расчетной толщины углового шва, для ручной сварки;

k — расчетный катет углового шва.

— длина шва;

[]=700кг/см² допустимая нагрузка на срез.

Шов, прикрепляющий колонну к плите, имеет периметр:

(54)

Катет шва К=7мм=0,7 см.

Напряжение от силы N_ПВ:

3.7 Расчет раскоса между колоннами На раскос, связывающий между собой колонны, действует ветровая нагрузка. Рассчитаем ветровую нагрузку, действующую на раскос:

(55)

Рис. 3.7 — Схема нагрузки на раскосы, соединяющие колонны Нагрузка, действующая в раскосе:

(56)

Рассчитываем требуемую площадь сечения раскоса:

Принимаем ребро из уголка 75×75×6.

Рассчитаем сварной шов, крепящий раскос к косынке.

(57)

[]=1600кг/см² допустимая нагрузка при растяжении;

k=3мм=0,3см — катет шва.

Исходя из того, что сварной шов должен быть не менее 6 см, принимаем приварку раскоса к косынке по контуру сопряжения сварных элементов катетом 3 мм. Длина швов с каждой стороны уголка не менее 6 см.

Расчет сварного шва косынки к колонне не делаем, так как нагрузка, действующая в узле, чрезмерно мала. Принимаем приварку косынки к колонне по контуру сопряжения сварных элементов катетом 5 мм.

Вывод Разработав данный курсовой проект, я освоил методику расчета бункера с плоскими стенками. Также, получил навык расчета поперечного сечения различных поясов конструкции, в зависимости от действующих нагрузок. Освоил методику расчет длины швов в зависимости от нагрузки и сечения шва.

1. Липницких М. Е., Егорова Е. А. Руководство по расчету и проектированию железобетонных, стальных и комбинированных бункеров. — М.: Стройиздат, 1983. — 200с.

2. Серенко А. Н., Крумбольдт М. Н., Багрянский К. В. Расчёт сварных соединений и конструкций. Примеры и задачи: К.: Вища школа, 1977. — 366с.

3. Мандриков А. П., Лялин И. М. Примеры расчета металлических конструкций. — М.: Стройиздат, 1982. — 312 с.