Теоретические сведения

Задание на 25.04

 

Расчёт сварных и болтовых соединений

Теоретические сведения

1. Расчет стыкового сварного шва на растяжение и сжатие

При работе на растяжение или сжатие стыковой сварной шов рассчитывается по формуле

где l_W − расчетная длина шва; l_W = l − 2 t (рис. 1) (при сварке с технологическими планками l_W = l);

t − расчетная толщина шва, равная наименьшей толщине со­единяемых элементов;

R_Wy − расчетное сопротивление стыкового шва (при работе на растяжение, изгиб; при визуальном контроле качества шва и ручной или полуавтоматической сварке R_Wy =0,85 R_y;в остальных слу­чаях R_Wy = R_y, значение R_y − см. табл. 2.2);

γ_с − коэффициент условий работы.

Рис. 1

 

Расчетная длина флангового шва должна быть не более 85β _fk_f, где β _f − коэффициент, принимаемый по табл. 34* СНиП II-23-81*, за исключением швов, в которых усилие действует на всем про­тяжении шва.

Применяя для соединения листов косые стыковые швы, тем самым увеличиваем длину шва, и при углах наклона швов < 67° получаем соединение, не уступающее по прочности основному ме­таллу, такие стыковые швы можно не рассчитывать (см. рис. 8.1, б).

2. Расчет углового сварного шва на растяжение и сжатие

  Угловые сварные швы рассчитываются по двум сечениям: по металлу шва (сечение 1) и по металлу границы сплавления (сече­ние 2) (рис. 2).

Рис. 2

а) расчет по металлу шва (сечение 1, рис. 2):

б) расчет по границе сплавления (сечение 2, рис. 2):

 

где β _f, β _z − коэффициенты, для сталей с пределом текучести до 530 МПа принимаемые в зависимости от вида сварки и положения швов по табл. 34* СНиП II-23-81* (для ручной электродуговой сварки β _{f =} 0,7; β _z = 1,0; для других видов сварки − см. табл. 34*), для сталей с пределом текучести более 530 МПа принимаются независимо от вида сварки, положения шва и диаметра проволоки: β _f = 0,7; β _z = 1,0;

   γ _wf,γ _wz− коэффициенты условий работы шва, равные 1,0 во всех случаях, кроме конструкций, возводимых в климатических райо­нах I₁, I₂, II₂, и II₃, для которых γ _wf = 0,85 для металла шва с норма­тивным сопротивлением R_wun = 410 МПа, γ _wz = 0,85 − для всех сталей;

l_w − расчетная длина шва, принимаемая меньше его полной длины на 10 мм;

R_wf − расчетное сопротивление углового шва, при расчете по металлу шва определяется по табл. 56 СНиП П-23-81* в зависи­мости от марки электродов;

R_wz − расчетное сопротивление углового шва при расчете по границе сплавления;

R_wz = 0,45 R_un (величину R_un − см. табл. 51* СНиП II-23-81*);

k_f − высота катета шва (см. рис. 2). Минимальные катеты швов – см. табл. 38* СниП II-23-81*.

1. Особенности расчета угловых швов при прикреплении уголков

При расчете прикрепления уголков угловыми сварными шва­ми учитывают, что усилие, действующее на уголок, прикладыва­ется к его центру тяжести и при приварке уголка к фасонке рас­пределяется между швами, выполненными по обушку и по перу уголка (рис. 3). Распределение усилия происходит пропорцио­нально площадям, отсеченным у уголка на разрезе линией цент­ра тяжести. В равнополочных уголках на швы по обушку прихо­дится 70% усилия, на швы по перу 30%. Соответственно, при оди­наковых по высоте катетах шва длина шва по обушку составит 70%, а по перу 30% от обшей длины шва. Общая длина шва опре­деляется по формулам расчета угловых сварных швов.

Рис. 3

Высота катета шва k_f по перу уголка обычно принимается мень­ше на 2 мм толщины уголка t, по обушку уголка высота катета назначается не более 1,2 t. Высоты катетов швов по перу уголка и по обушку могут назначаться одинаковыми с учетом требований п.12.8 СНиП II-23-81*. Расчетная длина углового сварного шва принимается не менее 4 k_f ине менее 40 мм.

4. Расчет сварных соединений на действие изгибающего момента

В случае воздействия изгибающего момента на сварное соеди­нение расчет производится в зависимости от вида сварных швов. 11ри воздействии на стыковые швы момента М в плоскости, пер­пендикулярной плоскости шва (рис. 8.9, а), расчет выполняется по формуле

где W_w − момент сопротивления расчетного сечения шва;

 

Пример 1. Рассчитать прикрепление двух уголков 100 х 8 к фасонке фермы толщиной t = 10 мм. Уголки и фасонка фермы вы­полнены из стали С345. На стержень действует растягивающее усилие N =300 кН; γ _n = 1,0. Сварка ручная электродуговая. Кли­матический район строительства II₄. Коэффициент условия рабо­ты γ _с = 0,95 (рис. 4).

Решение.

1. Определяем группу конструкции по табл. 50* СНиП II-23-81*: стержень фермы относится ко 2-й группе, а фасонка фермы – к 1-й группе.

2. Принимаем марку электродов: для сварки элементов, отно­сящихся к 1-й группе конструкций и учитывая, что элемент иыполнен из стали С345, по табл. 55* СниП II-23-81* принима­ем электроды Э50А. R_wf =215Мпа = 18,0 кН/см² (табл. 56 СниП II-23-81*). R_wz =0,45 R_un = 0,45 ∙ 490 = 220,5 Мпа = 22,5 кН/см² (R_un = 490 Мпа – см. табл. 2.2).

Рис. 4

 

 

  3. Принимаем высоту катетов швов одинаковую по перу и по обушку уголков k_f =6 мм = 0,6 см; высота катета принята больше минимальной высоты k_{f , min} =5 мм (табл. 38* СНиП II-23-81*).

4. Определяем по табл. 34* СНиП II-23-81* коэффициенты: β _f = 0,7;β _z =l,0.

   5. Устанавливаем для климатического района II₄ коэффициен­ты: γ _wf = 1,0; γ _wz = 1,0.

6. Определяем расчетную длину швов по металлу шва:

 

7. Определяем расчетную длину швов по металлу границы сплавления:

8. Длины швов принимаем по наибольшей длине (в данном случае по металлу шва). Следует учитывать, что эта длина шва требуется для прикрепления двух уголков. Распределяем швы меж­ду уголками − по перу (30%) и обушку уголка (70%):

Вывод. Принимаем швы с высотой катета k_f =6мм; сварка руч­ная электродуговая; электроды Э42А; распределение швов по обушку и перу уголка.

 

    

 Задание для самостоятельной работы.

Задача 1. Определить длину сварных швов, прикрепляющих уголок к фасонке фермы. Климатический район строительства II4, γc = 0,9. Сварка ручная электродуговая. На стержень из уголка 70 х 6 действует растягивающее усилие N = 100 кН, γn = 0,95; фасонка выполнена толщиной t = 12 мм, сталь С245 (рис. 5).

Рис. 5

 

                                                                                                                     Таблица 1

№варианта	Марка стали	Уголок	Усилие, кН	Толщина фасонки, мм
1	С245	70х6	60	10
2	С235	63х5	65	12
3	С245	50х5	70	14
4	С235	70х5	75	10
5	С245	75х6	80	12
6	С235	80х6	85	14
7	С245	90х6	90	10
8	С235	50х5	95	12
9	С245	63х5	100	14
10	С235	70х5	110	10
11	С245	70х6	120	12
12	С235	75х5	60	14
13	С245	80х6	65	10
14	С235	90х6	70	12
15	С245	50х5	75	14
16	С235	63х5	80	10
17	С245	70х5	85	12
18	С235	70х6	90	14
19	С245	75х5	95	10
20	С235	80х6	100	12
21	С245	90х6	110	14
22	С235	50х5	120	10
23	С245	63х5	60	12
24	С235	70х5	65	14
25	С245	70х6	70	10
26	С235	75х5	75	12
27	С245	80х6	80	14
28	С235	90х6	85	10
29	С245	70х5	90	12
30	С235	70х6	95	14