§ 29. Расчет сварных швов на прочность

При проектировании сварных конструкций прочность их определяется на основании расчетов, которые сводятся к определению напряжений, возникающих в элементах изделия от нагрузок.

Существует два основных метода расчета конструкций: по допускаемым напряжениям и по предельным состояниям.

При расчете конструкций по допускаемым напряжениям условие прочности имеет вид σ[σ], где σ - напряжение в опасном сечении элемента, [σ] - допускаемое напряжение, которое составляет некоторую часть от предела текучести стали:

где n - коэффициент запаса прочности.

Коэффициент запаса прочности имеет различные значения в зависимости от ряда условий (характера нагрузки, толщины листов, марки стали и др.). Например, для обычных строительных конструкций, выполняемых из углеродистой стали обыкновенного качества марки Ст3, допускаемое напряжение составляет [σ]=1600 кгс/см²; для пролетных строений железнодорожных мостов (для той же марки стали) [σ]=1400 кгс/см². Так как предел текучести стали Ст3 σ_т=2400 кгс/см², то коэффициент запаса прочности для первого случая будет:

для второго случая:

Для металлов, не обладающих выраженным пределом текучести, запас прочности определяют из отношения предела прочности разрыву σ_п к допускаемому напряжению [σ]. В этом случае коэффициент запаса прочности обычно составляет.

В случае действия осевых нагрузок напряжения вычисляют по формуле

где P - осевое усилие, кгс; F - площадь поперечного сечения элемента, см².

Способ расчета по допускаемым напряжениям прост. Однако определение допускаемых напряжений [σ] или коэффициента запаса прочности и производится упрощенно, без точного учета большого количества условий работы конструкции.

Более точным методом расчета конструкций, учитывающим условия работы, однородность материала конструкции и др., является метод расчета по предельным состояниям. Первый метод применяется в машиностроении, второй - при проектировании всех строительных конструкций.

При расчете конструкции по предельному состоянию условие прочности записывается в виде:

где N - расчетное усилие, кгс; F - площадь сечения, см²; R - расчетное сопротивление материала, кгс/см²; m - коэффициент условий работы, который учитывает степень ответственности конструкции, возможность дополнительных деформаций при эксплуатации, жесткость узлов.

Расчетные сопротивления металла стыковых швов R^св_с устанавливаются Строительными нормами и правилами (СНиП) Госстроя СССР. По этим нормам для стыковых швов, выполненных ручной и полуавтоматической сваркой на стали Ст3, расчетное сопротивление R^св_с при растяжении равно (при условии применения обычных способов контроля швов - наружный осмотр и обмер швов) R^св_с=1800 кгс/см²; при более сложных и точных способах контроля (рентгено- и гаммаграфия, ультразвуковая и магнитографическая дефектоскопия) - R^св_с=2100 кгс/см²; при срезе - Rсвс=1300 кгс/см².

При выполнении указанными видами сварки угловых швов на стали Ст3 при всех способах контроля величина расчетного сопротивления при растяжении, сжатии и срезе принимается R^св_у=1500 кгс/см².

Стыковые швы на прочность рассчитываются по формуле

где N - расчетная продольная сила, действующая на соединение, кгс; R^св_с - расчетное сопротивление сварного стыкового соединения растяжению или сжатию, кгс/см²; δ - толщина металла в расчетном сечении, см; l - длина шва, см.

Рис. 43. Нагрузки на сварные швы: а - стыковой, б - угловой лобовой, в - угловой фланговый

Максимальное усилие N для угловых лобовых швов рассчитывают по формуле

где K - катет шва, см; l - длина шва, см; R^св_с - расчетное сопротивление срезу, кгс/см².

Коэффициент 0,7 показывает, что расчет ведется из предположения разрушения шва по гипотенузе прямоугольного треугольника (форма сечения углового шва).

Максимальное усилие N для угловых фланговых швов рассчитывается по формуле

Примеры. 1. Определить расчетное усилие в стыковом соединении, выполненном ручной сваркой с учетом обычных способов контроля, если δ=1 см, l= 20 см и R^св_с=1800 кгс/см>²(рис. 43, а). N=1⋅20⋅1800=36000 кгс.

2. Определить расчетное усилие в стыковом соединении, выполненном ручной или полуавтоматической сваркой с учетом точных способов контроля, если 5δ=1 см, l=20 см, N=1⋅20⋅2100=42 000 кгс.

3. Определить расчетное усилие в нахлесточном соединении с лобовым швом, если K=1 см, l=20 см (рис. 43, б). N=0,7⋅1⋅20⋅1 500=21 000 кгс.

4. Определить расчетное усилие в нахлесточном соединении с двумя фланговыми швами, если K=1 см, l=10 см (рис. 43, в). N=2⋅0,7⋅1⋅10⋅1500=21 000 кгс.

1. Назовите основные виды сварных соединений, преимущества и недостатки каждого из них.

2. Как классифицируются сварные швы?

3. Изобразите условные обозначения некоторых швов сварных соединений.

4. По каким формулам рассчитывают сварные швы на прочность?

Доставка погрузчиков по Москве Московской области тут.