2. Проектирование и расчет сварных соединений

2.1. Основы расчета сварных соединений

2.1.1. Расчет стыковых сварных швов

Стыковые швы (рис.2.1) рассчитывают на прочность как целые детали по номинальному сечению соединяемых деталей (без учета утолщения швов). При этом все виды подготовки кромок принимают равноценными.

Рис.2.1.

Стыковой сварной шов при действии растягивающей нагрузки.

При действии сосредоточенной силы F, растягивающей или сжимающей детали соединения, напряжения распределяются по сечению шва равномерно:

(2.1)

где F – внешняя нагрузка, действующая в плоскости соединения деталей перпендикулярно шву, Н; S = b - площадь сварного шва в сечении, перпендикулярном линии действия силы (b и – соответственно длина и толщина одной из соединяемых деталей, м); - допускаемое напряжение при растяжении сварного шва, Па (см. табл.2.1).

Рис.2.2.

Стыковой сварной шов при действии изгибающего момента.

Напряжения в сварном шве от действия момента (рис.2.2) определяются следующим образом:

(2.2)

где М – изгибающий момент, Нм; W – осевой момент сопротивления поперечного сечения шва, м³. Для прямоугольного сечения (рис.2.2) ; для круглого стержня сплошного сечения (где d – диаметр свариваемых частей стержня, м).

При действии одновременно двух силовых факторов – изгибающего момента и растягивающей силы – напряжения в сварном шве суммируются геометрически:

(2.3)

2.1.2. Расчет угловых сварных швов

Основные характеристики углового шва (рис.2.3) – катет шва k и высота h; для нормального шва , причем в большинстве случаев k = .

Рис.2.3.

Угловой сварной шов.

Угловые швы (фланговые и лобовые) рассчитывают на срез по сечению а – а, проходящему через биссектрису прямого угла.

Площадь в расчетном (опасном) сечении , где l – длина шва, м. Напряжения на срез в опасном сечении при действии растягивающей нагрузки F:

(2.4)

Рис.2.4.

Комбинированный сварной шов при действии растягивающей нагрузки.

где - допускаемое напряжение в сварном шве при срезе, Па (табл.1.2); F – растягивающая сила, Н.

Если соединение имеет лобовые и фланговые швы (рис.2.4), то в расчетную формулу необходимо включить общую длину швов:

(2.5)

где l_ф – длина флангового шва, м.

Рис.2.5.

Лобовой сварной шов при действии изгибающего момента в плоскости приварки.

В случае нагружения лобового сварного шва изгибающим моментом в плоскости приварки (рис.2.5) расчет производят по формуле:

(2.6)

где W – осевой момент сопротивления сечения шва, определяемый в случае прямоугольного сечения следующим образом: тогда

(2.8)

Если изгибающим моментом М в плоскости приварки нагружено соединение, выполненное комбинированным угловым швом (рис.2.6), то проверочный расчет производят по формуле:

(2.9)

Рис.2.6.

Комбинированный сварной шов при действии изгибающего момента в

плоскости приварки.

При действии на комбинированный угловой шов одновременно изгибающего момента и продольной силы действующее напряжение представляет собой сумму напряжений, возникающих при действии каждого силового фактора.

Таблица 2.1.

Допускаемые напряжения для основного материала сварных

конструкций, применяемых в промышленных сооружениях (МПа).

Вид	Материал конструкции
напряжения	Ст0, Ст2	Ст3, Ст4	Ст5	Низколегир. сталь
Растяжение, сжатие, изгиб	140	160	190	250
Срез	90	100	120	160

Таблица 2.2.

Допускаемые напряжения в сварных швах из

малоуглеродистых сталей при постоянной нагрузке (МПа).

Вид	Ручная сварка электродами		Автоматическая и ручная сварка под
напряжения	Э34	Э42, Э50	Слоем флюса электродами Э42А, Э50А
Сжатие	0,75	1,0	1,0
Растяжение	0,6	0,9	1,0
Срез	0,5	0,6	0,6

Примечание: - допускаемое напряжение на растяжение для основного металла.