Максимальные катеты швов kf, max у скруглений прокатных профилей

Расчетные сопротивления сварных соединений R_wf – при расчете по металлу шва иR_wz – при расчете по металлу границы сплавления (см. табл. 2.3, 2.6 и 2.7).

Коэффициент условий работы конструкции γ_с= 1,0 (см. табл. 1.3). Коэффициенты условий работы шваи, равные 1,0 во всех случаях, кроме конструкций, возводимых в климатических районах Ι₁, Ι₂, ΙΙ₂и ΙΙ₃, для которыхγ_wf = 0,85 для металла шва с нормативным сопротивлением

R_{wun =} 410 МПа иγ_wz= 0,85 – для всех сталей.

Пример 10.4. Рассчитать прикрепление внахлестку, выполненное ручной сваркой, растянутого элемента из полосовой стали класса С275 сечением 250×10 мм к листу толщиной 12 мм. Определить наименьшую длину нахлестки при условии равнопрочности элемента и его прикрепления лобовым и двумя фланговыми швами (рис. 10.29).

Рис. 10.29. Сварной стык внахлестку

Определяем предельное усилие, воспринимаемое элементом. Расчетное сопротивление листового проката из стали С275 толщиной свыше 10 мм R_y= 260 МПа = 26 кН/см², нормативное сопротивление –R_un = 380 МПа = = 38 кН/см² (см. табл. 2.3).

Предельное усилие, которое может выдержать прикрепляемый лист:

N = R_y b t= 26 · 25 · 1 = 650 кН.

Принимаем катет шва равным толщине привариваемого элемента

k_f =t₁= 10 мм.

Выбираем сварочные материалы (см. табл. 2.5).

Электроды типа Э46. Расчетные сопротивления: а)при расчете по металлу шваR_wf= 200 МПа = 20 кН/см²;б)при расчете по металлу границы сплавленияR_wz = 0,45R_un = 0,45 · 380 = 171 МПа = 17,1 кН/см².

Коэффициенты проплавления (см. табл. 10.19): β_f = 0,7;β_z = 1,0.

Коэффициенты условий работы шва γ_wf = γ_wz = 1,0.

Сравниваем:

β_f R_wf = 0,7 · 200 = 140 МПа <β_z R_wz= 1 · 171 МПа.

Расчет производим по металлу сварного шва.

Определяем усилие, воспринимаемое одним лобовым швом с расчетной длиной l_w,л =b – 1 = 25 – 1 = 24 см:

N_л = β_f k_f l_w,л R_wf γ_wf γ_с = 0,7 · 1 · 24 · 20 · 1 · 1 = 336 кН.

Определяем усилие, приходящееся на каждый из фланговых швов:

N_ф = (N –N_л) / 2 = (675 – 336) / 2 = 169,5 кН.

Вычисляем расчетную длину флангового шва:

l_w,ф = N_ф / (β_f k_f R_wf γ_wf γ_с) = 169,5 / (0,7 · 1 · 20 · 1 · 1) = 12,1 см.

Принимаем l_w,ф= 13 см.

Длина нахлестки (с учетом дефектов в начале и конце шва)

l = l_w,ф+ 1 = 13 + 1 = 14 см, что больше 5t_min = 5 · 1 = 5 см и меньше l_w,max = 85 β_f k_f = 85 · 0,7 · 1 = 59,5 см.

Нахлесточные соединения, работающие на чистый изгиб(рис. 10.30). Расчет сварных нахлесточных соединений с угловыми швами на действие момента в плоскости, перпендикулярной плоскости расположения швов, производится по двум сечения по формулам:

– по металлу шва

M / W_f ≤ R_wf γ_wf γ_c;

– по металлу границы сплавления

M / W_z ≤ R_wz γ_wz γ_c,

где W_f =β_f k_f l_w²/ 6 – момент сопротивления расчетного сечения по металлу шва;

W_z=β_zk_f l_w²/ 6 – то же по металлу границы сплавления.

Расчет сварных соединений с угловыми швами на действие момента в плоскости расположения этих швов производится в предположении, что напряжения σ_wраспределяются по продольному расчетному сечению шва неравномерно, достигая максимума в точках, наиболее удаленных от центра тяжести сечения (рис. 10.30, точкаА):

– по металлу шва

– по металлу границы сплавления

где М– расчетный изгибающий момент, действующий в соединении;

I_fx=β_f k_f l_w³ / 12 иI_fy= (β_f k_f)³ l_w / 12 – моменты инерции расчетного сечения относительно его главных осейx-xиy-yпо металлу шва;

I_zx=β_z k_f l_w³ / 12 иI_zy= (β_z k_f)³l_w / 12 – то же по металлу границы сплавления;

x=β_f k_f/ 2 (илиβ_z k_f/ 2) иy = l_w/ 2 – координаты точки шва, наиболее удаленной от центра тяжести расчетного сечения швов, относительно главных осей этого сечения.

Рис. 10.30.К расчету сварного соединения на чистый изгиб

В большинстве случаев швы имеют большую протяженность l_wи относительно небольшой катет шваk_f, то естьI_fx >> I_fy ;y>> x.В этом случае моментом инерции I_fyотносительно осиy-yобычно пренебрегают. Поэтому сварные швы, работающие на чистый изгиб в плоскости расположения этих швов, можно рассчитывать на прочность по обычным формулам, как для соединений с угловыми швами в плоскости, перпендикулярной плоскости расположения швов. Условие прочности на изгиб записывается через осевой момент сопротивления:

– по металлу шва

σ_wf =M /W_fx = 6M / (β_f k_f l_w²) ≤R_wf γ_wfγ_{c ;}

– по металлу границы сплавления

σ_wz =M /W_zx = 6M / (β_z k_f l_w²) ≤R_wzγ_wzγ_{c .}

Пример 10.5. Проверить прикрепление внахлестку листа сечением 250×20 мм (см. рис. 10.30), выполненное ручной сваркой угловыми швами на действие моментаM= 2000 кН·м в плоскости расположения швов. Сварка выполняется в нормальном режиме электродами Э42. Расчетные сопротивления сварного шва сдвигу по металлу шва –R_wf = 180 МПа и по металлу границы сплавления –R_wz = 166,5 МПа.

Коэффициенты β_f = 0,7 и β_z= 1,0.

Расчет производим по металлу шва, так как

β_f R_wf = 0,7·180 = 126 МПа < β_z R_wz = 1·166,5 = 166,5 МПа.

Принимаем катет шва равным толщине листа t = 20 мм.

Определяем моменты инерции расчетного сечения шва:

I_fx=β_f k_f l_w³ / 12 = 0,7 · 2 · 24³/ 12 = 1612,8 см⁴;

I_fy = (β_f k_f)³ l_w / 12 = (0,7 · 2)³ · 24 / 12 = 5,49 см⁴,

где l_w=b– 1 = 25 – 1 = 24 см – расчетная длина шва.

Координаты наиболее напряженной точки:

x=β_f k_f / 2 = 0,7 · 2 / 2 = 0,7 см;y = l_w/ 2 = 24 / 2 = 12 см.

Производим проверку

Условие прочности шва выполняется.