Расчет соединений с угловыми швами

Передача усилия с одного элемента на другой происходит неравномерно как по длине шва, так и по поперечному сечению соединения. Однако при статическом нагружении перед разрушением напряжения выравниваются за счет пластической работы перенапряженных (концевых) участков шва.

Лобовые швы, обладая большей жесткостью и прочностью, чем фланговые, в запас прочности они рассчитываются, как фланговые. При одновременном использовании лобовых и фланговых швов (в комбинированных соединениях) напряжения в швах выравниваются в результате развития пластических деформаций, расчет комбинированных соединений производится по суммарной площади швов. В основу расчета принимается допущение о равномерном распределении напряжений среза.

Сварные соединения, выполненные угловыми, швами при действии продольной и поперечной сил рассчитываются на условный срез по двум сечениям (рис. 3.8):

– по металлу шва (сечение 1-1)

N/(β _f k _f l _w) ≤ R _wf γ _c;

– по металлу границы сплавления (сечение 2-2)

N/(β _z k _f l _w) ≤ R _wzγ _c,

где l _w – расчетная длина швов в сварном соединении, равная суммарной длине всех его участков за вычетом по 1 см на каждом непрерывном участке шва (учитываются дефекты сварки из-за непровара в начале сварного шва и кратера в конце шва);

β _f; β _z – коэффициенты для расчета углового шва соответственно по металлу шва и по металлу границы сплавления, учитывающие глубину проплавления при сварке и принимаемые по табл. 3.5.

Рис. 3.8. Р асчетные сечения сварного соединения с угловым швом

 

Таблица 3.5

Значения коэффициентов b _f и b _z

Вид сварки при диаметре сварочной проволоки сплошного сечения d, мм	Положение шва	Коэффи-циент	Значения коэффициентов b f  и b z при нормальных режимах сварки и катетах швов, мм
			3–8	9–12	14–16	Св. 16
Автоматическая при d = 3 – 5	В лодочку	b f	1,1			0,7
		b z	1,15			1,0
	Нижнее	b f	1,1	0,9		0,7
		b z	1,15	1,05		1,0
Автоматическая и механизированная при d = 1,4 – 2	В лодочку	b f	0,9		0,8	0,7
		b z	1,05		1,0
	Нижнее, горизонтальное, вертикальное	b f	0,9	0,8	0,7
		b z	1,05	1,0
Ручная и  механизированная при d < 1,4 или порошковой проволокой	В лодочку, нижнее, горизонтальное, вертикальное, потолочное	b f	0,7
		b z	1,0

Расчет по металлу шва производится по минимальной площади сечения шва, проходящей через меньшую высоту условного треугольника шва (без учета наплыва). Для ручной сварки при равных катетах шва эта высота равняется 0,7k _{f .}

Необходимость расчета сварного шва по металлу границы сплавления (по сечению с большей расчетной площадью) вызвана применением сварочных материалов с прочностью, превышающей прочность основного материала соединяемых элементов (несущую способность соединения определяет менее прочный основной металл).

При автоматической и механизированной сварке провар в углу (корне) шва глубже, чем при ручной сварке. При работе шва на срез включается в работу часть основного материала, при этом условная высота треугольного сечения шва принимается равной β _f k _f  или β _z k _f .

Катет углового шва k _f должен удовлетворять требованиям расчета. Минимальное значение катета шва k _f принимается в зависимости от толщины более толстого из свариваемых элементов (при относительно малой толщины шва больше скорость охлаждения металла соединения, приводящая к охрупчиванию металла шва и повышению его склонности к образованию трещин), способа сварки, марки стали и вида соединения (см. табл. 3.3).

В нахлесточных соединениях обычно катет шва принимается равным меньшей из толщин соединяемых деталей. При сварке вдоль кромок прокатных профилей, имеющих скругление,  наибольшую толщину углового шва

k _f, _max при статической и динамической нагрузках рекомендуется принимать по табл. 3.6.

Таблица 3.6

Максимальные катеты швов k _f , _max у скруглений

Прокатных профилей

k f,max, мм	4	5	6	8	10	12
Номер двутавра	10–12	14–16	18–27	30–40	45	50–60
Номер швеллера	5–8	10–14	16–27	30	36–40	–
Вдоль пера уголков при толщине полки t
t , мм	£ 6		7–16		³18
k f, мм	t – 1		t – 2		t – 4

Расчетная длина шва l _w принимается равной сумме расчетных длин каждого из накладываемых швов.

Из-за непровара в начале сварного шва и кратера в конце шва расчетная длина каждого шва принимается на 10 мм меньше фактической и должна быть не менее 4k _f и 40 мм. При работе более коротких швов сильно сказывается не учитываемое расчетом влияние эксцентриситета е и возникающего при этом дополнительного изгибающего момента (см. рис.3.4, а).

Из-за большой концентрации напряжений в начале и конце шва возможно достижение предельного состояния в наиболее напряженных точках раньше, чем выровняются напряжения по всей длине шва. Поэтому максимальная длина флангового шва принимается l _w,max ≤ 85β _f k _f, за исключением швов, в которых усилие действует на всем протяжении швов, например, в поясных швах составных балок, где длина шва не ограничивается. Длина нахлеста листов в нахлесточных соединениях должна быть не менее пяти толщин наиболее тонкого из свариваемых элементов (см. рис. 3.4, б).

Расчетные сопротивления сварных соединений принимаются: R _wf – при расчете по металлу шва; R _wz – при расчете по металлу границы сплавления (см. табл. 2.3, 2.6 и 2.7).

Болтовые соединения

Болтовые соединения осуществляют путем постановки металлических стержней (болтов) в совмещенные отверстия соединяемых элементов.

В болтовых соединениях стальных конструкций применяют болты различного назначения (рис. 3.9). Болты обычные и высокопрочные используют для соединения элементов стальных конструкций друг с другом, а болты анкерные – для присоединения конструкций к фундаменту.

 

Рис. 3.9. Классификация болтов

Обычные болты изготавливают грубой (класс С), нормальной (Б) и повышенной (А) точности.

Болты класса точности А следует применять для соединений, в которых отверстия просверлены на проектный диаметр в собранных элементах либо по кондукторам в отдельных элементах и деталях, а также просверлены или продавлены на меньший диаметр в отдельных деталях с последующим сверлением на проектный диаметр в собранных элементах.

Болты классов точности В в многоболтовых соединениях следует применять для конструкций из стали с пределом текучести до 37,5 кН/см².

В соединениях, где болты работают преимущественно на растяжение, как правило, применяют болты классов точности В или высокопрочные.

Для нерасчетных монтажных соединений рационально применять болты класса точности С, для расчетных – В.

В расчетных соединениях с болтами классов точности А и В (за исключением крепления вспомогательных конструкций) следует предусматривать меры против самоотвинчивания гаек (постановка пружинных шайб, вторых гаек и др.).

По прочности болты подразделяются на классы, которые обозначаются двумя цифрами, разделенными точкой (4.6; 5.6; 5.8 и т.п.). Первая цифра, умноженная на 10, обозначает минимальное временное сопротивление материала болта σ _u в кН/см²; произведение цифр определяет значение предела текучести материала болта σ _y в кН/см²; вторая цифра, умноженная на 10, обозначает соотношение σ _y /σ _u в процентах.

Диаметры отверстий, в которые вставляются болты, выполняются больше диаметра стержня болта (табл. 3.8).

По механизму передачи внешних усилий различают несколько видов болтовых соединений.

Таблица 3.7

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться: