2. Вибір матеріалу конструкції

В залежності від ступеня відповідальності конструкції будівель та споруд, а також від умов їх експлуатації, всі конструкції поділяються на чотири групи згідно [1], таблиця 50 (див. додаток 1, табл. 1).

До першої групи віднесені зварні конструкції, які працюють в особливо важких умовах або піддаються безпосередній дії динамічних, вібраційних або рухомих навантажень (підкранові балки, баки робочих майданчиків або елементи естакад та ін.)

До другої групи віднесені зварні конструкції, які працюють на статичне навантаження при дії одноосного і однозначного двоосного поля розтягуючих напружень (ферми, ригелі рам, балки покриттів та перекриття та інші розтягнуті, розтягнуто-зігнуті та елементи, що згинаються), а також конструкції першої групи при відсутності зварних з’єднань.

До третьої групи віднесені зварні конструкції, які працюють переважно при дії стискуючих напружень (колони, стійки та інші стиснуті та стиснуто-зігнуті елементи), а також елементи другої групи без зварних з’єднань.

До четвертої групи віднесені допоміжні конструкції та елементи (зв’язки, елементи фахверка, огородження та ін.), а також елементи третьої групи при відсутності зварних з’єднань.

Якщо для конструкції третьої та четвертої груп достатньо вимог до міцності при статичних навантаженнях, то для конструкцій першої і другої груп – опір динамічним навантаженням та крихкому руйнуванню.

Для кожної групи конструкції в залежності від температури експлуатації до сталей пред’являються вимоги по ударній в’язкості при різних температурах.

Таким чином, вибір марки сталі залежить від групи конструкції та кліматичного району будівництва.

Сталь для конструкцій, які споруджуються в кліматичних районах І₁, І₂, ІІ₂, ІІ₃, але експлуатуються в опалюваних приміщеннях, слід приймати як ля кліматичного району ІІ₄, окрім сталі С245 та С275 для конструкцій групи 2.

Далі за таблицею 51 СНиП ІІ-23-81* (додаток 1 табл. 2) в залежності від вибраної марки сталі, товщини прокат вибирають нормативний та розрахунковий опір при розтягу, стискуванні та згинанні для широкополосного листового та фасонного прокату (R_un, R_yn, R_u, R_y).

При інших напружених станах:

Зсув

Змяття торцевої поверхні

Змяття місцеве в циліндричних шарнірах (цапфах) при щільному торканні

Діаметральний стиск катків (при вільному торканні в конструкціях з обмеженою рухомістю)

Розтяг в направленні товщини прокату (до 60 тонн)

3. Розрахунок зварних з’єднань

Розрахунок зварних з’єднань виконується згідно [1] п. 11.1-11.5.

Перед початком розрахунку зварних з’єднань необхідно вибрати матеріали для зварювання (електроди, званий дріт, флюс) в залежності від групи конструкції, кліматичного району, марки салі та таблиці 55 [1] (див. додаток 2 табл. 1).

Розрахунок зварних стикових з’єднань на центральний розтяг або стиск виконується за формулою:

, (5)

де t – найменша товщина елементів, що з’єднуються;

l_w – розрахункова довжина шва, яка дорівнює його повній довжині, зменшеній на 2t або повній довжині, якщо кінці шва виводяться за границя стику;

R_wy – розрахунковий опір шва слід приймати

R_wy = R_ωu / γ_u

R_wu – розрахунковий опір за табл. 3 [1] (див. додаток 2 табл. 3);

γ_u – коефіцієнт надійності γ_u = 1,3 для елементів конструкцій, які розраховуються на міцність з використанням розрахункових опорів R_u;

γ_с – коефіцієнт умов роботи за [1] табл. 6 (див. додаток 1 табл. 4)

Розрахунок зварних з’єднань з кутовими швами при дії повздовжньої та поперечної сил розраховують на умовний зріз по двом перерізам (див. мал. 1):

по металу шва (переріз 1)

(6)

по металу межі сплавлення (переріз 2)

(7)

де l_w – розрахункова довжина шва, яка приймається на 10 мм менше її повної довжини;

β_f та β_z – коефіцієнти, які приймаються при зварюванні елементів зі сталі:

- з межею текучості до 530 МПа за табл. 34 [1] (див. додаток 2 табл. 4)

- з межею текучості більше 530 МПа:

β_f = 0,7; β_z = 1,0.

γ_wt та γ_wz – коефіцієнти умов роботи шва, які дорівнюють 1 у всіх випадках, крім конструкцій, які зводяться в кліматичних районах І₁, І₂, ІІ₂, ІІ₃, для яких γ_wt = 0,85 (для металу шва з нормативним опором R_wun = 410 МПа) та γ_wt = 0,85 (для всіх сталей);

R_βf – розрахунковий опір металу шва за [1] табл. 56 (див. додаток 2 табл. 2);

R_wt – розрахунковий опір по межі сплавлення R_wt = 0,45 R_un

Для зменшення званих напружень та деформацій необхідно приймати мінімальні об’єми зварювання в конструкції, приймаються найменші товщини швів, отримані за розрахунком або конструктивних міркувань, запобігати пересікання швів, близького їх розташування один до одного, створювання швами замкнутих контурів.

Мінімальні катети швів слід приймати за [1] табл.. 38 (див. додаток 2 табл. 5) в залежності від найбільшої товщини елементів, що зварюються, виду з’єднання, виду зварювання, межі текучості сталі.

Найбільший катет кутового шва приймається в залежності від найменшої товщини (t) елементів, що зварюються і може бути прийнятий k_ш≤1,2t.

В одній відправній маці бажано мати не більше двох-трьох різних товщин швів.

Найменша довжина кутового шва повинна бути не менш 4 k_ш і не менш 40 мм.

Найбільша довжина флангового шва із-за нерівномірності розподілу напружень повинна бути не більше 85βk_ш (або 60 hм) – для елементів ферм).

Мал. 1. Схема розрахункових перерізів зварного з’єднання з кутовим швом

1 – переріз по металу шва;

2 – переріз по металу межі сплавлення