Розрахунок зварених флангових швів. Визначення площ поперечного перерізу зварних швів

Під час з'єднання окремих деталей металоконструкцій часто використовуються зварні з'єднання, оскільки це найпростіший, найдоступніший і найдешевший метод, який може надати якість досить високого рівня. Але все одно, параметри кожного шва відрізнятимуться, залежно від металу, його товщини та умов проведення процедури. Розрахунок на міцність зварних швівпроводиться для того, щоб визначити, які характеристики має або матиме з'єднання, виконане з певними параметрами.

Попередні розрахунки займаються в той час, коли складають проект. Це необхідно для раціонального підбору матеріалів, які б змогли витримати навантаження, що покладаються, і мали запас міцності. Перевитрата металу на виробництві не слід допускати, так що розрахунок зварного шва на міцність дозволяє визначити кількість і якість використовуваних матеріалів.

Щоб дізнатися про міцність зварного шва, потрібно точно виміряти всі його параметри. Природно, що невеликі відхилення цілком допустимі, тому що неможливо зробити граничну точність навіть при автоматичному зварюванні, не кажучи вже про те, коли все робиться вручну. Вони, як правило, не мають сильного впливу, але зварювальнику необхідно дотримуватися заданих параметрів.

Методика розрахунку з'єднань

І на міцність проводяться індивідуально для кожного типу з'єднання.

Стикові шви. При роботі зі стиковими швамиодним з головних параметрів для обчислень є номінальний переріз. При цьому напливи металу, які утворюються під час зварювання, не враховуються. Обчислення ґрунтується на відомих за даними опору матеріалів залежностей, що виникають у суцільних балках. Коли починається одночасний вплив дотичних і нормальних напруг, які концентруються в найбільш навантаженій точці на перерізі, то еквівалентну напругу можна буде розрахувати за четвертою теорією міцності за такою формулою:

При цьому умова міцності виглядає як: σ Е ≤ [σ'] P

Дані для цього значення визначаються за таблицею, наведеною нижче:

Кутові шви. Цей типз'єднання найчастіше виконується з нормальним поперечним перерізом. Співвідношення сторін у своїй становить 1:1, але бувають і винятки. Сторона перерізу носить назву. Вона позначається на схемах як "К". Коли шов руйнується, це відбувається в найменшому місці перерізу, який проходить через бісектрису прямого кута. Розмір шва у цьому перерізі становить βк. Другим важливим розміром є довжина шва. Це допоможе визначити, яке навантаження витримує зварний шов. У випадку, якщо зварювання йшло автоматично, напівавтоматично або здійснювалося вручну, то значення β становитиме 0,7. У такому разі шов буде прямокутним рівнобедреним трикутником.

Якщо зварювання здійснювалося у підлозі автоматичному режиміале було кілька проходів, наприклад, 2 або 3, то β вже дорівнюватиме 0,8. За умови багатошарового зварювання в автоматичному режимі значення зростає до 0,9. Розрахунок на міцність зварних з'єднанькутового типу проводяться умовно щодо дотичних напруг. Тут потрібно обчислити сумарну дотичну напругу. Для цього потрібно визначити найнавантаженішу точку у взятому перерізі. Далі слід скласти всі напруги, що є в ньому, щоб визначити загальну суму

Після цього потрібно визначити, який розподіл мають вибрані напруги. Ті, що викликаються за допомогою центральних сил, відносяться до рівномірно розподілених за перерізом. Якщо напруга викликана центрально-поперечною силою і впливає на шви малої довжини, воно не відноситься до даної категорії і такі сили не враховуються при розрахунку. Ті напруги, що викликаються моментом, вважають пропорційними тим відстаням, які відокремлюють їх від центру мас. Також може бути прийнята відстань до нейтральної лінії, яка проходить через цей центр. Це актуально при дії моменту в площині, що знаходиться перпендикулярно до стику. У даному випадку, умова міцності виглядатиме таким чином вид τ ∑ ≤ [τ] ср, де [τ'] ср можна знайти в наведеній вище таблиці.

Допустима напруга. Сукупність сил, що викликає напругу в зварних з'єднаннях, мають свою межу, яка є безпечною для роботи. Допустима напруга на кресленнях відзначається за допомогою штриха. Прийняті норми допускаються, оскільки не чинять якогось серйозного негативного впливу.

Порядок виконання розрахунку зварних з'єднань

Щоб визначити. Скільки витримує зварний шов, необхідно знати не тільки вихідні дані, але й провести розрахунки в заданому порядку. Щоб усе пройшло правильно, необхідно дотримуватись наступного плану:

1. Визначаються основні параметри, якими має зварне з'єднання. Це його розміри, форма та просторове становище.
2. Потім небезпечний перетин провертається на площину, яка стикається з деталлю, що зварюється, вона ще називається площиною стику деталей. Поворот необхідний, якщо небезпечний переріз шва не сходиться з площиною стику досліджуваної деталі. Той перетин, що утворюється внаслідок повороту, зветься розрахунковим.
3. Після цього розпочинають пошук становища центру мас на розрахунковому перерізі.
4. Зовнішнє прикладене навантаження переноситься до центру мас, які є на розрахунковому перерізі.
5. Далі необхідно визначити напругу, що виникає у розрахунковому перерізі при дії всіх прийнятих силових факторів. Сюди входить поперечна і нормальна сила, а також момент, що крутить і згинає.
6. Після цього визначається найбільш навантажена точка у перерізі. У ній складаються всі отримані навантаження, що впливають на поверхню, і визначається сумарне навантаження, яке і буде максимумом, з яким доведеться зіткнутися шву.
7. Відбувається розрахунок напруги, що допускається, що впливає на зварний шов.
8. На завершальному етапі відбувається порівняння допустимої напруги та сумарного, максимального на перерізі. Завдяки цьому можна знайти ті розміри, які будуть найбільш підходящими для роботи даної металоконструкції. Щоб підтвердити дані, робиться додатковий перевірочний розрахунок.

Не варто забувати, що всі ці дані залишаються актуальними лише якщо дотримуються всіх правил виконання зварних з'єднань.

Сторінка 3

Лобовим називається такий шов, коли вісь шва перпендикулярна до діючих зусиль. Фланговий шов спрямований паралельно зусиллям, що діють. Косий шов спрямований до діючих зусиль під будь-яким кутом. Комбіновані шви можуть складатися з лобових та флангових або з косого та флангових швів.

При цьому вид епюри напруги т по довжині флангового шва показаний на фіг.

Розрахунок міцності швів проводиться по небезпечній площині зрізу, що збігається з бісектрисою прямого кута. Розрахункова формула міцності складена у припущенні, що напруги вздовж флангового шва рівномірно розподілені.

Розрахунок комбінованих (флангових та лобових) кутових швів під дією моменту в площині стику (рис. 1.6) виконують, вважаючи для спрощення, що шви працюють незалежно, а флангові шви передають тільки зусилля, спрямовані вздовж швів. З умов рівноваги випливає М Лфтй tWj, де Аф 0 7К7ф - площа небезпечного (розрахункового) перерізу одного флангового шва; h - відстань між фланговими швами (ширина деталі, що приварюється; Wn 0 7Kh2 / 6 - момент опору лобового шва.

Найменші розмірикатетів кутових швів Нш не повинні призначатися меншими, що вказані в табл. 111 1.1. Найбільші розміри катетів кутових швів не повинні бути більше 126, де б - найменша товщина елементів, що з'єднуються. Найменша довжина кутового (лобового або флангового) шва має бути не менше 60 мм і не менше шестиразового розміру катета шва. Найбільша розрахункова довжина флангового шва в з'єднаннях, що працюють на осьове зусилля, не повинна перевищувати 50 катетів шва. Якщо ж сила, що передається фланговому шву, виникає по всьому його протязі, як у поясних швах балок, то довжина шва не обмежується. Співвідношення розмірів катетів кутових швів слід приймати для флангових швів 1: 1, а для лобових швів - 1: 15; при цьому більший катет повинен бути спрямований вздовж зусилля, що сприймається лобовим швом, а шов виконуватиметься з плавним переходом до основного металу.

Розміри зварних швів рекомендується застосовувати мінімально допустимими за умовами міцності. Найменша довжина кутових (лобових та флангових) швів повинна бути не менше 60 мм та не менше шести катетів шва. Найбільша розрахункова довжина флангового шва в з'єднаннях, що працюють на поздовжню силу, не повинна перевищувати 50 катетів шва. Сполучні шви складених перерізів (наприклад, поясні шви балок) повинні бути безперервними по всій довжині. Розрахункову товщину стикових швів приймають рівною найменшою з товщин зварюваних перерізів. Поперечні ребра жорсткості повинні приварюватися до стиснутого пояса і стінки безперервним швом.

Користуючись формулою TQM, розраховують також зварні сполуки, Останніми рокамидедалі більше витісняючі заклепувальні. На рис. II 1.7, а показано з'єднання двох листів внахлестку лобовими та фланговими швами. Таким чином, для одного лобового шва площа небезпечного перерізу дорівнює й - 0 7 до, а для одного флангового шва - 1 - 0 7 до де до - катет шва; у разі, поданому на рис. II 1.7, катет шва дорівнює товщині листа t. Дотичні напруження вважають рівномірно розподіленими за площею небезпечного перерізу.

Вони виникають два роду напруг. В результаті спільної деформації основного та наплавленого металу у флангових швах утворюються сполучні напруги. Як було зазначено вище, їх не враховують щодо міцності з'єднання. По площинах зіткнення валика флангового шва з кожним з листів, а також у самому валику виникають напруги зрізу, які є робочою напругою з'єднання.

Розміри зварних швів слід призначати, можливо, меншими за розрахунком на трочність або за технологічними умовами. Найменші розміри катетів кутових однопрохідних швів hM min (рис. 3.7 6) не повинні бути меншими, ніж зазначені в табл. 3.1. Найбільші розміри катетів кутових левів не повинні бути більше 1 2 байт, де б - найменша товщина елелентів, що з'єднуються. Найменша довжина кутового (лобового або флангового) шва повинна бути менше 60 мм і не менше шестикратного розміру катета шва. Найбільша розрахунок - 1а довжина флангового шва в з'єднаннях, що працюють на осьове зусилля, не повинна бути більше 50 катетів шва. Якщо ж сила, що передається фланговому шву, виникає і на всьому його протязі, то довжина шва не обмежується. Співвідношення розмірів катетів кутових швів слід приймати для флангових швів 1: 1, а для лобових швів 1: 15; при цьому великий катет повинен бути спрямований уздовж зусилля, що сприймається лобовим швом, а шов виконуватиметься з плавним переходом до основного металу.

Користуючись формулою T QM, розраховують також зварні сполуки, які в останні роки дедалі більше витісняють заклепувальні. На рис. III.7, а показано з'єднання двох листів Внахлестку лобовими та фланговими швами. При розрахунку як лобових, так і флангових зварних швів приймають, що небезпечний переріз шва збігається з площиною, що проходить через бісектрису тп прямого кута DBC (рис. III. Таким чином, для рдного лобового шва площа небезпечного перерізу дорівнює 6 - 0 7 к, а для одного флангового шва - / - 0 7 до, де до - катет шва, у випадку, визначеному на рис.3. Дотичні напруження вважають рівномірно розподіленими по площі небезпечного перерізу.

Флангові шви спрямовані паралельно зусиллю (фіг. У флангових швах виникають два роду напруг. В результаті спільної деформації основного і наплавленого металу у флангових швах утворюються сполучні напруги. Як було зазначено вище, їх не враховують при визначенні міцності з'єднання. По площинах зіткнення валика з кожним з листів, а також у самому валику виникають напруги зрізу, які є робочою напругою з'єднання.

Через дефект зварювання на кінцях шва (непровар на початку і кратер в кінці шва) приймають мінімальну довжину шва не менше 30 мм. При необхідності виконати шов уривчастим число окремих ділянок (швів) має бути мінімальним. У нахлесточных з'єднаннях приймають I 4s, s - мінімальна товщина деталей, що зварюються. Довжина/л лобових швів не обмежена. Довжина/ф флангових швів не повинна перевищувати 60 К (деякі автори рекомендують не більше 30 К) для обмеження нерівномірності розподілу напруги по довжині флангового шва.

У момент аварії кран перебував у неробочому стані біля посадкового майданчика: візок встановлений у середині прольоту, грейфер був опущений на землю. За характерним малюнком типу ялинка було встановлено, що руйнація почалася у зоні флангового шва з'єднання нижнього пояса зі стінкою. У зоні зламу встановлено неякісне виконання флангових швів.

7.Стикові зварні з'єднання. Розрахунок та конструювання.

Стикові – з'єднуються торцями (а). Мають найменшу концентрацію напруг під час передачі зусиль, економічні. Товщина елементів не обмежена. З'єднання = прямим або косим швом.

Підсилюють накладками комбінір. (Б).

Стикові найбільш раціональні, але вимагають додаткової обробки кромок.

Робота та розрахунок стикових швів

Міцність при розтягуванні чи стисканні залежить від характеристик металу та шва.

При дії N розподіл напруги по довжині шва приймається рівномірним, робоча товщина шва = меншою з товщин елементів. Напруга в шві (а) Rсв - розрахунковий опір зварного стикового з'єднання стиску або розтягу, - коефіцієнт умов роботи елемента.

Розрахунковий опір стикового з'єднання при стисканні з'єднання Rсв = R.

При Rсв ≤ Rосновного металу шов роблять косим (з перевіркою) (б). Розрахунок косих швів: перпендикулярно шву

вздовж шва

а та б - на поздовжню силу; в - на вигин

При дії згинального моменту (в)

де – момент опору шва.

З'єднання встик, що працюють на нормальну напругу та зріз, перевіряють

8.Зварні з'єднання з кутовими швами. Розрахунок та конструювання.

У головні – елементи розташовані під кутом (г).

Валикові шви – елементи, розташовані у різних площинах.

Флангові - паралельно до осьового зусилля.

Лобові - перпендикулярно до зусилля (розраховують умовно).

Робота та розрахунок з'єднань, виконаних кутовими швами

З'єднання внахлестку.

Флангові працюють на зріз та вигин. Руйнування може відбуватися по металу шва, по осн. металу на межі його сплаву з металом шва.

Великі напруги в корені шва.

Розглядаємо можливість руйнування шва від умовного зрізу:

По металу шва

По межі сплавлення з металом шва

βш і βс - коеф. глибини проплавлення – залежно від виду зварювання

Lш = L-10мм, RВш-розрахунковий опір зрізу металу шва;

Rувс-розрахунковий опір зрізу (умовному) металу межі сплавлення.

Зручніше визначати необхідну довжину швів, задаючись їх товщиною kш: kш = меншою з товщин елементів,

Товщина шва виходячи з його можливої ​​розрахункової довжини:

Напруги від сили зсуву та моменту:

По металу шва

По металу межі сплавлення

Площі швів мають бути розподілені обернено пропорційно відстаням від шва до осі елемента.

за загальної необхідної площі швів -

Площа більшого шва на «вушці» куточка

Площа меншого шва на пере куточка

9. Достоїнства та недоліки болтових з'єднань. Види болтів, що застосовуються у будівельних мк. Різновиди болтових з'єднань.

Болтові = раніше зварені. Простота та надійність у роботі.

Вони більш металомісткі, мають накладки, послаблюють отворами.

Болти грубої та нормальної точності- відхилення діаметра 1 мм та 0,52 мм (для болтів d≤30 мм). Вони з вуглецевої сталі. Клас міцності болтів (5.6). Перше число = 50 = тимчасовий опір (σ кгс/мм2), а 5*6=30 - межа плинності матеріалу (σ кгс/мм2).

Отвори на 2-3 мм більші за діаметр болта - полегшує посадку болтів (перевага). Але це підвищує деформативність з'єднання під час роботи на зсув. Ці болти = кріпильні.

Болти підвищеної точності- З вуглецевої сталі. d отвори = 0,3 мм від діаметра болта.

Болти сидять щільно і добре сприймають зсувні сили. Складність виготовлення та постановки болтів = застосовуються рідко.

Високоміцні болти- із легованої сталі, термічно обробляють. Вони – нормальної точності, отвори більшого діаметру, але гайки затягують спец-ключом. Сили тертя перешкоджають зсуву елементів щодо один одного. Високоміцний болт працює на осьове розтягування.

Необхідна однакова товщина елементів, бо несуча здатність болта різко зменшується.

Застосовують клеєболтове. Переваги – простота пристрою; За якістю – не поступаються зварюванню, але поступаються їй за витратою металу.

Самонарізні болти- Наявність різьблення. Матеріал – сталь термозміцнена. d=6 мм для прикріплення профільованого настилу до прогонів та елементів фахверку. Перевага – доступ до конструкції лише з одного боку.

Фундаментні (анкерні) болти- передачі зусиль, що розтягують, з колон на фундамент. Матеріал - сталі марок ВСтЗкп2, 09Г2С та 10Г2С1.

Випадок 1. Стикове з'єднаннянавантажено осьовими силами. Зварний шов (див. рис. 2.1) працює на розтягування або стиск незалежно від виду підготовки кромок.

Умова міцності шва:

де F – навантаження на зварне з'єднання, Н; b – довжина шва, мм; s - товщина деталей, що з'єднуються, мм; а - розрахункова напруга розтягування (стискування) у зварному шві, МПа; [ - Допустима напруга для зварного шва (МПа), що приймається за табл. 2.2.

Випадок 2. Кутові (валикові) шви навантажені осьовими силами. Кутові лобові шви (див. рис. 2.4 а) розраховують по небезпечній площині зрізу, що збігається з бісектрисою прямого кута. Розрахункова висота шва (див. рис. 2.4 б).

де К - розмір катета кутового шва, мм; - розрахункова напруга зрізу у зварному шві, МПа; - Допустима напруга для кутового зварного шва (МПа), що приймається за табл. 2.2.

Кутові флангові шви (рис. 2.5) розраховують аналогічно.

При несиметричному розташуванні флангових швів щодо лінії дії сил (рис. 2.8) сили, що виникають у них, знаходять за правилами статики:

Рис. 2.8. Приєднання несиметричного елемента

Випадок 3. Пробкове з'єднання (див. рис. 2.6)

а) працює на зріз:

б) працює на відрив:

де – кількість пробок; - Діаметр пробок, мм.

Випадок 4. Розрахунок швів, навантажених перпендикулярно до стику. 1. З'єднання виконано стиковими швами (рис. 2.9 а):

де М - згинальний момент, ; - Момент опору зварного - площа перерізу зварного шва, мм2: .

впливом поперечної силизазвичай нехтують так само, як і при розрахунку балок на вигин.

2. З'єднання виконане кутовими швами (рис. 2.9, б). Розрахунок ведуть за умовною методикою, підсумовуючи напруги від вигину та розтягування:

де - момент опору швів у

Рис. 2.9. З'єднання, навантажене силою та моментом: а - шви стикові; б - шви валикові (кутові)

бісекторному перерізі, площа швів у бісекторному перерізі,

Випадок 5. Розрахунок кутових швів, навантажених у площині стику деталей, що зварюються (рис. 2.10).

Наведемо розрахунок за способом розчленування сполуки на складові Розрахунки за способом полярного моменту інерції та за способом осьового моменту див.

Рис. 2.10. З'єднання з декількох швів, що працює на вигин

Приймають, що згинальний момент М врівноважується парою сил горизонтальних швахта моментом защемлення вертикального шва:

Тоді умова міцності

Випадок 6. Розрахунок швів точкового з'єднання (рис. 2.11).