Файл: Федеральное агентство по образованию иркутский государственный технический университет.doc

Пример 10.7. Рассчитать соединение пояса со стенкой в сварной двутавровой балке, составленной из трех листов. Размеры сечения приведены на рис. 10.32. Материал конструкции – сталь класса С255. Температура эксплуатации –37^оС. Соединение выполняется автоматической сваркой угловыми непрерывными швами одинаковой толщины по всей длине балки. Поперечная сила на опоре Q_max = 1033,59 кН. Сосредоточенное давление от балок, опирающихся на верхний пояс при этажном сопряжении, F = 322,2 кН/см².

Выбираем сварочные материалы (см. табл. 2.5) в зависимости от класса стали, группы стали, климатического района строительства, вида сварки, принимаем марку сварочной проволоки Св-08А, диаметр сварочной проволоки d = 4 мм.

Расчетные сопротивления сварного шва:

– при расчете по металлу шва R_wf = 180 МПа = 18 кН/см²;

– при расчете по металлу границы сплавления R_wz = 0,45R_un= 0,45·370 = = 166,5 МПа = 16,65 кН/см², где R_un = 370 МПа – нормативное сопротивление стали С255 при толщине проката 25 мм (см. табл. 2.3).

Коэффициенты проплавления β_f = 1,1; β_z = 1,15 (см. табл. 10.19.

Коэффициенты условия работы γ_wf = γ_wz = 1,0.



Рис. 1.32. Соединение пояса со стенкой и прикрепление опорного ребра

Сравниваем:



Поясные швы при рассчитываем по металлу границы сплавления.

Вычисляем геометрические характеристики сечения:

– момент инерции



– статический момент пояса относительно оси x-x



Поясные соединения обеспечивают совместную работу поясов и стенки, предотвращая при изгибе балки сдвиг поясов относительно стенки, а также при наличии местной нагрузки, действующей на пояса в местах, где нет поперечных ребер жесткости, передают ее на стенку.

Сварные швы рассчитываются на равнодействующую усилий TиV по формуле



где T– усилие на единицу длины шва (1 см) от поперечной силы

---

Q_max на опоре, сдвигающее пояс относительно стенки:

T = Q_max S_f/ I_x = 1033,59 · 8578,13 / 1645664,06 = 4,57 кН;

V – давление от сосредоточенного груза F на единицу длины шва:

= 322,2 / 20,5 = 15,72 кН,

здесь l_ef = b+ 2t_f = 15,5 + 2 · 2,5 = 20,5 см – условная длина распределения сосредоточенной нагрузки.

Определяем катет сварного шва:



При толщине t_f = 25 мм более толстого из свариваемых элементов автоматической сваркой конструктивно принимаем минимальный катет шва k_f,min = 7 мм (см. табл. 10.10).
Пример 10.8. Рассчитать прикрепление опорного ребра в опорной части главной балки. Передача нагрузки от балки, установленной сверху на колонну, осуществляется через торцевое опорное ребро (см. рис. 10.32). Поперечная сила на опоре Q_max = 1033,59 кН. Размеры сечения приведены на рисунке. Материал конструкции – сталь класса С255. Температура эксплуатации –37^оС. Прикрепление опорного ребра к стенке балки осуществляется механизированной сваркой угловыми швами. Принимаем марку сварочной проволоки для сварки стали класса С255 Св-08Г2С по ГОСТ 2246-70* (см. табл. 2.5), диаметр сварочной проволоки d= 4 мм.

Расчетные сопротивления сварного шва: при расчете по металлу шва –R_wf = 215 МПа = 21,5 кН/см²; при расчете по границе сплавления – R_wz = 0,45R_un = 0,45 · 370 = 166,5 МПа = 16,65 кН/см², где R_un = 370 МПа – нормативное сопротивление стали С255 при толщине проката t_f = 25 мм (см. табл. 2.3). Коэффициенты проплавления (см. табл. 10.19): β_f = 0,9; β_z= 1,05. Коэффициенты условий работы шва γ_wf = γ_wz = 1,0.

Сравниваем:



следовательно, сварные швы при рассчитываем по металлу границы сплавления.

Условие прочности сварных угловых швов, работающих на срез:

Q_max ≤ 2β_zk_fl_wR_wzγ_wzγ_c,

откуда, принимая l_w,max = 85β_fk_f

---

, определяем катет шва:

Принимаем шов k_f = 7 мм, что больше k_f,min = 5 мм – минимального катета при сварке наиболее толстого элемента t_р= 16 мм.

Проверяем принятую максимальную длину расчетной части сварного шва:

l_w,max = 85β_fk_f = 85 · 0,9 · 0,7 = 53,55 см < h_w = 150 см,

укладывается в конструктивную длину шва.

Ребро привариваем к стенке по всей высоте непрерывными швами.

10.1.15.5. Прикрепление угловыми швами несимметричных профилей

При прикреплении угловыми швами несимметричных профилей необходимо учитывать неравномерное распределение усилий между швами, передающими силовой поток с уголка на лист.

Во избежание дополнительного момента площадь сечения каждого шва назначается так, чтобы равнодействующая передаваемых ими усилий совпадала с осью прикрепления элемента (с линией центров тяжести сечений уголков), то есть усилие N распределялось обратно пропорционально расстояниям от сварных швов до оси центра тяжести сечения.

Усилия, воспринимаемые швами:

– у обушка N₁ = (1 – α) N;

– у пера N₂ = αN.

Коэффициент α= z_о/b учитывает долю усилия на сварные швы у пера. Значение коэффициента α зависит от номера и вида уголка (равнополочный; неравнополочный, прикрепленный к листу узкой полкой; неравнополочный, прикрепленный к листу широкой полкой) и в практических расчетах принимается по табл. 10.21

Таблица 10.21

Значения коэффициента α

Коэффициент	Тип сечения
α	0,3	0,25	0,35
1 – α	0,7	0,75	0,65

Пример 10.9. Рассчитать и запроектировать прикрепление фланговыми швами к фасонке толщиной

---

t₂ = 10 мм растянутого элемента из двух равнополочных прокатных уголков ∟100×100×8 / ГОСТ 8509-93. Ширина уголка b= 100 мм, расстояние от обушка уголка до центра тяжести сечения z_о = 2,75 мм. Расчетное усилие N = 750 кН (рис. 10.33). Условия эксплуатации – нормальные при расчетной температуре наружного воздуха –37^оС. Сварка – ручная.


Рис. 10.33. Прикреплении угловыми швами несимметричного профиля
Растянутые элементы при работе на статическую нагрузку относятся ко второй группе конструкций. Из табл. 2.1 для климатического района ІІ₄ при температуре эксплуатации от –30 до –40^оС выбираем сталь класса С255.

При толщине элемента t до 10 мм включительно нормативное сопротивление по временному сопротивлению – R_un= 370 МПа.

Расчетные сопротивления сварного углового шва условному срезу: по металлу шва – R_wf = 180 МПа = 18 кН/см² (см. табл. 2.7); по металлу границы сплавления – R_wz= 0,45R_un = 0,45 · 370 = 166,5 МПа = 16,65 кН/см².

Коэффициент условий работы γ_с = 1,0; коэффициенты условий работы шва γ_wf=γ_wz= 1,0.

Коэффициенты глубины проплавления шва для ручной сварки: β_f = 0,7 – при расчете по металлу шва; β_z = 1,0 – при расчете по металлу границы сплавления.

Расчет производим по металлу шва, так как

β_f R_wf = 0,7 ·180 = 126 МПа < β_z R_wz = 1 · 166,5 МПа,

Усилие, воспринимаемое швами у обушка:

N₁ = (1 – α) N = (1 – 0,3) 750 = 525 кН.

Усилие, воспринимаемое швами у пера:

N₂ = α N = 0,3 · 750 = 225 кН.

Принимаем максимальный катет сварного шва k_f = 6 мм, который можно допустить при сварке вдоль пера уголка толщиной t_уг = 8 мм (см. табл. 10.20).

Этот катет шва удовлетворяет конструктивным требованиям (k_f < k_f,max = 1,2t_min = 1,2 t₁ = 1,2 · 8 = 9,6 мм и k_{f >} k_f,min = 5 мм при толщине более толстого из свариваемых элементов t₂ = 10 мм (см. табл. 10.10).

Расчетная длина шва вдоль обушка

l_w1 =N₁ / (2 β_f k_fR_wf γ_wf

---

γ_с) = (525 / 2 · 0,7 · 0,6 · 18 · 1 · 1) = 35 см <

< l_w,max = 85β_f k_f = 85 · 0,7 · 0,6 = 35,7 см;

конструктивная длина шва (с добавлением 10 мм на дефекты в начале и конце сварного шва)

l₁ = l_w1 + 1 = 35 + 1 = 36 см.

Расчетная длина шва вдоль пера

l_w2 =N₂ / (2 β_f k_fR_wf γ_wf γ_с) = (225 / 2 · 0,7 · 0,6 · 18 · 1 · 1) = 15 см < l_w,max;

конструктивная длина шва

l₂ = l_w2 + 1 = 15 + 1 = 16 см.

Для уменьшения концентрации напряжений на концах фланговых швов сварные швы заводим на торцы уголков на 20 мм.

10.1.15.6. Проектирование монтажного стыка сварной балки

По условиям перевозки (ограничение массы и габаритов) балка расчленяется по возможности на одинаковые отправочные элементы (марки). В разрезной балке монтажный стык выполняется в одном сечении (универсальный стык) и чаще располагается в середине пролета, где M_max и, соответственно, максимальные нормальные напряжения σ близки к расчетному сопротивлению основного металла R_y .

Стык элементов балки осуществляется стыковыми швами (рис. 10.34). Расчетные сопротивления сварных соединений для любого вида сварки принимаются (см. табл. 2.6): при сжатии соединения независимо от методов контроля качества швов R_wy = R_y, при растяжении и изгибе с физическим контролем качества швов R_wy= R_y и R_wy = 0,85R_y, если физические методы контроля не используются.

На монтаже физические способы контроля затруднены, поэтому расчет растянутого стыкового соединения производится по его пониженному расчетному сопротивлению. Сжатый верхний пояс и стенка соединяются прямым швом, растянутый пояс – косым швом для увеличения длины шва, так как действительное напряжение в поясе σпревышает R_wy. Для обеспечения равнопрочности сварного стыка и основного сечения нижнего пояса достаточен скос с наклоном реза 2:1.



Рис. 10.34. Монтажный стык сварной балки

В монтажных условиях стык выполняют ручной сваркой, применяя электроды с индексом А (Э42А, Э50А), обеспечивающие повышенную пластичность наплавленного металла (см. табл. 2.5).

---