Работа и расчет соединений угловыми сварными швами. Правила конструирования

При проектировании сварных соединений необхо­димо учитывать их неоднородность, определяемую кон­центрацией напряжений, изменением механических ха­рактеристик металла и наличием остаточного напряжен­но-деформированного состояния.

С помощью угловых швов выполняют различные виды соединений в металлических конструкциях: тав­ровые, уголовые, нахлесточные.

Нахлестончые соединения могут быть, прежде все­го, фланговыми и лобовыми, а так же комбинирован­ными. Фланговые и лобовые швы хотя и работают по-разному, но рассчитывают их одинаково и на два раза – на срез по металлу шва и на срез по металлу границы сплавления.

Фланговые швы, расположенные по кромкам прик­репляемого элемента параллельно действующему уси­лию, вызывают большую неравномерность распределе­ния напряжений по ширине соединения. Неравномерно работают они и по длине, так как помимо непосредствен­ной передачи усилия с элемента на элемент концы шва испытывают дополнительные усилия вследствие разной напряженности и неодинаковых деформаций соединяе-мых элементов (рис. 4.25 а).

В соотстветствии с характером передачи усилий фланговые швы работают одновременно на срез и изгиб. Разрушение шва обычно начинается с конца и может происходить как по металлу шва, так и по металлу гра­ницы сплавления, если наплавленный металл прочнее основного.

Лобовые швы передают усилия достаточно равно­мерно по ширине элемента, но крайне неравномерно по толщине шва вследствие резкого искривления силового потока при переходе усилия с одного элемента на другой (рис. 26). Особенно велики напряжения в корне шва. Уменьшение концентрации напряжений в соединении может быть достигнуто плавным примыканием привари­ваемой детали, механической обработкой (сглаживани­ем) поверхности шва и конца, увеличением пологости шва (например, соотношением катетов 1:1,5), примене­нием вогнутого шва и увеличением глубины проплавле­ния. Эти приемы уменьшения концентрации напряжений в соединении особенно желательно применять в конст­рукциях, работающих на переменные нагрузки и при низкой температуре.

Разрушение лобовых швов от совместного дейст­вия осевых, изгибных и срезывающих напряжений, воз­никающих при работе соединения, происходит анало­гично разрушению фланговых швов по одному из двух сечений (по металлу шва или по металлу границы сплав­ления).

При расчете сварных соединений прежде всего необходимо учитывать вид соединения, способ сварки (Р., М. или А.), сварочные материалы и положение при сварке. Значения расчетных параметров выбирают по таблицам СП 16.13330.2011.

1 Расчет по металлу шва для невогнутых швов.

N / (β_f k_f l_w R_wf γ_c) <= 1

R_wf – расчетное сопротивление срезу по металлу шва [СП 16.13330.2011];

β_f – коэффициент глубины проплавления [-//-].

2 Расчет пометаллу границы сплавления

N / (β_z k_f l_w R_wz γ_c) <= 1

R_wz = 0,45 R_un – расч. сопр. металла границы сплавл.

19 Работа и расчет соединений на обычных болтах нормальной точности

--------------- Работа ---------------

Такие соединения не проектируют на восприятие вибрационных нагрузок.

В соединениях на обычных болтах нормальной точности сила стягивания не определена. Работу такого соединения можно разбить на четыре этапа (рис. 5.3).

На первом этапе, пока силы трения между соеди­няемыми элементами не преодолены, болты не испыты­вают сдвигающих усилий и работают только на растяже­ние (здесь можно зарядить про конус трения), все соеди­нение работает упруго. Так работает сдвигоустойчивое соединение на высокопрочных болтах. При увеличении нагрузки на соединение силы внутреннего трения оказы­ваются преодоленными и наступает второй этап – сдвиг всего соединения на величину зазора между поверхнос­тями отверстия и стержня болта. На третьем этапе сд­вигающее усилие в основном передается давлением по­верхности отверствия на стержень болта. Стержень бол­та и края отверстия постепенно обминаются, болт изги­бается и растягивается, так как головка и гайка препятст­вуют свободному изгибу стержня. Постепенно силы тре­ния уменьшаются и соединение переходит в четвертый этап работы, характеризующийся его упругопластичес­кой работой. Разрушение соединение происходит от сре­за болта, смятия и выкола одного из соединяемых эле­ментов или от отрыва головки болта.

Эта работа сильно осложнена неправильностью формы болта и стенки отверствия, поэтому расчет соеди­нения носит условный характер. Различают также работу одноболтового и многоболтового соединения. В много­болтовом соединении эти же неправильности формы бо­лта и отверстия, а также возможные зазоры между бол­том и отверстием неизбежно приводят к неравномерной работе отдельных болтов соединения, что учитывают соответствующим коэффициентом условий работы бол­тового соединения γ_b, принимаемого по таблице 41 СП 16.13330.2011.

--------------- Расчет ---------------

ЧЕРТЕЖ СОЕДИНЕНИЯ

Расчет соединений, работающих на сдвиг

1 Несущая способность одного болта на срез

N_bs = R_bs A_ТБ γ_b n_s

где    R_bs – сопр. болта срезу; γ_b – коэффициент условий работы болтового соединения; n_s – число площа­док среза.

2 Несущая способность одного болта на смятие соединяемых деталей

N_bp = R_bp d Σt_min γ_b

где    R_bp – расчетное сопротивление сминаемых деталей; Σt_min – минимальная сумма деталей, сминаемых в одном направлении.

3 Число болтов

n_b = N / (N_{b, min} γ_c)

Расчет соединений, работающих на растяжение

N_bt = R_bt A_нетто

Расчет соединений, работающих одновременно несколько воздействий

При работе на сдвиг и растяжение расчет вы­полняют отдельно на сдвиг и растяжение; при действии продольной силы и момента болт расчитывают на рав­нодействующую.

Расчет анкерных болтов не отличается от расчета обычных болтов, но бетон дополнительно проверяют на вырывание.