Расчет сварного соединения на одновременное действие

Примером такого соединения может служить прикрепление подкрановой консоли к колонне.

Пример 10.10. Проверить прочность сварного соединения одностенчатой консоли с колонной. Сталь класса С255. Сварка механизированная в среде СО₂ сварочной проволокой марки Св-08Г2С диаметром 1,4 мм. Катет шва k_f = 8 мм. К консоли приложена расчетная сосредоточенная сила F = 800 кН с эксцентриситетом (расстоянием от оси подкрановой балки до грани колонны) е = 350 мм. Размеры сечения консоли показаны на рис. 10.35.

Рис. 10.35. Прикрепление консоли к колонне:

а – прикрепление консоли; б – геометрические характеристики сечения;

в – расчетные длины швов; г – эпюры напряжений в шве

Предварительно определяем:

– R_wf = 215 МПа = 21,5 кН/см² – расчетное сопротивление металла шва (см. табл. 1.18);

– R_wz = 0,45 R_un = 0,45 ∙ 370 = 166,5 МПа = 16,65 кН/см² (см. табл. 1.16), здесь R_un = 370 МПа для стали С255 при толщине свариваемых элементов от 10 до 20 мм (см. табл. 1.14);

– β_f = 0,9 и β_z = 1,05 – коэффициенты проплавления, принимаемые для механизированной сварки при диаметре сварочной проволоки 1,4 мм и катетах швов 8 мм (см. табл. 10.19);

– γ_wf = γ_wz = 1 – коэффициенты условий работы соединения.

Сравниваем:

β_fR_wf = 0,9 ∙ 215 = 193,5 МПа > β_zR_wz = 1,05 ∙ 166,5 = 174,8 МПа,

следовательно, рассчитываем сварные швы по металлу границы сплавления.

В месте прикрепления консоли действуют:

– изгибающий момент М = F е = 800 ∙ 0,35 = 280 кН∙м;

– поперечная сила Q = F = 800 кН.

Определяем геометрические характеристики сечения сварных швов в месте прикрепления консоли к колонне с учетом дефектов швов в начале и конце сварки по 10 мм (см. рис. 10.35, в). Суммарная расчетная длина швов, прикрепляющих один пояс,

∑l _{w , n} = (b_f – 1) + [ b_f – (t_w + 2 k_f + 2 ∙ 0,5)] =

= (25 – 1) + [25 – (1 + 2 ∙ 0,8 +1)] = 45,4 cм.

Площадь сварного шва у пояса

A_w,n = β_f k_f ∑ l_w,n = 1,05 ∙ 0,8 ∙ 45,4 = 38,14 см².

Суммарная расчетная длина швов, прикрепляющих стенку,

∑ l_w,ст = 2 (h_w – 1) = 78 см.

Площадь сварного шва у стенки

A_w,ст = β_z k_f ∑ l_{w , cт} = 1,05 ∙ 0,8 ∙ 78 = 65,52 см².

Общая площадь всех сварных швов

A_w = A_w,ст + 2 A_w,n = 65,52 + 2 ∙ 38,14 =141,8 см².

Момент инерции всех сварных швов относительно оси х-х

I_w = [2 β_z k_f (h_w – 1)³] / 12 + 2[ A_w.n (h_f /2)²] =

= [2 ∙ 1,05 ∙ 0,8 · (40 – 1)³] / 12 + 2 · [38,14 · (41,4 / 2)²] = 40989,9 см⁴.

Момент сопротивления швов

W_w = 2 J_w / h = 2 ∙ 40989,9 / 42,8 = 1915,42 см³.

Срезающее напряжение в шве от М

τ_wМ = М / W_w = 28000 / 1915,42 = 14,62 кН/см².

Срезающее напряжение в шве от Q

τ_wQ = Q / A_w = 800 / 141,8 = 5,64 кН/см².

Проверяем суммарное напряжение в сварном шве

τ_w = = = 15,67 кН/см² =

= 156,7 МПа < R_wz γ_wz γ_c = 166,5 МПа.

Прочность соединения обеспечена.