10.2. Работа и расчет стыковых швов

В стыковом шве при действии на него центрально расположенной силы напряжения распределяются равномерно. За расчетное сечение стыкового шва принимается площадь по сечению I–I (рис. 32, а).

Расчет сварных стыковых соединений на центрально приложенные силы производится по формуле:

,

где t – наименьшая толщина соединяемых элементов;

– расчетная длина шва, равная полной его длине, уменьшенной на 2t, или полной его длине в случае вывода концов шва за предел стыка;

– расчетное сопротивление сварного стыкового шва при сжатии , при растяжении и изгибе , при растяжении и изгибе с физическим контролем качества шва ;

– коэффициент условий работы (по табл. 6 СниП [1]).

Рис. 32. К расчету стыковых швов:

а – прямой шов; б – прямой шов с применением выводных планок; в – косой шов; г – сты-ковое соединение при действии изгибающего момента

Чтобы сделать стыковой шов при меньших расчетных сопротивлениях сварного шва растяжению равнопрочным основному металлу соединяемых элементов, его можно выполнить косым (рис. 32, в).

Разложив действующее усилие на направление, перпендикулярное оси шва, получим:

; ; .

В этом случае проверочным является условие:

.

При расчете стыкового соединения на действие изгибающего момента расчетная формула имеет вид:

.

Если в соединении действуют изгибающий момент и нормальная сила, то проверка на прочность имеет вид:

.

10.3. Расчет угловых швов

Фланговые угловые швы характеризуются неравномерностью распределения напряжений по поперечному сечению элемента и по длине шва. Действительная работа угловых швов чрезвычайно сложна, но превалирует в ней срез. Поэтому все угловые швы условно рассчитывают на срез по двум сечениям: по металлу шва (1) и по металлу границы сплавления (2 рис. 33).

По металлу шва:

Поперечное сечение шва условно рассматривается как равнобедренный треугольник. Наиболее слабое место – по биссектрисе. Длина биссектрисы . При автоматизированных способах сварки этот размер принимается .

Рис. 33. Схема расчетных сечений сварного соединения с угловым швом

Условие прочности (сечение 1 рис. 33):

.

Рис. 34. К расчету сварных соединений с угловыми швами. Прикрепление монтажного столика к колонне

Отсюда требуемая наименьшая длина шва:

,

где – расчетная длина шва, принимаемая на 10 мм меньше фактической длины;

N – продольное усилие;

– высота шва по катету;

– коэффициент глубины провара, принимаемый по табл. 34 СНиП [1];

– коэффициент условий работы шва в зависимости от климатического района;

– коэффициент условий работы соединения;

– расчетное сопротивления углового шва срезу по металлу шва.

По металлу границы сплавления:

,

где – расчетное сопротивления углового шва срезу по металлу границы сплавления: ;

– временное сопротивление стали разрыву (табл. 51* СНиП [1]);

– коэффициент условий работы швов (те же значения, что и );

– коэффициент, принимаемый по табл. 34 СНиП [1].

При назначении и конструировании сварного соединения должны быть выполнены следующие требования:

1. , где – наименьшая из толщин свариваемых элементов;

2. , где – по табл. 38 СНиП [1];

3. ;

4. , кроме случаев, когда сварной шов имеет место на всей длине конструкции.

Если превышает , то можно определить толщину шва , исходя из его возможной расчетной длины:

или принять другой тип электрода с большим значением .

При одновременном действии на угловой шов сдвигающих сил и момента (рис. 34), напряжения, действующие на одну площадку, но в перпендикулярных направлениях, геометрически суммируются.

Поэтому при расчете по металлу шва:

и условие прочности:

При расчете по металлу границы сплавления:

; .

Швы различной толщины выполняют сварочным током разной силы, поэтому для упрощения сварочных работ в одной отправочной марке следует иметь не более двух-трех типоразмеров швов.

В конструкциях, воспринимающих статические нагрузки, соотношения размеров катетов угловых швов следует принимать, как правило, 1:1. При разных толщинах свариваемых элементов допускается принимать швы с разными катетами. При этом катет, примыкающий к более тонкому элементу, должен быть не более 1,2t, где t – толщина этого элемента, а катет, примыкающий к более толстому элементу, – не менее указанного в табл. 38 СНиП [1].

При проектировании сварных соединений необходимо назначить катеты угловых швов такими, чтобы их можно было заварить за один проход, так как многослойный шов требует значительных затрат на зачистку поверхности уже выполненных сварных швов от шлака и брызг.