книги / Сварные конструкции

Если учесть, что допускаемое напряжение при действии ста­ тической нагрузки равно

где п — коэффициент запаса, и если для расчетов на выносливость принять тот же коэффициент запаса, то допускаемое напряжение при расчете на выносливость можно принять равным

(4.10)

где

(4.П)

При расчете по методу предельных состояний расчетное сопро­ тивление выносливости Rrk принимается соответственно равным

где R — расчетное сопротивление.

Таким образом, сама форма расчета не изменяется. Необхо­ димо лишь вводить в расчетное условие коэффициент снижения допускаемых напряжений (или расчетных сопротивлений) у*

Для вычисления этого коэффициента необходимо знать вели­ чину соответствующего предела выносливости, определяемую усло­ виями загружения и конструктивной формой соединения.

Аналитическая зависимость предела выносливости может быть установлена исходя из диаграммы выносливости. При этом обычно (для упрощения расчетов) принимают прямолинейную диаграмму выносливости.

Линия предельных напряжений (линия сгП1ах) представляет собой линию пределов выносливости при различных характери­ стиках цикла (линию аг).

В соответствии с обозначениями, принятыми на рис. 4.1, урав­ нение этой линии имеет вид

Подставляя в это уравнение значение

Коэффициент Р для стали

Расчетные сечения

низколеги­ углеродистой рованной

П о о с н о в н о м у м е т а л л у в м е с т а х п е р е х о д а к д р у г и м э л е м е н т а м

где а — максимальное напряжение цикла; N — количество вы­ держанных циклов (т. е. в данном случае новая база испытания); т — котангенс угла наклона линии выносливости. Ц6

Это уравнение получается следую­ ly62 щим образом:

Если предел выносливости огк на базе числа циклов No = = 2 .10е известен, а требуется найти значение предела выносли­ вости для образца с тем же концентратором напряжений и при той же характеристике цикла о2гк, определенного для другой

заданной базы N z, то в соответствии с формулой (4.17) можно написать

«Я2.10® = < '?4kNb

откуда

Втех случаях, когда экспериментальные данные о величине ork известны, определение коэффициента снижения допускаемых на­ пряжений (или расчетных сопротивлений) у может быть произ­ ведено по формуле (4.16).

Вобщем случае аналитическое выражение для этого коэф­ фициента в соответствии с формулой (4.11) может быть предостав­ лено в следующем виде:

2g-1

стен также предел прочности ав, и, кроме того, коэффициент ф,

который определяет отношение <*в В связи с этим для различных

групп сталей формула (4.21) может быть выражена в более про­ стом виде.

Так, например, для малоуглеродистой стали марки Ст. 3 при

Такое значение коэффициента у установлено строительными нормами и правилами (СНиП) для конструкций, находящихся под воздействием полной нормативной переменной нагрузки, вы­ полненных из углеродистых сталей.

Для тех же конструкций, выполненных из низколегированных сталей, по этим нормам и правилам устанавливается следующая формула:

Анализ разрушений, происходящих в результате действия вибрационной нагрузки, показывает, что все они происходят

в сечениях с наибольшими местными напряжениями и при этом часто не в сечениях с наибольшими средними напряжениями. По­ этому наиболее рациональным путем повышения вибрационной прочности сварных конструкций является путь совершенствова­ ния форм отдельных соединений и узлов, который обеспечивал бы снижение в них концентрации напряжений. Понижение средних значений напряжений за счет увеличения размеров сечений эле­ ментов является менее эффективным способом повышения вибра­ ционной прочности конструкций. К тому же это неизбежно при­ водит к значительному увеличению веса конструкции, в связи с чем этот способ следует признать менее рациональным.

§ 16. РАСЧЕТ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ, ВЫПОЛНЕННЫХ ЭЛЕКТРОДУГОВОЙ СВАРКОЙ

Расчет сварных соединений при действии осевых нагрузок. Сварные швы стыковых соединений должны быть по возможности равнопрочными с основным металлом элементов конструкции. Конструкции с равнопрочными сварными стыковыми швами от­ вечают требованиям экономичности. Увеличение прочности свар­ ных швов по сравнению с основным элементом является излише­ ством, которое усложняет изготовление конструкции, но не улуч­ шает условий ее работы (а в ряде'случаев даже ухудшает их). Недостаточная прочность сварного шва снижает несущую способ­ ность всего элемента конструкции и не дает возможности в полной мере использовать его сечение, что приводит к излишним затратам материала. Таким образом, как чрезмерная прочность, так и не­ достаточная прочность стыковых швов являются нежелательными.

При действии на элемент продольной силы распределение на­ пряжений, как в поперечных сечениях самого элемента, так и в поперечном сечении по сварному шву принимается равномерным.

При определении расчетного сечения стыкового шва увеличе­ ние его толщины за счет местного утолщения шва в расчет не при­ нимается. При этом расчетная толщина шва равна толщине основ­ ного элемента. Длина шва принимается полной (равной полной ширине соединяемого элемента) при условии выполнения шва с применением выводных планок. В случае, если при выполнении шва выводные планки отсутствовали, расчетная длина шва умень­ шалась на 10 мм по сравнению с его полцой длиной (этим учиты­ вается возможность некоторой неполноценности начального и ко­ нечного участков шва при ручной сварке).

При действии продольной силы на элементы, соединенные сты­ ковым швом (рис. 4.3), расчетное условие при расчете по методу допускаемых напряжений имеет вид

Эти. расчетные предпосылки (т. е. расчет по косому сечению и только по касательным напряжениям), в сочетании достаточно правильно отражают действительные условия прочности угловых швов при осевом растяжении соединения впритык. Хотя если, рассматривать эти расчетные предпосылки отдельно друг от друга, то правомерность их не представляется вполне очевидной, так как в косом сечении наряду со значительными касательными на­ пряжениями возникают не меньшие по величине нормальные на­ пряжения и, кроме того, сама величина напряжений, определяе­ мая путем деления силы на .площадь косого сечения, дает значе­ ния некоторых условных напряжений, направление которых определяется направлением продольного усилия и не совпадает ни с нормальными, ни с касательными напряжениями косого сечения.

Характеристика напряженного состояния косого сечения может^быть представлена схемой напряжений на рис. 4.4, в.

На этой схеме условное расчетное напряжение а имеет направ­ ление, определяемое направлением продольной силы Р. Величина его в соответствии с принятыми условиями определяется делением продольной силы на расчетную площадь косого сечения.

Нормальное а и касательное т напряжения для случая шва с равными катетами в соответствии со схемой на рис. 4.4, в имеют равные значения: а = 0,7а; т = 0,7а-

При одновременном действии в сечении нормального и каса­ тельного напряжений для оценки его прочности необходимо опре­ делить эквивалентное напряжение, которое будет отражать осо­ бенности этого сложного напряженного состояния.

В соответствии с теорией прочности, принятой для пластич­

Подставляя в это выражение значения нормального и каса­ тельного напряжений, будем иметь

(4.28)

При оценке условий прочности эквивалентные нормальные на­ пряжения должны сопоставляться с допускаемыми нормальными напряжениям

или для данного случая

1,4а ^ [а']

Подставляя значение а, получим

1.4Р Р