2020-06-08
519
Расчет сварного соединения
Пример
Рассчитать сварное соединение встык листов шириной b=300 мм, толщиной t1=6 мм и t2=10мм при действии расчетного осевого усилия растяжения N=300кН (рис. 12.1 а и б). Материал листов сталь марки ВСт3пс, сварка – ручная электродами Э42 с визуальным способом контроля качества шва. Коэффициент условий работы γс=0,9.
Рисунок 12.1 – Виды сварных стыковых швов: а - прямой, б – косой, в-е – типы сечений швов соответственно: без кромок, V-образный; Х-образный, К-образный
Решение
Расчет прямого стыка. Согласно табл. 12.1 для стали ВСт3пс расчетное сопротивление растяжению стыкового шва
Rwy=0,85∙Ry, МПа, (12.1)
где Ry – расчетное сопротивление металла растяжению, сжатию и изгибу по пределу текучести (табл. 12.2)
Rwy=0,85∙215=182 МПа
По конструктивным требованиям принимаем tmin=t1=0,006 м, b=0,3м и lw=b-2t1 см (рис. 12.1).
Проверяем прочность шва по условию
, (12.2)
|
|
|
где
(12.3)
,МПа,
, МПа. (12.4)
Прочность прямого шва недостаточна (174>164), необходимо устройство косого стыка. Определим усилие, которое может воспринять прямой шов:
, кН. (12.5)
Н,
что ниже действующей нагрузки 300000 Н.
Расчет косого стыка по рис. 12.1 б. Назначаем стык с отношением b:c=2:1, что соответствует углу α=63°26’. Длина косого шва
, см, (12.6)
м.
Нормальные напряжения в шве
, МПа, (12.7)
, МПа,
что меньше усилия, которое может воспринять шов Rwyγc=164 МПа.
Касательное напряжение в шве
, МПа, (12.8)
, МПа,
Усилие, которое может выдержать шов от касательных напряжений определяется условием
, (12.9)
где
, МПа. (12.10)
где Rs – расчетное сопротивление металла сдвигу (табл. 12.2)
, МПа.
Поскольку 68,7<127,3, то прочность косого шва обеспечена.
Так как t2-t1=10-6=4 мм, что больше t1/8=0,75 мм, то по конструктивным требованиям толстый лист в месте стыка должен иметь скос с уклоном 1:5 (рис. 12.1 б).
Таблица 12.1 – нормативные и расчетные сопротивления при растяжении, сжатии и изгибе труб для стальных конструкций зданий и сооружений
|
|
|
| Марка стали | ГОСТ или ТУ | Толщина стенки, мм | Нормативное сопротивление, МПа (кгс/мм2) | Расчетное сопротивление, МПа (кгс/см2) | ||
| Ryn | Run | Ry | Ru | |||
| ВСт3кп, ВСт3пс, ВСт3сп | ГОСТ10705-80* | до 10 | 225 (23) | 370 (38) | 215 (2200) | 350 (3550) |
| ВСт3пс, ВСт3сп | ГОСТ10706-76* | 5-15 | 245 (25) | 370 (38) | 235 (2400) | 350 (3550) |
| 20 | ГОСТ 8731-87 | 4-36 | 245 (25) | 410 (42) | 225 (2300) | 375 (3800) |
| 16Г2АФ | ТУ 14-3-567-76 | 6-9 | 440 (45) | 590 (60) | 400 (4100) | 535 (5450) |
Таблица 12.2 – Формулы для определения расчетных сопротивлений сварных соединений
| Соединения | Напряженное состояние | Вид контроля напряжений, вид болтов | Формула | Примечание |
| Сварные стыковые | Сжатие, растяжение и изгиб при автоматической и полуавтоматической или ручной сварке с физическим контролем качества шва | по пределу текучести Rwy | Rwy=Ry | Ry=Ryn/γm; γm=1,025÷1,15 |
| по временному сопротивлению Rwu | Rwu=Ru | Ry=Ryn/γm | ||
| Растяжение и изгиб при автоматической, полуавтоматической и ручной сварке | по пределу текучести Rwy | Rwy=0,85∙Ry | - | |
| Сдвиг Rws | - | Rws=Rs | Rs=0,58 Ryn/ γm | |
| Сварные с угловыми швами | Срез (условный) | по металлу шва Rwf | Rwf=0,55Rwun | γwm=1,25÷1,35 |
| по металлу границы сплавления Rwz | Rwz=0,45 Run | - |
Задание: решить задачу с условиями табл. 12.3
Таблица 12.3 – Исходные данные по вариантам
| Вариант | Ширина листов, мм | Толщина первого листа, мм | Толщина второго листа, мм | Осевое усилие растяжения, кН | Сталь | Коэффициент условий работы |
| 1 | 400 | 5 | 10 | 400 | ВСт3кп | 0,95 |
| 2 | 350 | 10 | 15 | 575 | ВСт3пс | 0,8 |
| 3 | 500 | 20 | 36 | 1050 | 20 | 0,9 |
| 4 | 425 | 6 | 9 | 295 | 16Г2АФ | 1,05 |
| 5 | 325 | 10 | 10 | 515 | ВСт3сп | 1,1 |
| 6 | 275 | 5 | 10 | 320 | ВСт3сп | 1,05 |
| 7 | 315 | 9 | 9 | 455 | 16Г2АФ | 0,75 |
| 8 | 525 | 8 | 12 | 435 | ВСт3пс | 1,2 |
| 9 | 385 | 26 | 36 | 2150 | 20 | 1,15 |
| 10 | 295 | 6 | 10 | 35 5 | ВСт3кп | 1,1 |
