Файл: Федеральное агентство по образованию иркутский государственный технический университет.doc
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 09.12.2023
Просмотров: 838
Скачиваний: 2
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
СОДЕРЖАНИЕ
торцевой поверхности (при наличии пригонки)
Расчетные сопротивления срезу и растяжению болтов
Основные размеры элементов подкрановых балок
Расчетные сопротивления растяжению фундаментных болтовRba
Рис. 9.1 К определению расчетных усилий в разрезной подкрановой балке:
г – схема загружения балки одним краном для определения прогиба
2 (см. табл. 2.3).
Предельное усилие, которое может выдержать прикрепляемый лист:
N = Rybt = 26 · 25 · 1 = 650 кН.
Принимаем катет шва равным толщине привариваемого элемента
kf = t1 = 10 мм.
Выбираем сварочные материалы (см. табл. 2.5).
Электроды типа Э46. Расчетные сопротивления: а) при расчете по металлу шва Rwf = 200 МПа = 20 кН/см2; б) при расчете по металлу границы сплавления Rwz = 0,45Run = 0,45 · 380 = 171 МПа = 17,1 кН/см2.
Коэффициенты проплавления (см. табл. 10.19): βf= 0,7; βz= 1,0.
Коэффициенты условий работы шва γwf = γwz = 1,0.
Сравниваем:
βfRwf = 0,7 · 200 = 140 МПа < βzRwz = 1 · 171 МПа.
Расчет производим по металлу сварного шва.
Определяем усилие, воспринимаемое одним лобовым швом с расчетной длинойlw,л = b– 1 = 25 – 1 = 24 см:
Nл = βfkf lw,л Rwf γwf γс = 0,7 · 1 · 24 · 20 · 1 · 1 = 336 кН.
Определяем усилие, приходящееся на каждый из фланговых швов:
Nф = (N – Nл) / 2 = (675 – 336) / 2 = 169,5 кН.
Вычисляем расчетную длину флангового шва:
lw,ф =Nф / (βfkf Rwf γwf γс)=169,5 / (0,7 · 1 · 20 · 1 · 1) = 12,1 см.
Принимаем lw,ф = 13 см.
Длина нахлестки (с учетом дефектов в начале и конце шва)
l = lw,ф + 1 = 13 + 1 = 14 см, что больше 5tmin = 5 · 1 = 5 см и меньшеlw,max=85βfkf = 85 · 0,7 · 1 = 59,5 см.
Нахлесточные соединения, работающие на чистый изгиб (рис. 10.30). Расчет сварных нахлесточных соединений с угловыми швами на действие момента в плоскости, перпендикулярной плоскости расположения швов, производится по двум сечения по формулам:
– по металлу шва
M/Wf ≤ Rwfγwfγc;
– по металлу границы сплавления
M/Wz ≤ Rwzγwzγc,
где Wf
= βfkflw2 / 6 – момент сопротивления расчетного сечения по металлу шва;
Wz = βzkflw2 / 6 – то же по металлу границы сплавления.
Расчет сварных соединений с угловыми швами на действие момента в плоскости расположения этих швов производится в предположении, что напряжения σw распределяются по продольному расчетному сечению шва неравномерно, достигая максимума в точках, наиболее удаленных от центра тяжести сечения (рис. 10.30, точка А):
– по металлу шва
– по металлу границы сплавления
где М – расчетный изгибающий момент, действующий в соединении;
Ifx = βfkflw3 / 12 и Ify = (βfkf)3lw/ 12 – моменты инерции расчетного сечения относительно его главных осей x-x и y-y по металлу шва;
Izx = βzkflw3 / 12 и Izy = (βzkf)3lw/ 12 – то же по металлу границы сплавления;
x = βfkf / 2 (или βzkf / 2) и y = lw / 2 – координаты точки шва, наиболее удаленной от центра тяжести расчетного сечения швов, относительно главных осей этого сечения.
Рис. 10.30. К расчету сварного соединения на чистый изгиб
В большинстве случаев швы имеют большую протяженность lw и относительно небольшой катет шва kf, то есть Ifx>>Ify; y >>x. В этом случаемоментом инерцииIfy относительно оси y-y обычно пренебрегают. Поэтому сварные швы, работающие на чистый изгиб в плоскости расположения этих швов, можно рассчитывать на прочность по обычным формулам, как для соединений с угловыми швами в плоскости, перпендикулярной плоскости расположения швов. Условие прочности на изгиб записывается через осевой момент сопротивления:
– по металлу шва
σwf= M/ Wfx = 6M/ (βfkflw2) ≤ Rwfγwfγc;
– по металлу границы сплавления
σwz= M/ Wzx = 6M/ (βzkflw2) ≤ Rwzγwzγc .
Пример 10.5. Проверить прикрепление внахлестку листа сечением 250×20 мм (см. рис. 10.30), выполненное ручной сваркой угловыми швами на действие момента M = 2000 кН·м в плоскости расположения швов. Сварка выполняется в нормальном режиме электродами Э42. Расчетные сопротивления сварного шва сдвигу по металлу шва – Rwf = 180 МПа и по металлу границы сплавления – Rwz= 166,5 МПа.
Коэффициенты βf= 0,7 иβz = 1,0.
Расчет производим по металлу шва, так как
βfRwf= 0,7·180 = 126 МПа <βzRwz= 1·166,5 = 166,5 МПа.
Принимаем катет шва равным толщине листа t= 20 мм.
Определяем моменты инерции расчетного сечения шва:
Ifx = βfkflw3 / 12 = 0,7 · 2 · 243 / 12 = 1612,8 см4;
Ify = (βf kf)3lw / 12 = (0,7 · 2)3 · 24 / 12 = 5,49 см4,
где lw = b – 1 = 25 – 1 = 24 см – расчетная длина шва.
Координаты наиболее напряженной точки:
x = βfkf / 2 = 0,7 · 2 / 2 = 0,7 см; y = lw / 2 = 24 / 2 = 12 см.
Производим проверку
Условие прочности шва выполняется.
10.1.15.3. Комбинированные соединения
Комбинированное соединение может применяться в случае особой необходимости, когда напряжения в основном металле больше допустимых для сварных швов (Rwy = 0,85Ry). В этом случае для обеспечения равной прочности сварного соединения основному сечению стыковые швы усиливаются двусторонними накладками (рис. 10.31). Такое соединение допустимо при работе на статические нагрузки.
Рис. 10.31. Усиление стыкового шва накладками
Перед наложением накладок усиление сварного шва (валик шва) снимается наждачным кругом.
При расчете комбинированного соединения условно принимается, что напряжение в стыковом шве и накладках одинаково и определяется по формуле
σ = N / (Aw + ∑Aн) ≤ Rwyγc,
где Aw – площадь сечения сварных швов, равная площади сечения соединяемых элементов;
∑Aн – суммарная площадь сечения накладок;
Rwy – расчетное сопротивление стыкового шва сжатию или растяжению;
γc–коэффициент условий работы.
Пример 10.6. Рассчитать сварное соединение полос из стали С245 встык, выполненное ручной сваркой электродами Э42 с визуальным контролем качества шва. Растягивающая сила N = 1400 кН. Размер сечения полос b×t = 300×20 мм. Расчетное сопротивление стали при толщине проката до 20 мм включительно Ry= 240 МПа, нормативное сопротивление по временному сопротивлению Run = 370 МПа (см.табл. 2.3). Коэффициент условий работы γc= 1,0. Режим сварки нормальный.
Выполняем прямой стыковой шов, концы шва выводим на планки. Расчетное сопротивление стыкового шва в соединении, работающем на растяжение (качество шва не проверено физическими способами контроля) определяется по формуле
Rwy = 0,85Ry= 0,85 · 240 = 204 МПа = 20,4 кН/см2.
Проверяем прочность стыкового шва:
σw= N/ Aw = 1400 / 60 = 23,33 кН/см2 > Rwyγc = 20,4 кН/см2,
где Aw= tlw = 2 · 30 = 60 см2;
lw = b = 30 см.
Условие прочности шва не выполняется.
Производим усиление сварного соединения двумя ромбическими накладками минимальной толщины сечением 250×6 мм каждая.
Площадь накладки Aн = tнbн = 0,6 · 25 = 15 см2.
Для уменьшения концентрации напряжений ширина накладок не должна сильно отличаться от ширины соединяемых листов – bн = b – 2 · 2,5 = = 30 – 5 = 25 см.
Определяем напряжения в стыковом шве:
σ = N / (Aw + 2Aн) = 1400 / (60 + 2 · 15) = 15,56 кН/см2 < Rwyγc = 20,4 кН/см2.
Усилие, воспринимаемое каждой накладкой:
Nн = σ Aн = 15,56 · 15 = 233,4 кН.
Задаемся максимальным катетом шва, равным толщине накладки, k
f= tн= 6 мм.
Определяем расчетные сопротивления сварного шва сдвигу при ручной сварке:
Rwf = 180 МПа = 18 кН/см2 – при расчете по металлу шва, принимается по табл. 2.7;
Rwz = 0,45Run= 0,45 · 370 = 166,5 МПа = 16,65 кН/см2 – при расчете по металлу границы сплавления.
Коэффициенты проплавления сварного шва принимаем для ручной сварки: βf = 0,7 и βz = 1,0.
Коэффициенты условий работы шва γwf = γwz = 1,0.
Определяем, какая из проверок (по металлу шва или по металлу границы сплавления) имеет решающее значение:
βfRwf= 0,7 · 180 = 126 МПа < βzRwz = 1 · 166,5 = 166,5 МПа.
Расчет производим по металлу шва.
Усилие в накладке должно быть воспринято приваркой накладки, откуда определяем требуемую суммарную длину угловых швов, необходимых для прикрепления накладки с одной стороны стыка:
Σlw = Nн / (βfkfRwfγwfγс)=233,4 / (0,7 · 0,6 · 18 · 1 · 1) = 30,87 см.
Принимаем два шва (с учетом дефектов в начале и конце шва по 0,5 см) длиной
lw = Σlw / 2 + 2 · 0,5 = 30,87 / 2 + 1 = 16,44 см ≈ 17 см.
10.1.15.4. Тавровые соединения
Тавровые соединения применяют при изготовлении сварных стержней (двутавров, тавров) и других конструктивных элементов (двутавровые балки, колонны). В тавровом соединении торец одного элемента приваривается к поверхности другого элемента двумя угловыми швами. Для крепления ребер жесткости и диафрагм, а также для сварки стенок с поясами балок и колонн двутаврового сечения, работающих на статическую нагрузку, допускается применение односторонних угловых швов с катетом kf минимальное значение которого определяется по табл. 10.10.
В ответственных конструкциях, работающих на динамическую нагрузку или возводимых и эксплуатируемых в районах с расчетными температурами ниже –40ºС (конструкции «северного исполнения») соединение элементов производится стыковыми швами с проплавлением шва на всю глубину (при толщине привариваемого элемента t> 10 мм с разделкой кромок под сварку).
Предельное усилие, которое может выдержать прикрепляемый лист:
N = Rybt = 26 · 25 · 1 = 650 кН.
Принимаем катет шва равным толщине привариваемого элемента
kf = t1 = 10 мм.
Выбираем сварочные материалы (см. табл. 2.5).
Электроды типа Э46. Расчетные сопротивления: а) при расчете по металлу шва Rwf = 200 МПа = 20 кН/см2; б) при расчете по металлу границы сплавления Rwz = 0,45Run = 0,45 · 380 = 171 МПа = 17,1 кН/см2.
Коэффициенты проплавления (см. табл. 10.19): βf= 0,7; βz= 1,0.
Коэффициенты условий работы шва γwf = γwz = 1,0.
Сравниваем:
βfRwf = 0,7 · 200 = 140 МПа < βzRwz = 1 · 171 МПа.
Расчет производим по металлу сварного шва.
Определяем усилие, воспринимаемое одним лобовым швом с расчетной длинойlw,л = b– 1 = 25 – 1 = 24 см:
Nл = βfkf lw,л Rwf γwf γс = 0,7 · 1 · 24 · 20 · 1 · 1 = 336 кН.
Определяем усилие, приходящееся на каждый из фланговых швов:
Nф = (N – Nл) / 2 = (675 – 336) / 2 = 169,5 кН.
Вычисляем расчетную длину флангового шва:
lw,ф =Nф / (βfkf Rwf γwf γс)=169,5 / (0,7 · 1 · 20 · 1 · 1) = 12,1 см.
Принимаем lw,ф = 13 см.
Длина нахлестки (с учетом дефектов в начале и конце шва)
l = lw,ф + 1 = 13 + 1 = 14 см, что больше 5tmin = 5 · 1 = 5 см и меньшеlw,max=85βfkf = 85 · 0,7 · 1 = 59,5 см.
Нахлесточные соединения, работающие на чистый изгиб (рис. 10.30). Расчет сварных нахлесточных соединений с угловыми швами на действие момента в плоскости, перпендикулярной плоскости расположения швов, производится по двум сечения по формулам:
– по металлу шва
M/Wf ≤ Rwfγwfγc;
– по металлу границы сплавления
M/Wz ≤ Rwzγwzγc,
где Wf
= βfkflw2 / 6 – момент сопротивления расчетного сечения по металлу шва;
Wz = βzkflw2 / 6 – то же по металлу границы сплавления.
Расчет сварных соединений с угловыми швами на действие момента в плоскости расположения этих швов производится в предположении, что напряжения σw распределяются по продольному расчетному сечению шва неравномерно, достигая максимума в точках, наиболее удаленных от центра тяжести сечения (рис. 10.30, точка А):
– по металлу шва
– по металлу границы сплавления
где М – расчетный изгибающий момент, действующий в соединении;
Ifx = βfkflw3 / 12 и Ify = (βfkf)3lw/ 12 – моменты инерции расчетного сечения относительно его главных осей x-x и y-y по металлу шва;
Izx = βzkflw3 / 12 и Izy = (βzkf)3lw/ 12 – то же по металлу границы сплавления;
x = βfkf / 2 (или βzkf / 2) и y = lw / 2 – координаты точки шва, наиболее удаленной от центра тяжести расчетного сечения швов, относительно главных осей этого сечения.
Рис. 10.30. К расчету сварного соединения на чистый изгиб
В большинстве случаев швы имеют большую протяженность lw и относительно небольшой катет шва kf, то есть Ifx>>Ify; y >>x. В этом случаемоментом инерцииIfy относительно оси y-y обычно пренебрегают. Поэтому сварные швы, работающие на чистый изгиб в плоскости расположения этих швов, можно рассчитывать на прочность по обычным формулам, как для соединений с угловыми швами в плоскости, перпендикулярной плоскости расположения швов. Условие прочности на изгиб записывается через осевой момент сопротивления:
– по металлу шва
σwf= M/ Wfx = 6M/ (βfkflw2) ≤ Rwfγwfγc;
– по металлу границы сплавления
σwz= M/ Wzx = 6M/ (βzkflw2) ≤ Rwzγwzγc .
Пример 10.5. Проверить прикрепление внахлестку листа сечением 250×20 мм (см. рис. 10.30), выполненное ручной сваркой угловыми швами на действие момента M = 2000 кН·м в плоскости расположения швов. Сварка выполняется в нормальном режиме электродами Э42. Расчетные сопротивления сварного шва сдвигу по металлу шва – Rwf = 180 МПа и по металлу границы сплавления – Rwz= 166,5 МПа.
Коэффициенты βf= 0,7 иβz = 1,0.
Расчет производим по металлу шва, так как
βfRwf= 0,7·180 = 126 МПа <βzRwz= 1·166,5 = 166,5 МПа.
Принимаем катет шва равным толщине листа t= 20 мм.
Определяем моменты инерции расчетного сечения шва:
Ifx = βfkflw3 / 12 = 0,7 · 2 · 243 / 12 = 1612,8 см4;
Ify = (βf kf)3lw / 12 = (0,7 · 2)3 · 24 / 12 = 5,49 см4,
где lw = b – 1 = 25 – 1 = 24 см – расчетная длина шва.
Координаты наиболее напряженной точки:
x = βfkf / 2 = 0,7 · 2 / 2 = 0,7 см; y = lw / 2 = 24 / 2 = 12 см.
Производим проверку
Условие прочности шва выполняется.
10.1.15.3. Комбинированные соединения
Комбинированное соединение может применяться в случае особой необходимости, когда напряжения в основном металле больше допустимых для сварных швов (Rwy = 0,85Ry). В этом случае для обеспечения равной прочности сварного соединения основному сечению стыковые швы усиливаются двусторонними накладками (рис. 10.31). Такое соединение допустимо при работе на статические нагрузки.
Рис. 10.31. Усиление стыкового шва накладками
Перед наложением накладок усиление сварного шва (валик шва) снимается наждачным кругом.
При расчете комбинированного соединения условно принимается, что напряжение в стыковом шве и накладках одинаково и определяется по формуле
σ = N / (Aw + ∑Aн) ≤ Rwyγc,
где Aw – площадь сечения сварных швов, равная площади сечения соединяемых элементов;
∑Aн – суммарная площадь сечения накладок;
Rwy – расчетное сопротивление стыкового шва сжатию или растяжению;
γc–коэффициент условий работы.
Пример 10.6. Рассчитать сварное соединение полос из стали С245 встык, выполненное ручной сваркой электродами Э42 с визуальным контролем качества шва. Растягивающая сила N = 1400 кН. Размер сечения полос b×t = 300×20 мм. Расчетное сопротивление стали при толщине проката до 20 мм включительно Ry= 240 МПа, нормативное сопротивление по временному сопротивлению Run = 370 МПа (см.табл. 2.3). Коэффициент условий работы γc= 1,0. Режим сварки нормальный.
Выполняем прямой стыковой шов, концы шва выводим на планки. Расчетное сопротивление стыкового шва в соединении, работающем на растяжение (качество шва не проверено физическими способами контроля) определяется по формуле
Rwy = 0,85Ry= 0,85 · 240 = 204 МПа = 20,4 кН/см2.
Проверяем прочность стыкового шва:
σw= N/ Aw = 1400 / 60 = 23,33 кН/см2 > Rwyγc = 20,4 кН/см2,
где Aw= tlw = 2 · 30 = 60 см2;
lw = b = 30 см.
Условие прочности шва не выполняется.
Производим усиление сварного соединения двумя ромбическими накладками минимальной толщины сечением 250×6 мм каждая.
Площадь накладки Aн = tнbн = 0,6 · 25 = 15 см2.
Для уменьшения концентрации напряжений ширина накладок не должна сильно отличаться от ширины соединяемых листов – bн = b – 2 · 2,5 = = 30 – 5 = 25 см.
Определяем напряжения в стыковом шве:
σ = N / (Aw + 2Aн) = 1400 / (60 + 2 · 15) = 15,56 кН/см2 < Rwyγc = 20,4 кН/см2.
Усилие, воспринимаемое каждой накладкой:
Nн = σ Aн = 15,56 · 15 = 233,4 кН.
Задаемся максимальным катетом шва, равным толщине накладки, k
f= tн= 6 мм.
Определяем расчетные сопротивления сварного шва сдвигу при ручной сварке:
Rwf = 180 МПа = 18 кН/см2 – при расчете по металлу шва, принимается по табл. 2.7;
Rwz = 0,45Run= 0,45 · 370 = 166,5 МПа = 16,65 кН/см2 – при расчете по металлу границы сплавления.
Коэффициенты проплавления сварного шва принимаем для ручной сварки: βf = 0,7 и βz = 1,0.
Коэффициенты условий работы шва γwf = γwz = 1,0.
Определяем, какая из проверок (по металлу шва или по металлу границы сплавления) имеет решающее значение:
βfRwf= 0,7 · 180 = 126 МПа < βzRwz = 1 · 166,5 = 166,5 МПа.
Расчет производим по металлу шва.
Усилие в накладке должно быть воспринято приваркой накладки, откуда определяем требуемую суммарную длину угловых швов, необходимых для прикрепления накладки с одной стороны стыка:
Σlw = Nн / (βfkfRwfγwfγс)=233,4 / (0,7 · 0,6 · 18 · 1 · 1) = 30,87 см.
Принимаем два шва (с учетом дефектов в начале и конце шва по 0,5 см) длиной
lw = Σlw / 2 + 2 · 0,5 = 30,87 / 2 + 1 = 16,44 см ≈ 17 см.
10.1.15.4. Тавровые соединения
Тавровые соединения применяют при изготовлении сварных стержней (двутавров, тавров) и других конструктивных элементов (двутавровые балки, колонны). В тавровом соединении торец одного элемента приваривается к поверхности другого элемента двумя угловыми швами. Для крепления ребер жесткости и диафрагм, а также для сварки стенок с поясами балок и колонн двутаврового сечения, работающих на статическую нагрузку, допускается применение односторонних угловых швов с катетом kf минимальное значение которого определяется по табл. 10.10.
В ответственных конструкциях, работающих на динамическую нагрузку или возводимых и эксплуатируемых в районах с расчетными температурами ниже –40ºС (конструкции «северного исполнения») соединение элементов производится стыковыми швами с проплавлением шва на всю глубину (при толщине привариваемого элемента t> 10 мм с разделкой кромок под сварку).