3.Соединения металлических конструкций. Сварные соединения: виды соединений и швов. Особенности расчета.

-стыковые швы

-угловые швы

Стыко­вые швы предназначены для соединения листов, прокатных профилей — двутавров, швеллеров, уголков и т.п., а также для элементов, восприни­мающих продольные усилия. В этих швах наименьшая концентрация на­пряжений, а если сняты выступающие за плоскость стыкуемых элемен­тов наплавленные части шва, то концентрация напряжений снимается пол­ностью.

На долю угловых швов приходится около 90% выполняемых свароч­ных работ. Хотя прочность угловых швов несколько меньше прочности стыковых, они не требуют разделки кромок и, как следствие, менее тру­доемки. Соединения с использованием угловых швов выполняются с накладками или без них. Угловые швы могут быть фланговыми, распо­ложенными вдоль усилия, либо лобовыми (торцевыми), расположен­ными перпендикулярно усилию.

швы с выпуклой поверхностью и соотношением размеров катетов 1:1 как для фланговых, так и для лобовых швов (рис. 25.6, а). В конструкци­ях, воспринимающих динамические или вибрационные нагрузки, при­меняют швы с вогнутой поверхностью и соотношением размеров кате­тов 1:1 для фланговых швов и 1:1,5 для лобовых (рис. 25.6, б, в).

Расчетная длина углового сварного шва должна быть не менее 4kfK не менее 40 мм. Для флангового шва расчетная длина должна быть не более &5(3fkf(Pf— см. п. 21.4.2), за исключением швов, в которых усилие дей­ствует на всем протяжении шва.

РАСЧЕТ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

Расчет швов встык при действии осевой силы

В швах встык первоначальная концентрация напряжений не оказы­вает влияния на его прочность, поскольку развитие пластических дефор­маций в точках концентрации выравнивает напряжения. Поэтому расчет таких соединений выполняют в предположении, что распределение на­пряжений в поперечном сечении сварного шва равномерно.

Расчет сварных стыковых соединений при работе на центральное ра­стяжение и сжатие производят по формуле

где N — внешнее усилие; t — наименьшая толщина соединяемых эле­ментов; l_w— расчетная длина шва, равная его полной длине, уменьшен­ной на 2t, или полной длине в случае применения выводных планок, которые после сварки срезают; К_щ, — расчетное сопротивление сварного стыкового шва, равное расчетному сопротивлению основного металла R_y в случае применения физических методов контроля качества шва, в про­тивном случае/?^. = 0,85^, причемR_y принимается для более толстого из свариваемых элементов; у_с— коэффициент условий работы, прини­маемый по табл. 6 [20].

В тех случаях, когда условие прочности не выполняется, рекоменду­ется применять косой шов (рис.25.7, в). При этом расчет прочности шва производят следующим образом:

Расчет угловых швов при действии осевой силы

Расчет сварных соединений с угловыми швами при действии продоль­ных или поперечных сил делают на срез по двум сечениям

п о металлу шва (сечение 1)

и по металлу границы сплавления (сечение 2)

4.Соединения металлических конструкций. Болтовые соединения: виды болтов и соеденений, особенности расчета, конструктивные требования.

Болтовые соединения широко применяются при монтаже конструк­ций. Их отличают простота выполнения и отсутствие сложного оборудо­вания.

В соединениях стальных конструкций применяют обычные болты (ГОСТ 22356-70*), высокопрочные болты (ГОСТ 22356-77) и болты анкерные (фундаментные) (ГОСТ 24379.1—80). Болты обычные и высо­копрочные используют для соединения элементов стальных конструк­ций друг с другом, а болты анкерные — для присоединения конструкций к фундаменту. Обычные болты бывают грубой, нормальной и повышен­ной точности или, соответственно, классов точности С, В и А.

Болты класса точностиС (грубой точности) ставят в отверстия, диа­метр которых на 2—3 мм больше диаметра стержня болта. Такие соеди­нения обладают наибольшей деформативностью.

Болты класса точности В (нормальной точности) устанавливают в отверстия, диаметр которых на 1—1,5 мм больше диаметра стержня бол­та. Такие соединения менее деформативны по сравнению с соединения­ми на болтах класса точности С и требуют более высокой точности при образовании отверстий в соединяемых элементах конструкций.

Болты класса точности А (повышенной точности) устанавливают в отверстия, которые просверлены на проектный диаметр в собранных эле­ментах, и их диаметр больше диаметра стержня болта на 0,25—0,3 мм, а сами болты имеют только минусовой допуск на диаметр стержня. Такие болты изготовляют точением и поэтому они имеют высокую стоимость. Соединение на таких болтах малодеформативно, однако требует высо­кой точности исполнения отверстий в соединяемых деталях.

По прочности болты подразделяют на классы прочности. Класс проч­ности болта обозначают двумя цифрами, разделенными точкой, напри­мер, 4.6, 5.8, 6.6. В обозначении класса прочности болта закодированы механические свойства материала болта:

— первая цифра, умноженная на 10, обозначает минимальный пре­дел прочности материала болта в кН/см²;

— произведение чисел — предел текучести материала болта в кН/см²;

— вторая цифра, умноженная на 100, обозначает соотношение R_yn/R_unB%.

Класс прочности указывают на головке болта выпуклыми цифрами.

Расчет болтовых соединений

Основной вид работы болтовых (заклепочных) соединений — работа на сдвиг. При этом болты могут разрушаться от перерезывания их стер­жней по плоскости среза или от смятия поверхностей отверстий сопряга­емых элементов

Расчет прочности болтовых (заклепочных) соединений производится в предположении равномерного распределения усилий между болтами или заклепками. В этом случае расчетное усилие, воспринимаемое од­ним болтом, определяют по формулам

где R_bs, R_bp, R_bl расчетные сопротивления болтовых соединений, опре­деляемые по табл. 26.1 — 26.2; A=nd²/4 — расчетная площадь сечения стержня болта; А_Ьп — площадь сечения болта нетто, принимаемая для болтов с метрической резьбой по табл. 26.3; It — наименьшая суммар­ная толщина элементов, сминаемых в одном направлении; n_s — числорасчетных срезов одного болта (на единицу меньше количества сопряга­емых элементов); у_ь — коэффициент условий работы соединения, при­нимаемый по табл. 26.4.

Количество болтов в соединении определяют по формуле:

г де N_miB — наименьшее значение расчетного усилия, воспринимаемого одним болтом, определенного по формулам (26.1) — (26.3); у_с — коэф­фициент условий работы элементов конструкций (табл. 6* [20]).

Соединения на высокопрочных болтах рассчитывают в предположе­нии передачи действующих в стыках и прикреплениях усилий через тре­ние, возникающее по соприкасающимся плоскостям соединяемых эле­ментов от натяжения высокопрочных болтов. При этом распределение продольной силы между болтами следует принимать равномерным.

Расчетное усилие Q_bh, воспринимаемое поверхностью трения под одним высокопрочным болтом (рис. 26.2, г), определяют по формуле

где R_bh=0,7R_bm — расчетное сопротивление растяжению высокопрочного болта (принимается по табл. 26.5); л — коэффициент трения, принимае­мый по табл. 26.6; у„ — коэффициент надежности, принимаемый по табл. 26.6; А_ь„ — площадь сечения болта нетто (табл. 26.3); у_ь — коэффициент условий работы соединений, принимаемый равным 0,8 при п < 5; 0,9 при 5<«<10и 1 при и > 10.

Количество/- высокопрочных болтов в соединении при действии про­дольной силы определяют по формуле –

где к — количество поверхностей трения соединяемых элементов.

Натяжение высокопрочного болта следует производить осевым уси­лием