5. Розрахунок зварних з’єднань сталевих конструкцій

Стикові зварні шви при роботі на розтяг і стиск розраховуються за формулою:

. (16.1)

Кутові шви розраховуються у площині наплавленого металу:

, (16.2)

або у площині металу межі сплавлення:

. (16.3)

Розрахунковий зріз вибирається залежно від відношення

.

Якщо це відношення більше від одиниці, розрахунок ведеться у площині металу межі сплавлення, а якщо менше від одиниці – у площині наплавленого металу.

Позначення величин, що входять у формули, наведені в пунктах 16.1.14 і 16.1.16 [1].

Задача 5.1. Розрахунок стикового з’єднання

Розрахувати і законструювати з’єднання в стик двох листів перерізом зі сталі С375 при дії розтягуючого зусилля . Ручне зварювання, з візуальним контролем якості; коефіцієнт надійності за призначенням , коефіцієнт умов роботи .

Розв’язання

1. За табл. Г.2 [1] (табл. А.2) визначаємо розрахунковий опір листового прокату товщиною зі сталі С375: .

2. Відповідно до табл. 7.3 [1] (табл. А.7), розрахунковий опір стикового зварного шва при дії розтягуючого зусилля і при відсутності фізичного контролю якості дорівнює:

.

3. За формулою (16.1) [1] визначаємо необхідну довжину зварного шва:

.

4. Можливі три варіанти конструктивного рішення стикового з’єднання листів товщиною і шириною (рис. 6):

а) зварювання прямим стиком без виведення на підкладки можливе, якщо

;

б) зварювання прямим стиковим швом із виведенням на підкладки можливе, якщо

;

в) при необхідне зварювання косим стиковим швом (ухил 1:2).

Рис. 6. Варіанти конструктивного рішення стикового з’єднання

У нашому випадку , тобто варіант "а" неможливий, але , що робить можливим варіант "б".

5. Остаточно приймаємо конструктивне рішення: зварювання прямим стиковим швом із виведенням на підкладки.

Задача 5.2. Конструювання з’єднання внапуск із кутовими швами

Розрахувати і законструювати прикріплення смуги перерізом до листа товщиною на розрахункове зусилля (рис. 7). Зварювання напівавтоматичне, в нижньому положенні, фланговими швами максимально можливого катета. Матеріал з’єднуваних елементів – сталь С345, зварювальний дріт Cв-08ГА діаметром 2 мм; коефіцієнт надійності за призначенням , коефіцієнт умов роботи . Група конструкцій 2.

Розв’язання

1. Максимально можливий катет шва визначаємо згідно з пунктом 16.1.5 [1]:

.

Крім того, катет шва не може бути більше від товщини смуги, вздовж краю якого зварюється цей шов, тобто . Зі стандартного ряду катетів зварних швів вибираємо .

2. За табл. Ж.1 [4] (табл. А.8) перевіряємо правильність вибору марки зварювального дроту. Для класу міцності основного металу С345 і групи конструкцій 2 зварювальний дріт Cв-08ГА застосовувати можна.

3. За табл. Д.2 [1] (табл. А.9) визначаємо розрахунковий опір у площині наплавленого металу для класу міцності основного металу С345: .

4. За табл. 16.2 [1] (табл. А.10) визначаємо коефіцієнти форми шва для напівавтоматичного зварювання в нижньому положенні при і : і .

5. Відповідно до табл. 7.3 [1] (табл. А.7) розрахунковий опір кутового шва у площині металу межі сплавлення з основним металом визначається через тимчасовий опір сталі з’єднуваних елементів:

.

Тут – характеристичне значення тимчасового опору менш міцного зі з’єднуваних елементів, визначеного за табл. Г.2 [1] (табл. А.2) для листового прокату товщиною зі сталі С345.

6. Визначаємо розрахунковий зріз шва, для чого обчислюємо:

.

Отже, розрахунковим є зріз у площині наплавленого металу.

7. Визначаємо розрахункову довжину зварного кутового шва за формулою (16.2) [1]:

.

Розрахунок за межею сплавлення виконується за формулою (16.3).

Рис. 7. Схема прикріплення смуги до листа за допомогою зварювання

8. Відповідно до пункту 16.1.16 [1], конструктивна довжина кожного з двох флангових швів дорівнює (приймаємо більше значення):

,

або .

Приймаємо , що дорівнює також довжині напуску в з’єднанні.

9. Перевіряємо конструктивні вимоги до довжини кутового зварного шва і величини напуску листів відповідно до [1]:

згідно з пунктом 16.1.5 в) повинно бути і ;

згідно з пунктом 16.1.5 д) повинно бути ;

згідно з пунктом 16.1.5 е) розмір напуску повинен бути не меншим, ніж .

10. Оскільки всі конструктивні вимоги дотримуються, остаточно приймаємо з’єднання внапуск із двома фланговими швами катетом довжиною .

Задача 5.3. Визначення несучої здатності з’єднання з кутовими зварними швами

Визначити розрахункову несучу здатність з’єднання внапуск смуги із листом товщиною (рис. 8). З’єднання виконане одним лобовим і двома фланговими швами мінімального катета при довжині напуску . Матеріал з’єднуваних елементів – сталь С255. Зварювання ручне електродами Е42А. Коефіцієнт надійності за призначенням , коефіцієнт умов роботи . Група конструкцій 2.

Розв’язання

1. За табл. Г.2 [1] (табл. А.2) визначаємо характеристичні значення межі текучості і тимчасового опору менш міцного із з’єднуваних елементів (лист товщиною зі сталі С255): ; .

2. За табл. Ж.1 [4] (табл. А.8) перевіряємо правильність вибору типу електрода. Для класу міцності основного металу С255 і групи конструкцій 2 електрод типу Е42А застосовувати можна.

3. З табл. Д.2 [1] (табл. А.9) визначаємо розрахунковий опір зварюванню електродами Е42А у площині наплавленого металу для класу міцності основного металу С255: .

4. Розрахунковий опір зварювання у площині металу межі сплавлення з основним металом обчислюється за формулою із табл. 7.3 [1] (табл. А.7):

.

5. За табл. 16.1 [1] (табл. А.11) визначаємо мінімальний катет шва, виконаного ручним зварюванням, якщо товстіший із з’єднуваних елементів має товщину і межу текучості : .

6. За табл. 16.2 [1] (табл. А.10) визначаємо коефіцієнти форми шва для ручного зварювання: і .

7. Визначаємо розрахунковий зріз шва по відношенню:

.

Розрахунковим є зріз у площині наплавленого металу.

8. Обчислюємо розрахункову довжину зварного шва по конструкції з’єднання з урахуванням указівок пункту 16.1.16 [1] (приймаємо менше значення):

,

або .

Приймаємо (тут – довжина напуску, а – ширина смуги, тобто конструктивні довжини флангового і лобового шва відповідно).

N

l = 80 мм

Рис. 8. Схема прикріплення смуги до листа за допомогою зварювання

9. Із формули (16.2) [1] визначаємо розрахункову несучу здатність з’єднання з кутовими швами при розрахунку по розрахунковому зрізу в площині наплавленого металу:

.