Примеры решения задач Задача №1

Определить диаметр (d) заклепок, d₀, размер шага p, для соединения однорядного, односрезного, одностороннего нахлестного шва (рис 1), при толщине листа δ=7мм, F – растягивающая сила 180 кН; ширина полос в = 200мм, материал заклепок Ст.3. Поверить условие прочности.

Решение:

1. По условию прочности (формула 1) определяется диаметр заклепки:

,

где [τ_ср] = 140 Н/мм² (таблица 2).

;

.

ближайший диаметр заклепки (таблица 1), d = 29мм, d = 30мм.

2. Шаг заклепки определяем по соотношению:

p = (3…6) d = 3d = 3 ∙ 29 = 87мм.

3. Диаметр заклепки проверяется на смятие по формуле (2):

;

[σ_см] = 320 Н/мм² (таблица 2),

;

σ_см ≤ [σ_см], условие прочности не выполнено, необходимо сделать перерасчет количества заклепок.

4. Заданное число в шве 2 заклепки.

Необходимое число в шве при симметрично действующей на шов нагрузки F, определяется расчетом заклепок на растяжение (формула 3).

;

отсюда определяем z₀ – необходимое число в шов.

;

[σ_р] = 160 Н/мм² (таблица 2) принимаем Z₀ = 3 штуки.

5. Определяем условия прочности на срез листа (сечение 4-4) для края листа (одновременно по двум сечениям).

ℓ = 1,5d = 1,5 ∙ 29 = 43,5мм

[τ_ср] = 100 МПа (таблица 2)

;

τ_ср =180 ∙ 10³/2(43,5 – 30/2) ∙ 7 ∙ 3 ∙ 2 = 75,2МПа;

Ответ: d = 29мм; d₀ = 30мм; р = 87мм; z₀ = 3шт.

2. Сварные соединения

Сварка является наименее механизированным способом соединения элементов стальных конструкций.

Соединение сваркой элементов конструкцией осуществляется внахлестку и встык. Валиковые в нахлестку производится при помощи валиковых (угловых) швов. Валиковые швы называют фланговыми, если они расположены перпендикулярно направлению силы (рис 2б), и косыми, если идут под углом к направлению действующей силы (рис 2в), соединение встык (рис 2г).

Рис.2

2. Расчет сварных швов при осевом нагружении соединяемых элементов.

1. Соединение встык (рис 2г).

Прямой шов встык рассчитывают на растяжение или сжатие:

σ_р = F/в ∙ δ = ≤ [σ_р]^/ (5)

Допускаемое напряжение для сварного шва на растяжение [σ_р] зависит от способа сварки и марки применяемых электродов (см. табл. 4).

П ри сжимающей нагрузке расчет на прочность ведут так же, но допускаемое напряжение [σ_с]^/ обычно выше, чем [σ_р]^/.

2) Соединение угловыми швами.

Все угловые швы рассчитывают на срез (валиковые швы рис 3), наиболее вероятно разрушение шва по плоскости аб. Расчетное сечение среза – площадь А = Lh, где L – длина валикового шва; h – расчетная высота.

h = δ ∙ cos45 = 0,7 Рис 3

Когда сваривают листы различной толщины, то при вычислении высоты шва а расчет вводится минимальная толщина.

Условие прочности сварного шва имеет вид:

; (6)

где [τ_ср] – допускаемое напряжение на срез для сварного шва.

Допускаемые напряжения для сварных швов

Допускаемые напряжения зависят от основного материала конструкции, вида технологического процесса, типа электродов и характера деформации.

Таблица 3 – Допускаемые напряжения для сварных швов.

Вид технологического процесса	[σр]/	[σс]/	[τср]/
1 – й 2 – й 3 – й	[σ] 0,9 [σр] 0,6 [σр]	[σр] [σр] 0,75 [σр]	0,65 [σр] 0,6 [σр] 0,5 [σр]

Примечание: К 1-му виду технологического процесса относится автоматическая сварка под слоем флюса, а так же ручная – электродами Э42А и Э50А;

Ко 2-му виду – сварка толсто покрытыми электродами Э42 и Э50;

К 3-му виду – сварка электродами Э34 и ионизирующими (тонкими) покрытиями.