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

Для обеспечения качественного соединения при ручной сварке элементов толщиной более 8…10 мм производится V-образная разделка кромок, начало и конец шва выводятся на специальные технологические планки.

Для уменьшения сварочных напряжений соблюдается определенный порядок сварки (см. рис. 10.34): сначала сваривают поперечные стыковые швы стенки 1, поясов 2 и 3, имеющие наибольшую поперечную усадку, последними заваривают угловые швы 4 и 5, имеющие небольшую продольную усадку. Оставленные незаверенными на заводе участки поясных швов длиной около 500 мм дают возможность поясным листам несколько вытянуться при усадке швов 2. Это также позволяет при монтаже совместить торцы свариваемых элементов отправочных марок, имеющих отклонение в размерах в пределах технологических допусков.

10.1.15.7. Расчет сварного соединения на одновременное действие

изгибающего момента М и перерезывающей силы Q

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 = 0,45R_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 + 2k_f + 2 ∙ 0,5)] =

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

Площадь сварного шва у пояса

A_w,n = β_fk_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_zk_f ∑ l_w,cт = 1,05 ∙ 0,8 ∙ 78 = 65,52 см².

Общая площадь всех сварных швов

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

Момент инерции всех сварных швов относительно оси х-х

I_w = [2 β_zk_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 = 2J_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 отQ

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_wzγ_wz

---

γ_c = 166,5 МПа.

Прочность соединения обеспечена.

10.2. Болтовые соединения

Болтовые соединения осуществляют путем постановки металлических стержней (болтов) в совмещенные отверстия соединяемых элементов.

В болтовых соединениях стальных конструкций применяют болты различного назначения (рис. 10.36).


Болты





Обычные ГОСТ 22356-70*

---

ВысокопрочныеГОСТ 22356-77

Фундаментные (анкерные)

ГОСТ 24379.1-80

грубой

точности

(класс С)

нормальной

точности

(класс B)

повышенной

точности

(класс A)


Рис. 10.36. Классификация болтов

Болты обычные и высокопрочные используют для соединения элементов стальных конструкций друг с другом, а болты анкерные – для присоединения конструкций к фундаменту.

Обычные болты изготавливают грубой (класс точности С), нормальной (класс точности Б) и повышенной (класс точности А) точности.

Болты класса точности А следует применять для соединений, в которых отверстия просверлены на проектный диаметр в собранных элементах или по кондукторам в отдельных элементах и деталях, а также просверлены или продавлены на меньший диаметр в отдельных деталях с последующим сверлением на проектный диаметр.

Для нерасчетных монтажных соединений применяются болты класса точности С, для расчетных – В и А. Болты классов точности В и С в многоболтовых соединениях следует применять для конструкций из стали с пределом текучести 380 МПа. В соединениях, где болты работают преимущественно на растяжение, как правило, применяют болты классов точности В и С или высокопрочные.

Элементы в узле допускается крепить одним болтом.

Диаметры отверстий, в которые вставляются болты, выполняются больше диаметра стержня болта (табл. 10.22).

По прочности болты подразделяются на классы, которые обозначаются двумя цифрами, разделенными точкой (4.6; 5.6; 5.8 и т.п.). Первая цифра, умноженная на 10, обозначает минимальное временное сопротивление материала болта σ_u в кН/см²; произведение цифр определяет значение предела текучести материала болта σ_y в кН/см²; вторая цифра, умноженная на 10, обозначает соотношение σ_y / σ_u в процентах.

Таблица 10.22

Диаметры отверстий болтов

Класс точности болта	Диаметр, мм
	болта d	отверстия d0
С	d	d0 = d + (2…3)
Б	d	d0 = d + (1…1,5)
А	d	d0 = d + (0,25…0,30)

---

По механизму передачи внешних усилий различают несколько видов болтовых соединений:

Срезные соединения, в которых внешние усилия воспринимаются вследствие сопротивления болтов срезу и соединяемых элементов смятию. Отличительное свойство срезных соединений – достаточно высокая деформативность. Поэтому основная область их применения – соединения элементов, подвергающихся воздействию статических нагрузок.

Фрикционные или сдвигоустойчивые соединения, в которых внешние усилия воспринимаются вследствие сопротивления сил трения, возникающих по контактным плоскостям соединяемых элементов от сжатия пакета предварительно натянутыми высокопрочными болтами. Эти соединения наиболее трудоемки по сравнению с другими типами болтовых соединений и применяются в конструкциях, воспринимающих различного рода вибрационные, циклические и знакопеременные нагрузки, а также эксплуатируемых в условиях низких температур, где требуется повышенная надежность.

Фрикционно-срезные, в которых внешние усилия воспринимаются в результате совместного сопротивления сил трения, болтов срезу и соединяемых элементов смятию.

Фланцевые соединения, в которых внешние усилия воспринимаются главным образом вследствие преодоления сопротивления сжатию фланцев от предварительно натяжения высокопрочных болтов. Фланцевые соединения, в которых высокая несущая способность высокопрочных болтов используется впрямую и практически полностью, являются одним из эффективных типов болтовых соединений элементов, подверженных растяжению, изгибу или совместному их действию.

Специальные болтовые соединения на самонарезающих болтах, комбинированных заклепках применяются в основном для крепления профилированного настила в покрытиях зданий.

Фундаментные (анкерные) болты с диаметром резьбы 12...140 мм работают на растяжение, предназначены для крепления строительных конструкций к фундаменту и классифицируются по следующим признакам:

– конструктивному решению (изогнутые, с анкерной плитой, составные съемные);

---