Файл: Строительные правилареспублики беларусьсп 04. 012021Издание официальное.pdf

СП 5.04.01-2021
69
13 Проектирование стальных конструкций с учетом предотвращения хрупкого
разрушения
13.1 При проектировании стальных конструкций исключают возможность хрупкого разрушения, возникающую вследствие неблагоприятного влияния сочетания следующих факторов:
— пониженной температуры, при которой сталь в зависимости от ее химического состава, струк- туры и толщины проката переходит в хрупкое состояние;
— действия подвижных, динамических и вибрационных нагрузок;
— высоких местных напряжений, вызванных воздействием сосредоточенных нагрузок или дефор- маций деталей соединения, а также сварочных и остаточных напряжений;
— резких концентраторов напряжений, ориентированных поперек направления действия растя- гивающих напряжений.
13.2 Для предотвращения хрупкого разрушения конструкций:
— выбирают сталь с учетом 5.2 и таблицы А.1 (приложение А);
— избегают расположения сварных швов в зонах действия растягивающих напряжений, превы- шающих 0,4f
yd
;
— принимают меры по снижению неблагоприятного влияния концентрации напряжений и наклепа, вызванных конструктивным решением или возникающих при различных технологических операциях
(
правка, гибка, гильотинная резка, продавливание отверстий и т. п.);
— избегают пересечений сварных швов;
— применяют выводные планки и неразрушающие методы контроля качества швов — для свар- ных соединений;
— учитывают, что конструкции со сплошной стенкой имеют меньше концентраторов напряжений, чем решетчатые;
— не доводят фланговые швы до оси стыка не менее чем на 25 мм с каждой стороны — в стыках элементов, перекрываемых накладками;
— применяют возможно меньшие толщины элементов сечения (особенно при гильотинной резке кромок и продавливании отверстий);
— крепят фасонки связей, вспомогательных и других второстепенных элементов к растянутым элементам конструкций сваркой или на болтах.
13.3 При применении в сварных соединениях проката толщиной не менее 25 мм из низколегиро- ванных сталей в тавровых и угловых соединениях, а также у сварных швов с полным проплавлением, один из элементов в которых испытывает растягивающие напряжения по толщине листа, и осталь- ного проката толщиной более 40 мм, возникает риск возникновения слоистого разрушения (дефекта в прокате, образующегося под действием сварки, в виде слоистых трещин, параллельных плоскости проката). Такой дефект обнаруживается при ультразвуковом контроле качества швов.
Возникновение слоистого разрушения существенно зависит от формы соединений и расположе- ния сварных швов, от размера шва, толщины свариваемых элементов, степени жесткости соединения и технологии сварки, а также от категории сплошности проката.
13.4 Склонность проката к слоистым разрушениям определяют при испытаниях на растяжение по значению относительного сужения

z
на образцах, ось которых нормальна поверхности проката.
13.5 Возможность слоистого разрушения исключается соблюдением условия p
н
,
z
z
   где p
z
 — суммарный фактор риска, %; н
z

— нормируемое значение фактора риска для проката, равное 15 %, 25 %, 35 %, соответ- ственно для групп качества проката Z15, Z25, Z35 (см. ГОСТ 28870). При этом прокат по 13.3 должен удовлетворять требованиям группы качества:
— Z35
— для конструкций группы 1 (см. приложение А);
— Z25
— для других конструкций группы 1, а также для фланцевых соединений и в случае, когда усилие нормально поверхности листа;
— Z15
— в остальных случаях.

СП 5.04.01-2021
70
Расчетное значение p
z

определяют по формуле p
ф ш
ж с
,
z
z
zt
z
z
z
          
(185) где ф
z

— форма соединения и расположение сварных швов;
zt

— толщина свариваемого проката; ш
z

— катет шва; ж
z

— степень жесткости соединения; с
z

— влияние технологии сварки (суммарный фактор от числа проходов, последовательности наложения швов и подогрева).
Значения ф
,
z

,
zt

ш
,
z

ж
,
z

с
z

представлены в таблице 38.
Расчетное значение p
z

может быть уменьшено на 50 % в случае работы материала на статиче- ское сжатие по толщине и увеличено на 10 % — в случае действия по толщине динамических или вибрационных нагрузок.
Таблица 38
Параметры для определения суммарного фактора риска

zp
Характеристики сварных соединений и технология сварки
Фактор риска, %
Соединение без напряжений в направлении Z
t
0,1t
ф
25
z
  
Угловое соединение с симметрично расположенным швом
0,5t
ф
10
z
  
Соединение с промежуточным наплавленным слоем ф
5
z
  
Обычное тавровое соединение с угловыми швами ф
0
z
 
Тавровое соединение с угловыми швами с полным или частичным проваром ф
3
z
  
Соединение с угловыми швами, расположенными вблизи свободного торца листа ф
5
z
  
Угловые соединения с полным проваром ф
8
z
  

СП 5.04.01-2021
71
Окончание таблицы 38
Параметры для определения суммарного фактора риска

zp
Характеристики сварных соединений и технология сварки
Фактор риска, %
Толщина листа t, мм, работающего в Z направлении,
zt

0,2
zt
t
 
Величина катета углового шва a, мм, ш
z

t
a
ш
0,3
z
a
 
Степень жесткости соединения ж
:
z

низкая — возможна свободная усадка ж
0
z
 
средняя — частично возможны усадка шва и деформация конструкции ж
3
z
  
высокая — жесткое закрепление без усадки шва ж
5
z
  
Технология сварки
zc

Число проходов
Один
0
zc
 
Несколько
2
zc
  
Последовательность наложения швов
Попеременно с одной и с другой стороны соединения
2
zc
  
Вначале с одной, затем с другой стороны соединения
0
zc
 
Подогрев
Без подогрева
0
zc
 
С подогревом
8
zc
  
14
Проектирование соединений стальных конструкций
14.1
Сварные соединения
14.1.1
При проектировании стальных конструкций со сварными соединениями:
— назначают размеры сварных швов с учетом требований 14.1.2, 14.1.4–14.1.6, а также приме- няют минимально необходимое число расчетных и конструктивных сварных швов;
— обеспечивают свободный доступ к местам выполнения сварных соединений с учетом выбран- ного вида и технологии сварки.
14.1.2
Основные типы, конструктивные элементы и размеры сварных соединений — в соответ- ствии с ТНПА.
14.1.3
При выборе электродов, сварочной проволоки и флюсов учитывают группы конструкций и расчетные температуры, указанные в приложениях А и Г.
14.1.4
При проектировании сварных соединений исключают возможность хрупкого разрушения конструкций с учетом положений раздела 13.
14.1.5
При проектировании тавровых и угловых сварных соединений элементов стальных кон- струкций с растягивающими напряжениями в направлении толщины проката для исключения возмож- ности слоистого разрушения металла под сварным швом:
— применяют стали для конструкций группы 1 (приложение А) с гарантированными механиче- скими свойствами в направлении толщины проката (см. 13.5);
— применяют сварочные материалы с пониженной прочностью и повышенной пластичностью; технологические приемы сварки, направленные на снижение остаточных сварочных напряжений;
— исключают применение одностороннего углового шва и применяют двусторонний шов;
— заменяют угловые соединения тавровыми и обеспечивают в них отношение ширины свеса к толщине элементов не менее 1;
— применяют разделки кромок, обеспечивающие снижение объема наплавленного металла.

СП 5.04.01-2021
72
14.1.6
Сварные стыковые соединения листовых деталей проектируют прямыми с полным прова- ром и с применением выводных планок.
В условиях монтажа применяется односторонняя сварка с подваркой корня и сварка на остаю- щейся стальной подкладке.
При сварке листов разной толщины или ширины применяют односторонний или двухсторонний скос кромок с уклоном не более 1:5, что обеспечивает плавное распределение силового потока.
Применение прерывистых стыковых сварных швов не допускается.
14.1.7
Размеры сварных угловых швов и конструкция соединения должны удовлетворять следу- ющим требованиям: а) катет углового шва k
f
не должен превышать 1,2t (t — наименьшая из толщин свариваемых элементов); катет шва, наложенного на закругленную кромку фасонного проката толщиной t, не дол- жен превышать 0,9t; б) катет углового шва k
f
должен удовлетворять требованиям расчета и должен быть не менее указанного в таблице 39; при обеспечении глубины провара в тавровом двустороннем, а также в нахлесточном и угловом соединениях, при обеспечении мероприятий, гарантирующих отсутствие дефектов, в том числе технологических трещин, катет шва (от 5 мм и более) принимается менее ука- занного в таблице 39, но не менее 4 мм; в) расчетная длина углового шва должна быть не менее 4k
f
и не менее 40 мм; г) расчетная длина флангового шва должна быть не более 85

f
k
f
, за исключением швов, в которых усилие действует на всем протяжении шва (

f
— коэффициент; принимают по таблице 40); д) размер нахлестки должен быть не менее пятикратной толщины наиболее тонкого из сварива- емых элементов; е) соотношение размеров катетов угловых швов принимают 1:1; при разной толщине свариваемых элементов принимают швы с неравными катетами; при этом катеты, примыкающие к более тонкому или более толстому элементу, должны удовлетворять требованиям, перечисленным в а) или б) соот- ветственно; ж) угловые швы выполняют с плавным переходом к основному металлу; з) угловые сварные швы разрешается применять для соединения деталей, свариваемые поверх- ности которых расположены под углом от 60
 до 120; и) разрешается угол менее 60
, однако в этом случае угловой сварной шов рассматривают как стыковой с неполным проваром; к) угловые сварные швы, расположенные на концах соединяемых элементов (в торце или сбоку), заводят за угол непрерывно и полноразмерно на расстояние, равное по крайней мере двукратному катету шва, если доступность и конфигурация узла позволяют это выполнить.
Таблица 39
Вид соединения
Вид сварки
Характеристическое значение предела текучести стали,
Н/мм
2
Минимальный катет шва k
f
, мм, при толщине более толстого из свариваемых элементов t, мм от 4 до 5 включ.
от 6 до 10 включ.
от 11 до 16 включ.
от 17 до 22 включ. от 23 до 32 включ.
от 33 до 40 включ.
Тавровое с дву- сторонними угло- выми швами; на- хлесточное и уг- ловое
Ручная дуго- вая
До 285 включ. 4 4 4 6 10 12
Св. 285 до 390 включ.
4 5 6 8 10 14
Св. 390 до 590 включ.
5 6 7 8 10 14
Автоматиче- ская и меха- низирован- ная
До 285 включ. 3 4 4 6 10 12
Св. 285 до 390 включ.
3 4 5 8 10 14
Св. 390 до 590 включ.
4 5 6 8 10 14

СП 5.04.01-2021
73
Окончание таблицы 39
Вид соединения
Вид сварки
Характеристическое значение предела текучести стали,
Н/мм
2
Минимальный катет шва k
f
, мм, при толщине более толстого из свариваемых элементов t, мм от 4 до 5 включ.
от 6 до 10 включ.
от 11 до 16 включ.
от 17 до 22 включ. от 23 до 32 включ.
от 33 до 40 включ.
Тавровое с одно- сторонними угло- выми швами
Ручная дуго- вая
До 375 включ. 5 6 7 8 10 14
Автоматиче- ская и меха- низирован- ная
4 5 6 10 10 18
Примечания
1
В конструкциях из стали с пределом текучести более 590 Н/мм
2
минимальный катет швов принимают по техническим условиям.
2
Для всех сталей при толщине элементов более 40 мм катет сварного шва принимают по расчету.
Таблица 40
Вид сварки при диаметре сварочной проволоки сплошного сечения d, мм
Положение шва
Коэ ффициент
Значение коэффициентов

f
и

z
при нормальных режимах сварки и катетах швов, мм от 3 до 8 включ. от 9 до 12 включ.
от 14 до 16 включ. св. 16
Автоматическая при d от 3 до 5
В лодочку

f
1,1 0,7

z
1,15 1,0
Нижнее

f
1,1 0,9 0,7

z
1,15 1,05 1,0
Автоматическая и механизи- рованная при d от 1,4 до 2
В лодочку

f
0,9 0,8 0,7

z
1,05 1,0
Нижнее, горизон- тальное, верти- кальное

f
0,9 0,8 0,7

z
1,05 1,0
Ручная и механизированная при d менее1,4 или порошко- вой проволокой
В лодочку

f
0,7
Нижнее, горизон- тальное, верти- кальное, пото- лочное

z
1,0
14.1.8
Для угловых швов, размеры которых установлены в соответствии с расчетом, для элемен- тов из стали с пределом текучести до 285 Н/мм
2
применяют электродные материалы, удовлетворяю- щие условиям:
— f
wf
 f
wz
— при механизированной сварке;
—
1,1
wz
z
wz
wf
f
f
f
f




— при ручной сварке.

СП 5.04.01-2021
74
Для элементов из стали с пределом текучести более 285 Н/мм
2
применяют электродные мате- риалы, удовлетворяющие условию
wz
z
wz
wf
f
f
f
f




(
f

и
z

— коэффициенты, зависящие от технологии сварки и катета шва; определяют по таблице 40).