книги / Сварные конструкции.-1
.pdfЗдесь ( Х0 1 и ог0 2 определяются по формулам (XI. 20), (XI. 21), (XI. 23), (XI. 24).
Схемы расчета пластинок. Пластинки, входящие в состав ли стовых конструкций, используются для передачи различных давле ний с площади, которую они перекрывают, на более жесткие связи, называемые опорным контуром. При этом пластинки под действием поперечной внешней нагрузки и поперечных реакций опорного контура работают на изгиб. В общем случае реактивное воздействие опорного контура зависит от его конструкции. Если опорный контур создает ограничения, препятствующие свобод ному повороту пластины, то на опоре кроме реактивных сил, на правленных перпендикулярно пластине, возникает еще и опорный момент. При наличии ограничений в сближении сторон опорного контура в плоскости пластинок появляются дополнительные реактивные силы, создающие растягивающие (цепные) напряже ния, которые в отличие от напряжений изгиба распределены по сечению пластинки равномерно.
Расчет пластинок производится по различным расчетным схе мам в зависимости от условий их деформации под нагрузкой.
При этом различают три различных основных вида пластинок. Пластинки, у которых вследствие их малой деформации цеп ные напряжения малы по сравнению с напряжениями от изгиба, называют пластинками малого прогиба или абсолютно жесткими. Стрелка прогиба у них не превосходит значения, равного половин
ной толщине
При расчете таких пластинок цепными напряжениями пре небрегают.
Пластинки, у которых напряжения от изгиба малы по сравне нию с цепными напряжениями, называют гибкими пластинками или мембранами. При расчете гибких пластинок напряжениями от изгиба пренебрегают.
Пластинки, у которых напряжения от изгиба и цепные напряже ния являются величинами одного порядка, называют пластинками конечной жесткости (или пластинками большого прогиба). Про гиб таких пластинок превышает значение, равное половинной их толщине
f > 4 ’
но он ограничивается тем, что остается величиной малого порядка по сравнению с радиусом кривизны. При расчете пластинок ко нечной жесткости необходимо учитывать одновременное, действие изгибающих моментов и цепных реактивных сил.
Ниже приводятся формулы и таблицы для определения дефор маций и напряжений в пластинках для некоторых типичных слу чаев их опирания при равномерной нагрузке.
Расчет прямоугольных пластинок. Для п л а с т и н к и м а
л о г о п р о г и б а , |
шарнирно закрепленной |
на |
контуре |
|
(фиг. XI. 7, а), |
наибольшая |
|
|
стрелка прогиба в центре равна |
||
|
Î = K |
^ \ |
(XI. 26) |
Фиг. XI. 7. Прямоугольная пластинка, загруженная равномерно распределен ной нагрузкой: а — шарнирно опер тая; б — жестко заделанная.
наибольшие изгибающие мо менты в центре
Мх = |
k2qа2; |
(XI. 27) |
Му = |
kbqa\ |
(XI. 28) |
Значения коэффициентов klt k2) kb приведены в табл. XI. 3 для различного соотношения сторон опорного контура. По изменению значений коэффици ента k2 можно видеть, что при
Т а б л и ц а X I . 3 .
Значение коэффициентов для расчета прямоугольных пластин малого прогиба
b |
Шарнирно оперта |
|
Жестко заделана |
|
||||
а |
Ai |
k z |
*3 |
Ai | |
As |
Ae |
k 7 |
Ae |
|
||||||||
1,0 |
0,0443 |
0,0479 |
0,0479 |
0,0139 |
0,0231 |
0,0231 |
—0,0517 |
—0,0517 |
U |
0,0530 |
0,0553 |
0,0494 |
0,0165 |
0,0267 |
0,0234 |
—0,0554 |
—0,0538 |
1,2 |
0,0616 |
0,0626 |
0,0501 |
0,0191 |
-0,0302 |
0,0231 |
—0,0612 |
—0,0554 |
1,3 |
0,0697 |
0,0693 |
0,0504 |
0,0211 |
0,0328 |
0,0224 |
—0,0687 |
—0,0563 |
1,4 |
0,0770 |
0,0753 |
0,0506 |
0,0227 |
0,0350 |
0,0215 |
—0,0726 |
—0,0568 |
1,5 |
0,0843 |
0,0812 |
0,0499 |
0,0241 |
0,0368 |
0,0204 |
—0,0757 |
—0,0569 |
'1,6 |
0,0906 |
0,0862 |
0,0493 |
0,0251 |
0,0381 |
0,0193 |
-0 ,0 7 8 4 |
—0,0571 |
1,7 |
0,0964 |
0,0908 |
0,0486 |
0,0260 |
0,0392 |
0,0182 |
—0,0807 |
—0,0571 |
1,8 |
0,1017 |
0,0948 |
0,0479 |
0,0267 |
0,0401 |
0,0174 |
—0,0821 |
—0,0571 |
1,9 |
0,1064 |
0,0985 |
0,0471 |
0,0272 |
0,0404 |
0,0165 |
—0,0826 |
—0,0571 |
2,0 |
0,1106 |
0,1017 |
0,0464 |
0,0277 |
0,0407 |
|
—0,0829 |
—0,0571 |
3,0 |
6,1336 |
0,1189 |
0,0404 |
0,0279 |
0,0408 |
|
—0,0832 |
|
4,0 |
0,1400 |
0,1235 |
0,0384 |
0,0282 |
0,0409 |
|
—0,0833 |
|
5,0 |
0,1416 |
0,1246 |
0,0375 |
0,0284 |
0,0413 |
|
—0,0833 |
|
оо |
0,1422 |
0,1250 |
0,0375 |
0,0284 |
0,0417 |
|
—0,0833 |
|
увеличении, длины опорного контура (при увеличении отноше ния Ыа) значение изгибающего момента Мхувеличивается и при ближается к значению изгибающего момента, которое имеет балка на двух опорах при равномерно распределенной нагрузке
Мх = 0,125 qa\
В этом случае пластинка деформируется по цилиндрической поверхности. Такую деформацию называют цилиндрическим из гибом пластинки.
Стрелка прогиба пластинки при цилиндрическом изгибе оказы вается несколько меньшей, чем стрелка прогиба у балки на двух опорах. Это объясняется тем, что цилиндрическая жесткость пластинки превосходит жесткость обычной балки.
Для пластинки малого прогиба, жестко закрепленной на кон туре (фиг. XI. 7, б), наибольшая стрелка прогиба в центре равна
(XI. 29)
наибольшие изгибающие моменты в центре |
|
|
Мх = |
k6qa*-, |
(XI.30) |
Му = |
küqa\ |
(XI.31) |
Посередине длинных сторон опорного контура наибольший |
||
изгибающий момент |
k7qa2, |
|
М; = |
(XI.32) |
|
посередине коротких сторон опорного контура |
|
|
М’у = |
ksqa2. |
Ш .33) |
Значения коэффициентов kit kh, /г6, /г7, к8приведены в табл. XI. 3. Для пластинки конечной жесткости, шарнирно закрепленной на контуре, уравнение для определения стрелки наибольшего про
гиба в центре имеет вид
4,25q II
£ô/ 3 |
Г |
+ 1 - ц 2 |
1 |
напряжения от изгиба в
Ох ~
Оуœ
1 |
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(XI. 34) |
центре |
( |
|
|
|
|
|
l',23£ôf |
_ L |
+ |
J L \ . |
(XI. 35) |
||
1—1** |
\ |
а2 |
^ |
Ь2 / ’ |
|
|
l,23£ôf / |
- L |
+ |
J L V |
(XI. 36) |
||
1 |
2 |
|
||||
|
— P |
\ |
|
|
|
|
|
0,31£/2 |
,( |
2 — |х2 |
. |
Ц \ . |
(XI. 37) |
|
а- = |
1 - р |
( |
а* |
|
Ь-1 ) |
’ |
|
1 |
|
|
|
|
|
||
|
0,31£/2 |
,( |
2 - (А2 |
. |
И- \ |
|
(XI. 38) |
а У ~ |
1 - F 2 |
1\ |
Ь* |
1 |
о2 ) |
9 |
|
Здесь (х — коэффициент Пуассона;
л£0 3
и— -----------цилиндрическая жесткость.
Фиг. XI. 8. Графики коэффициентов |
Фиг. |
XI. 9. Круглая плас |
для расчета мембран. |
тинка, |
шарнирно закреплен |
|
ная по контуру. |
|
Для а б с о л ю т н о г и б к о й п л а с т и н к и б р а н ы ) , ш а р н и р н о з а к р е п л е н н о й на т у р е , наибольшая стрелка прогиба в центре равна
qa?
ТШГ’
наибольшие напряжения в центре-
(м е м к о й -
(XI. 39)
(XI. 40)
°у |
= р у |
? е°- |
(XI. 41) |
|
4Ô2 |
|
|
Значения коэффициентов а, р и у приведены на графиках |
|||
фиг. XI. 8 . |
|
|
м а л о г о |
Расчет круглых пластинок. Для п л а с т и н к и |
|||
п р о г и б а , |
ш а р н и р н о з а к р е п л е н н о й по к о н |
т у р у (фиг. |
XI. 9), наибольшая стрелка прогиба в центре равна |
, _ |
да*(5 4 - р.) . |
(XI. 42) |
|
1 |
1 6 £ > ( 1 + ц ) ’ |
||
|
Мг = м 9= да*У |Л) . |
(XI. 43) |
|
Для к р у г л о й м е м б р а н ы |
наибольшая |
стрелка про |
гиба в центре равна |
|
|
f = 0,662 У |
-g -; |
(XI. 44) |
наибольшее цепное реактивное натяжение в центре |
||
N = 0,423 р"Eq1a?6. |
(х 1- 45) |
|
Расчет пластин производится по формулам, в которых интен сивность нагрузки задана на единицу площади. При этом изгибаю щие моменты имеют размерность кгс, а усилия и опорные реак ции — размерность кГс/см. Поэтому при вычислении напряжений значения моментов сопротивления и площадей должны приме няться в соответствующей размерности и формулы для вычисления напряжений имеют вид:
для напряжений от изгибающего момента
__ |
М _ |
6 М |
в |
° ~ |
W ~~ |
ô2 |
’ |
для цепных напряжений
§ 3. Особенности проектирования сосудов, работающих под давлением
По правилам Госгортехнадзора СССР сосуды, работающие под давлением выше 0,7 ати (без учета гидростатического давления) необходимо проектировать с соблюдением определенных требова ний по отношению к выбору материалов, конструктивных форм, методов расчета и технологии изготовления.
Требования к материалу совпадают с положениями, приня тыми при изготовлении ответственных сварных конструкций и в основном сводятся к ограничению содержания углерода и до пусков на вредные примеси. Марки применяемых материалов перечислены в правилах в специальном перечне.
Расчет сварных сосудов, работающих под давлением, прово дится по методу допускаемых напряжений. Нормы допускаемых напряжений установлены в зависимости от условий эксплуатации сосудов.
Расчет цилиндра. Толщина стенки ô цилиндрической части сосуда, воспринимающего внутреннее давление, определяется
по следующей формуле, установленной правилами Госгортех надзора
8 ° - ш ш — |
+ |
<Х1' 4б) |
где р — расчетное давление, кгс/см2 |
(дан/см2)\ |
|
la] — допускаемое напряжение, кгс/мм2 |
(дан/мм2)\ |
|
г — внутренний радиус цилиндра, мм\ |
|
|
ср — коэффициент прочности цилиндрической части;
с— прибавка к расчетной толщине стенки, компенсирую щая минусовый допуск проката, мм.
Коэффициент прочности ф учитывает наличие сварных швов и определяется в зависимости от конструктивных и технологичес ких особенностей в соответствии с данными табл. XI. 4. Коэффи циент прочности может учитывать также ослабление цилиндри ческой части неукрепленными отверстиями.
Т а б л и ц а X/. 4
Значение коэффициента прочности сварных швов ф, выполняемых методом дуговой электрической сварки
Вид сварного соединения |
Метод сварки |
|
|
|
Автоматическая под флюсом |
Встык с двусторонним прова |
Ручная |
|
ром |
|
|
|
|
Ручная с повышенными тре |
|
|
бованиями контроля |
Встык на подкладке |
Ручная |
|
Встык при |
одностороннем |
Автоматическая под флюсом |
|
||
шве |
|
Ручная |
|
|
|
Впритык с |
обеспечением |
Автоматическая под флюсом |
|
||
сплошного провара |
Ручная |
|
|
|
|
Впритык угловыми швами |
|
|
|
|
Автоматическая под флюсом |
Внахлестку при наличии швов |
или ручная |
|
с двух сторон |
|
|
ф
1
0,95
1
0,9
0,8
0,7
1
0,95
0,8
© 00
*,
|
Прибавка |
с вводится |
только для стенок толщиной не более |
|||
2 0 |
мм и равна с = 1 мм. |
|
|
|
||
|
При проверочных расчетах имеем |
|
|
|||
|
|
_ |
|
230 (ô — с) ф [а] |
|
(XI. 47) |
|
|
и |
~~ |
2/ - f ( ô — с) |
’ |
|
|
|
|
||||
|
|
» п р т - |
р[2г + (а-с)1 |
(XI.48) |
||
|
|
230 (Ô — с) ф ’ |
||||
где |
апрш— приведенное |
напряжение в |
стенке |
цилиндрической |
||
|
|
части сосуда, вызываемое внутренним давлением, |
||||
|
Формулы |
кгс/мм2 (дан!мм1). |
|
|
||
|
(XI. 46), (XI. 47) и (XI. 48) применимы при условии, |
|||||
что отношение внешнего радиуса барабана г0 к его внутреннему радиусу г меньше или равно 1 , 6
Р = -у -= 1 + ^ < |
1 ,6 . |
|
Допускаемое напряжение принимается |
|
|
[сг ] = Î1 [о]*, |
|
(XI. 49) |
где [а]* — номинальное допускаемое напряжение; |
конструк |
|
т] — поправочный коэффициент, |
учитывающий |
|
тивные и эксплуатационные особенности сосуда (он |
||
задается правилами Госгортехнадзора и |
изменяется |
|
в пределах 0,85-ь 1,0). |
|
|
Значение номинального допускаемого напряжения устанавли вается в зависимости от характеристик прочности стали и расчет ной температуры стенки tcmс соблюдением следующих условий:
при |
tcm< |
260° С |
|
|
при |
tcm= |
260-ь400о С |
|
|
|
|
[о] * < з,75 ’ |
[а]* < |
аtт |
|
|
1,65 ’ |
||
|
|
|
|
|
при |
tcm> |
400° С |
|
|
|
|
[а]* < |
[а]* < |
а tD |
|
|
1,65 ‘ |
||
|
|
|
|
|
Здесь |
ав — расчетный предел прочности стали при растяжении |
|||
|
|
(при 20° С); |
|
|
|
о*т— расчетный условный предел текучести (при остаточ |
|||
|
|
ной деформации 0 ,2 %) при рабочей температуре; |
||
|
afD— расчетный условный |
предел длительной прочности |
||
при растяжении при рабочей температуре.
Расчет днища. Толщина стенки |
сварного эллипсоидального |
|
или сферического штампованного днища (фиг. XI. 10) определяется |
||
по формуле |
|
|
|
|
< Х 1 - 5 0 > |
Здесь |
г — внутренний радиус днища, мм\ |
|
|
b — высота выпуклой части днища, мм\ |
|
|
Ф — коэффициент прочности сварного шва. |
|
а) |
б) |
8) |
Величина прибавки схк расчетной толщине стенки штампован ного днища принимается в соответствии со следующими данными:
Ô— с х м м |
До 10 |
10,5—20 |
20,5—30 |
>30,5 |
м м |
3 |
2 |
1 |
0 |
Для снижения величины местных напряжений высоту выпуклой части днища b не допускается принимать меньше, чем 0,4 г.
Толщина стенки эллипсоидального или сферического днища, имеющего неукрепленные отверстия, рассчитывается по формуле
Ô = ___ ^ |
___ |
(X I. 51) |
4UU [ о ] |
Z — р |
|
где |
|
|
z = |
1 — у -. |
(XI. 52) |
Здесь г, — внутренний радиус отверстия.
Днища с укрепленными отверстиями рассчитываются без учета ослаблений.
Допускаемое напряжение определяется как и для цилиндров. При этом поправочный коэффициент т] принимается для глухих днищ г) = 1 ,0; для днищ с неукрепленными отверстиями т] = 0,95.
В стыковых соединениях листов разной толщины в случаях, когда разница в толщине превышает 30%, необходимо обеспечи вать плавный переход на длине, равной не менее пятикратной разницы толщин.
§ 4. Газгольдеры
Газгольдерами называются сосуды, предназначенные для хра нения газов.
Природный газ, выходящий из недр Земли под большим дав лением, передается по трубопроводам на весьма большие расстоя ния. Вблизи мест потребления газ собирается на газгольдерных станциях, где он используется для покрытия пиков расхода и для обеспечения равномерного давления в газопроводе. В условиях поступления газа под высоким давлением и при большом суточном обороте наиболее рациональным типом газгольдеров являются газгольдеры постоянного объема, в которых увеличение количества хранимого газа происходит за счет возрастания давления при не изменном объеме. Газгольдеры постоянного объема используются при больших давлениях (более 4 ати).
Газгольдеры низкого давления (до 0,05 ати) имеют телескопи ческое устройство для изменения своего объема. Они сложнее в эксплуатации и в условиях подачи газа под большим давлением менее удобны.
Наиболее распространенными являются газгольдеры постоян ного объема.
Теоретически наиболее выгодной формой газгольдера постоян ного объема является шар, так как он при заданном объеме обла дает минимальной поверхностью; кроме того напряжения в шаро вой оболочке, возникающие от внутреннего давления, в два раза меньше по величине, чем в цилиндрической. Поэтому применение шаровых газгольдеров дает значительную экономию металла. Однако цилиндрические газгольдеры проще в изготовлении и обла дают формой, которую легче приспособить к условиям перевозки по железной дороге. Поэтому «габаритные газгольдеры», т. е. газгольдеры, размеры которых соответствуют габаритам железно дорожного транспорта, также находят достаточно большое приме нение. Они выполняются в виде цилиндрических оболочек с шаро выми или эллиптическими днищами.
Газгольдеры постоянного объема предназначаются для эксплуа тации при высоком давлении и поэтому они должны проектиро ваться и изготавливаться с учетом специальных требований, установленных Госгортехнадзором СССР и обязательных для всех министерств и ведомств.
Основной нагрузкой для газгольдеров, определяющих толщину стенки, является внутреннее давление, величина которого зависит от назначения сосуда и в отдельных случаях может достигать
1 0 0 ати.