10956

120

Рис.69. Монтажный стык двух листов при односторонней сварке на остающейся подкладке

Из граничного условия (20) при необходимости можно уточнить величины вл ,

tл :

вл = N p (Rω y × tл ×γc ); tл = N p (Rω y × вл ×γ c ).

- центральное сжатие

На рис. 70 показан сварной стык двух листов, нагруженных центрально прило- женной силой сжатия Nс . Расчетная длина сварного стыкового шва определяется ана- логично указанной в п (в).

Рис. 70. Сварной стык двух листов, нагруженных центрально приложенной силой сжатия

Расчет стыкового шва по рис. 70 может быть выполнен исходя из гранич- ного условия ПС-I по формуле

где N с − расчетное усилие при центральном сжатии;

φс − минимальная несущая способность сварного стыкового шва по проч- ности при сжатии, φс = Аω × Rωсжу ×γc .

Здесь: Аω − см. п. (в);

Rωсжу = R y - при обычных условиях контроля качества шва, табл. 4 [4].

121

Примечания, изложенные в п. (в), справедливы и в данном случае.

- Чистый изгиб

На рис. 71 показан сварной стык двух листов, нагруженных изгибающи- ми моментами в плоскости листов Мх .

Расчетная длина сварного стыкового шва определяется аналогично изло- женной в п. (в).

Расчет стыкового шва может быть выполнен исходя из граничного усло-

Примечания, изложенные в п. (в), распространяются и на данный случай работы стыка.

Рис. 71. Схема сварного стыка двух листов, нагруженных изгибаемым моментом Мx (чистый изгиб)

- Чистый срез

На рис. 72 показан сварной стык двух листов, нагруженных только поперечной

силой Qx .

Расчетная длина сварного стыкового шва определяется аналогично изложенной в п. (в).

Расчет стыкового шва может быть выполнен исходя из граничного условия ПС-I на срез (сдвиг) по формуле

где Qx − расчетное значение поперечной силы в стыке;

φs = Aω × Rω ,s × γ c - минимальная несущая способность сварного стыкового шва

при чистом срезе (сдвиге).

Здесь: Аω − определяется аналогично изложенному в п. (в);

Rωs = Rs − расчетное сопротивление стыкового шва срезу (сдвигу), табл. 4 [4].

Примечания, изложенные в п.(в), распространяются и на данный случай работы

стыка.

Рис. 72. Схема сварного стыка двух листов, нагруженных поперечной силой Qx

− Одновременное действие изгиба и среза

На рис. 73 показан сварной стык двух листов, нагруженных одновременно изги- бающими моментами Мx и поперечными силами Qx , т. е. поперечным изгибом.

Рис. 73. Схема сварного стыка двух листов, нагруженных одновременно усилиями Мx и Qx

123

В этом случае граничное условие ПС-I через силовые эквивалентные парамет- ры выразить нельзя, так как сложить геометрически можно только напряжения. В связи с этим в условии достижения ПС-I

где σωM = M x Wω ,x − напряжения от изгиба,

t × l 2

Wω,x = ω ω ;

6

τωQ,cр = Qx (tω × lω ) − среднее касательное напряжение по сечению от среза.

Тогда правая часть в формуле (24) будет иметь вид:

где Rωy = 0,85Ry или Rωy = Ry - в зависимости от вида контроля качества

шва (см. п. (в)).

С учетом сказанного условие достижения ПС-I при поперечном изгибе с учетом допущения частичного развития неупругих деформаций имеет вид:

где n = 1,15 - для однопролетных изгибаемых элементов при статических нагрузках, учитывает вероятность локальных неупругих деформаций в стенке (в нашем случае в полосе при поперечном изгибе).

Согласно [4] для изгибаемых элементов первого класса, т.е. работающих только в упругой стадии, условие достижения ПС-I может быть записано в следующей форме

(с учетом п.14.1.15 и формулы (44) [4]):

здесь 0,87=1/1,15; τω,ср (Rs ×γ s ) £ 1 .

Примечание.

Здесь можно отметить некоторую некорректность применения в нормативных документах формулы для касательных напряжений.

ВСНиП II-23-81* (формулы (33) и (145)) для балок первого класса, где в первой

−τху определяют по формуле Д.И. Журавского, а во второй – принимают как τср .

ВСП16 (формулы (44) и (67)) – аналогично. Но приведенные напряжения в обо- их случаях сравнивают с несущей способностью при учете ограниченных пластических

деформаций т.е. с коэффициентом n = 1,15 (11,15 = 0,87 ).

125

При α > 65° − шов площадью Aω = tω × lω подлежит расчету.

При α ≤ 65° − такой шов будет равнопрочен основному металлу при полном проваре: ³ Aл × Ry , где Aл - площадь листа; Aл = вл × tл ;

г) Классификация и основы расчета соединений на угловых швах

− Классификация сварных соединений на угловых швах по конструктив-

ным особенностям

В соединениях на угловых швах последние располагаются в углах, образуемых гранями соединяемых «внахлест» элементов (рис. 76). При этом угловые швы, распо-

ложенные параллельно линии действия расчетной нормальной силы, называют

фланговыми. Угловые швы, расположенные в этом случае перпендикулярно линии действия расчетной нормальной силы, называют лобовыми.

Как видно из рис. 76, фланговые швы показывают большую неравномерность распределения внутренних сил (напряжений) по их длине (сечение 3-3), а на концах они имеют существенную концентрацию (сечение 1-1), которая несколько сглаживает- ся в местах перехода фланговых швов в лобовые (сечение 2-2). При проектировании таких сварных соединений нормы рекомендуют концы фланговых швов, по возможно- сти, заводить на торцы соединяемых элементов на 20 мм.

Лобовые швы по длине распределяют напряжения также неравномерно, но бо- лее плавно, чем фланговые, особенно на концах перехода их во фланговые. Однако в лобовых швах имеет место весьма неравномерное распределение напряжений (внут-

ренних сил) по глубине (толщине) шва (рис. 77).

Основным показателем углового шва является величина его катета kf (высота шва), ограничиваемая как сверху (максимальная величина), так и снизу (минимальная величина).

Максимальная величина катета шва ограничена опасностью пережога зоны шва, а минимальная – опасностью непровара.

k mf ax ≤ 1,2t мин − в листовых соединениях; k mf in - см. табл. 38 [4];

в соединениях фасонного проката различают шов по обушку и шов по перу:

lω −расчетная длина углового шва, равная фактической длине минус 10 мм для

учета дефектов в начале и в конце шва.

Длина углового шва также ограничена сверху и снизу. Максимальная длина шва ограничивается из-за неравномерности работы шва величиной lωmax £ 85β f × k f (кроме непрерывных поясных швов в балках или колоннах), а минимальная длина шва lωmin ³ 4k f или 40 мм (что больше).

Как показывают опытные испытания [7], разрушение угловых сварных соедине- ний возможно по двум сечениям: по металлу шва (сечение C − C по рис. 77; сечение

1 − 1 по рис. 78) и по металлу границы сплавления (сечение B − B по рис. 77 и се-

чение 2 − 2 по рис. 78). Поэтому в нормах [4] рассматривается возможность разруше- ния шва по одному из двух сечений:

− по металлу шва (сечение f );

− по металлу границы сплавления (сечение z ).

Для этих сечений установлены соответствующие параметры для расчетов [4]: βf , βz − коэффициенты глубины проплавления, табл. 39 [4];

Rω f , Rωz − расчетные сопротивления по табл. 4 [4];

Aω f , Aωz − площади поперечных сечений для угловых швов при расчетах по металлу шва и по металлу границы сплавления соответственно.

Рис. 76. Схема сварного соединения на угловых швах, нагруженного центральной силой растяжения

127

Рис. 77. Схема распределения напряжений по глубине лобового шва

Рис. 78. Расчетные сечения углового шва в тавровых соединениях: z (2-2) - сечение шва по металлу границы сплавления

f (1-1) - сечение шва по металлу шва

128

− Центральное растяжение (сжатие)

На рис. 79 показано сварное соединение на угловых швах: фланговых и лобо-

вых.

Рис. 79. Схема сварных соединений на угловых швах, нагруженных центральной силой Np (Nc):

а) фланговые швы; б) лобовые швы

Такие швы рассчитывают на прочность (как и стыковые швы), исходя из гра- ничного условия ПС-I: N £ φ .

нахлеста листов друг на друга следует принимать согласно [4] ³ 5tмин свариваемых

элементов.

Расчетные сопротивления сварных соединений следует определять по следую- щим формулам или таблицам:

Rω f = 0,55Rωun γ ωm или по табл. Г2 [4],

где γ ω m − коэффициент надежности по металлу шва;

129

γ ωm = 1,25 при Rωun £ 490 Н/мм2 (Мпа);

γ ωm = 1,35 при Rωun ³ 590 Н/мм2 (Мпа); табл. 4 [4], (в примечани- ях). Видимо, для промежуточных значений Rωun величину γωm допускается принимать по интерполяции;

Rωz = 0,45Run , где Run -по табл. В.5 [4].

− Чистый изгиб соединений на угловых швах, расположенных в плоско-

сти (х-х), параллельной плоскости действия усилия

На рис. 80 показано сварное соединение на угловых швах, воспринимающее изгибающий момент в плоскости действия шва, т.е. шов и изгибающий момент расположены в параллельных плоскостях, которые теоретически сдвинуты на величину 0,5t л , которой в практических расчетах пренебрегают.

Граничное условие по прочности N £ φ , где:

N= M x - расчетное значение изгибающего момента;

ϕ− несущая способность углового шва (по металлу шва или по металлу грани- цы сплавления):

za = xa2 + ya2

zб = xб2 + yб2

Рис. 80. Схема сварного соединения двух листов, нагруженных изгибающим моментом в плоскости, параллельной плоскости изгиба