5.3. Прочность сварных соединений и конструкций

Под прочностью понимается свойство материалов в определен­иях условиях, не разрушаясь, воспринимать те или иные воздействия.

Расчеты на прочность включают в себя несколько этапов:

I. Определение напряженного состояния в конструкции, т. е. определение величины и вида напряжений в элементах конструкций. Эти напряжения состоят из рабочих напряжений, возни­кающих от внешнего нагружения (вес груза, давление и др.) или связанных с условиями эксплуатации (например, температурные напряжения); с о б с т в е н н ы х напряжений, возникающих при сборке, сварке и т. д.

2. Оценка возможного предельного состояния конструкции для данных условий эксплуатации. Предельным называется состояние, когда под действием нагрузки происходят качественные изменения свойств материала или наступает физический процесс, по каким-либо причинам недопустимый, нежелательный или опасный.

Характерными случаями предельных состояний являются:

• наступление текучести в основном сечении элементов конструк­ции или разрушение под действием статических, повторно-перемен­ных и динамических нагрузок;

• предельное состояние, обусловленное наибольшей деформацией конструкции, недопустимыми прогибами при статических нагруз­ках, колебаниями при динамических нагрузках;

• предельное состояние, характеризуемое максимально допусти­мыми местными повреждениями (деформациями, трещинами). Воз­можно сочетание различных предельных состояний.

3. Определение прочности элементов и несущей способности кон­струкции в целом, исходя из напряженного состояния и характера предельного состояния.

При расчете конструкции по допускаемым напряжениям условие прочности имеет вид: σ где σ — напряжение в опасном сечении элемента, — допускаемое напряжение, которое составляет не­которую часть от предела текучести материала а: = σ_т/n,

где п — коэффициент запаса прочности. В этом расчете в качестве предельного состояния принимается наступление текучести материа­ла. Коэффициент запаса прочности п (гарантирует ненаступление текучести) имеет различные значения в зависимости от ряда усло­вий — характера нагрузки, толщины элементов, марки материала, ответственности конструкции и т. д. Коэффициент запаса прочности относительно предела текучести устанавливают для низкоуглеродис­тых сталей обычно в пределах 1,35—1,50, иногда больше. Для углеродистой стали обыкновенного качества в обычных строитель­ных конструкциях допускаемое напряжение составляет [σ] = 160МПа.

Действующие в элементах конструкции напряжения при осевых нагрузках вычисляют по формуле

σ =N/F,

где N — осевое усилие, Н; F — площадь поперечного сечения эле­мента, м².

Если σ [σ], элемент конструкции удовлетворяет требованиям прочности. При решении обратной задачи, т. е. при определении требуемого поперечного сечения элемента, расчет ведут, исходя из величины осевого усилия, по выражению F .

Расчетные усилия в сварных швах N определяют по выражению N=[σ']F, где [σ'] — допускаемые напряжения в сварных соедине­ниях, Н/м², F — рабочая площадь сварного шва, м².

Стыковые швы рассчитывают по формуле N=[σ'] Sl, где S — толщина металла в расчетном сечении, м; l— длина шва, мм. До­пускаемое напряжение в стыковом шве принимается равным 0,8— 1,0 [σ]_р, где [σ]_р— допускаемое напряжение в основном металле при растяжении.

Допускаемое, усилие N для угловых лобовых швов рассчиты­вается по формуле N = 0,7Kl[τ'], где К — катет шва, м; l — длина шва, м; [τ’] — расчетное сопротивление срезу, Н/м²;

[τ'] = (0,6-0,65)[σ_р].

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 рассчи­тывают по формуле N=2-0,7'K([τ'].