7.6 Расчет сварных соединений.

На срез принято (также условно) рассчитывать и некоторые сварные соединения. Изготовляя металлические конструкции, как из­вестно, часто применяют сварку электрической дугой. Если выбор конструкции соединения, материалов и технологии сварки сделан правильно, то сварное соединение по надежности не уступает закле­почному при действии как статических, так и динамических нагру­зок. В то же время, соединение элементов конструкций с помощью сварки имеет целый ряд преимуществ, основное из которых — эко­номичность. Наиболее распространены соединения в стык (рис.7.11) и с помощью уг­ловых, или валиковых, швов(рис.7.12,7.13,7.14 ). Соединения в стык применяют, когда листы находятся в одной плоскости. При толщине листов δ < 8 мм кромки их не обрабатывают (рис.7. 11, а); при δ = 8 ÷20 мм кромки скашивают и заваривают листы с одной стороны (V - образный шов, рис. 7.11, б); при δ > 20 мм кромки скашивают с двух сторон (Х-образный шов, рис. 7.11, в). Расчетную толщину шва прини­мают равной толщине листа δ, наплывы не учитывают.

Рис.7.11

С оединения с помощью угловых швов делают, когда листы парал­лельны или перпендикулярны.

Рис.7.12 Рис.7.13

С юда относятся соединения внахлестку (рис.7.14), с накладками(рис.7.12) и в тавр(рис.7.13) . Если направление углового шва перпенди­кулярно к действующему усилию, то шов называется лобовым (торцевым)(рис.7.14). Швы, параллельные усилию, носят название фланговых (боковых)(рис.7.12). Применяются также косые швы (рис.7.15), направленные под углом к усилию.

Рис.7.14 Рис.7.15

На рис.7. 12 показано соединение с накладками, приваренными фланговыми швами. Если не учитывать наплывы, то в раз­резе угловой шов имеет форму равнобед­ренного прямоугольного треугольника (рис.7. 16, а). Разрушение шва будет про­исходить по его минимальному

Рис.7.16

сечению АВСВ (рис. 7.16, б), высота которого α = δ∙ ≈ 0,7δ

Расчетная площадь сечения шва α∙ℓ где ℓ — расчетная длина шва.

Сварные соединения, как и заклепочные, условно рассчитывают в предположении равномерности распределения напряжений по сечению шва. В табл. 7.1 приведены некоторые значения допу­скаемых напряжений для сварных соединений. Данные этой табли­цы могут быть использованы только для конструкций, изготов­ленных из стали СтЗ.

Не останавливаясь на расчетах всех видов швов, рассмотрим на примерах расчет только лобовых и фланговых, т. е, таких швов, которые, главным образом, должны сопротивляться действию ка­сательных напряжений.

Таблица 7.1

Вид деформации	Обозначение одопускаемого напряжения	Допускаемое напряжение, кгс/см2
	допускаемого напряжения	Ручная сварка электродами с тонкой обмазкой	Автоматическая свар­ка и ручная сварка электродами с толстой обмазкой
Растяжение		1000	1300
Сжатие Срез		1100 800	1450 1100

Учитывая, что сопротивление стали срезу ниже, чем растяжению, составляющей нормальных напряжений в лобовом шве пренебре­гают и рассчитывают его условно на срез, предполагая, что каса­тельные напряжения равномерно распределены по площади сечения АА₁В₁В (рис.7. 17) При этом для соединения внахлестку в расчет вводят оба шва — верхний и нижний. Тогда, предположив, что ра­ботают оба шва с общей площадью опасного сечения Fэ = 2α∙ =2∙0,7δ = 1,4 δ где — расчетная длина торцевого шва, запишем условие прочности шва:

≤ [τ_э]

Поскольку в начале и в конце шва из-за непровара качество шва ухудшается, действительную его длину увеличивают по сравнению с расчетной на 10 мм, т. е. ℓ = + 10 мм

где ℓ — действительная длина шва (на рис.7.18 ℓ = b ).

Отметим, что вследствие незначительной деформативности мате­риала шва в направлении действия силы лобовые швы жесткие, поэтому они разрушаются при весьма малых остаточных деформа­циях и плохо сопротивляются действию повторно-переменных и ударных нагрузок.

Более распространены на практике фланговые швы (рис.7.18). Они относят­ся к вязким, так как разрушаются лишь после значительных оста­точных деформаций. Фланговые швы всегда ставят парами; эти швы работают на срез в биссекторных сечениях (так же как и лобовые). Площадь среза каждого из двух швов α∙ Условие прочности на срез принимает вид: τ = ≤ [τ_э]

Рис.7.17 Рис.7.18

Пример 4. Определить необходимые размеры фланговых швов, соединяющих полосы (рис. 7.18). Растягивающая сила Р = 14 000 кгс, а допускаемое напряже­ние на срез для металла шва [τ_э] = 1100 кгс/см²; δ = 1 см; = 0,8 см; b = 10 см; b₁ = 12,5 см.

Из условия прочности определяем необходимую длину шва: ℓ = + 1 см = 10,1 см

Пример 5. Найти необходимую длину и фланговых швов (рис. 7.19), соединяющих равнобокий уголок № 5 с косынкой, при действии нагрузки Р = 6000 кгс. Принимаем [т_э]= 900 кгс/см².

Рис.7.19 Условие прочности на срез одновременно двух швов имеет вид τ = ≤[τ_э]

где δ — толщина полки уголка.

Общая длина швов при δ = 5 мм = 19 см

Чтобы обеспечить одинаковые усло­вия работы обоих швов, следует соотно­шение длин швов выбрать обратным соотношению расстояний h₁ и h₂, опреде­ляющих положение центра тяжести уголка, через который проходит сила Р, т. е. при = 3,6 см и = 1,4 см ≈ 0,4 ; = 0,4 ; + 0,4 = (1+0,4) = 19 см ; = = 13,5 см = 19 – 13,5 = 5,5 см

7.7 В заключение рассмотрим пример расчета врубки, используе­мой для соединения деревянных элементов конструкций. Древе­сина анизотропна, т. е. ее механические характеристики зависят от направления силовых воздействий относительно ориентации продольных волокон ( Предел прочности для сосны вдоль волокон 400, поперек—50 кгс/см², для дуба вдоль волокон 500, поперек— 150 кгс/см²). Вследствие этого допускаемые напряжения для различных направлений действия сил приходится принимать разными (табл. 7.2).

Таблица 7.2

Вид деформации	Обозначение допускаемого напряжения	Допускаемое напряжение, кгс/см2
	напряжения	Сосна	Дуб
Растяжение.	[σ]	100	130
Сжатие вдоль волокон и смятие торца	[σсж]	120	150
Смятие во врубках вдоль волокон	[σсм]	80	11О
Смятие перпендикулярно к волокнам (на длине > 10 см)	[σсм]90°	24	48
Скалывание во врубках вдоль волокон Скалывание во врубках поперек волокон Изгиб Скалывание при изгибе	[τ] [τ] 90° [σи] [τи]	5-10 6 120 20	8—14 8 150 28

Пример 6. Рассчитать соединение стропильной ноги со стропильной затяж­кой (рис. 20). Угол между осями стропильной ноги и затяжки α = 30°. Сила, действующая вдоль стропильной ноги, N = 5000 кгс. Материал — сосна, допу­скаемое напряжение на смятие вдоль во­локон — 80 кгс/см². Сечение стропильной ноги Н X Ь = 20 X 20 см.

Конец затяжки испытывает скалыва­ние вдоль волокон под действием гори­зонтальной проекции N₁ силы N: N₁ = N соs 30° = = 5000 • 0,866 кгс = 4330 кгс

Длину х затяжки, выступающую за врубку, определим из условия = ≤ [τ]

Принимая [т] = 8 кгс/см², находим площадь скалывания: ⋝ = = 541 см²

Тогда x = = = 27,1 см

Необходимая площадь смятия врубки = = = 54,1 см²

Глубина врубки у = = = 2,71 см

Примем у = 3 см.

Рис.7.20

ТЕМА 8