10.1.15.4. Тавровые соединения

Тавровые соединения применяют при изготовлении сварных стержней (двутавров, тавров) и других конструктивных элементов (двутавровые балки, колонны). В тавровом соединении торец одного элемента приваривается к поверхности другого элемента двумя угловыми швами. Для крепления ребер жесткости и диафрагм, а также для сварки стенок с поясами балок и колонн двутаврового сечения, работающих на статическую нагрузку, допускается применение односторонних угловых швов с катетом k_f минимальное значение которого определяется по табл. 10.10.

В ответственных конструкциях, работающих на динамическую нагрузку или возводимых и эксплуатируемых в районах с расчетными температурами ниже –40ºС (конструкции «северного исполнения») соединение элементов производится стыковыми швами с проплавлением шва на всю глубину (при толщине привариваемого элемента t > 10 мм с разделкой кромок под сварку).

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 опореQ_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, гдеR_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 T и Vпо формуле

где T – усилие на единицу длины шва (1 см) от поперечной силыQ_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 грузаFна 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 шваk_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 опореQ_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 проволокиd = 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, гдеR_un= 370 МПа – нормативное сопротивление стали С255 при толщине прокатаt_f= 25 мм (см. табл. 2.3). Коэффициенты проплавления (см. табл. 10.19):β_f= 0,9;β_z = 1,05. Коэффициенты условий работы шваγ_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 ≤ 2 β_z k_f l_w R_wz γ_wz γ_c,

откуда, принимая l_w,max = 85β_f k_f, определяем катет шва:

Принимаем шов k_f = 7 мм, что большеk_f,min= 5 мм – минимального катета при сварке наиболее толстого элементаt_р = 16 мм.

Проверяем принятую максимальную длину расчетной части сварного шва:

l_w,max = 85β_f k_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.