книги из ГПНТБ / Брудка Я. Легкие стальные конструкции

О)

Рис. 3-14. Соединение двух изогнутых стержней круглого сечения

Рис. 3-13. Соединение раздвинутых круг­ лых стержней стыковым швом в форме буквы X

Существование в стыке непроверенной полосы является следствием неудачной формы желобка с наклоном граней (соответствующим скосу в желобках стыковых швов), имеющих переменный угол, который ко­ леблется в значительных пределах. Трудность доведения тепла до цент­ ральной части сечения стыка вызвана отсутствием зазора между кром­ ками стержней в пороге. В то же время лицевой слой шва очень широк, особенно при швах максимальной толщины. Поэтому решение в соот­ ветствии с рис. 3-12 чаще всего бывает неудовлетворительным.

Меньший расход присадочного металла электрода и более высокое качество шва достигаются при накладке последнего в пределах зоны h. Этого можно достичь путем автом.атической или полуавтоматической сварки в защитных инертных газах или в двуокиси углерода, потому что здесь достигается большая глубина расплавления. Прежде всего при ручной дуговой *сварке достигается проваривание граней, если раздвинуть стержни круглого сечения на расстояние s= 2 -^ 3 мм

(рис. 3-13).

Принимая расстояние между стержнями равным s и диаметр элект­ рода Ь, можно рассчитать теоретическую высоту h:

Отсюда можно определить минимальную толщину стыкового шва, формой близкого к букве х, принимая

а„,,„ = (1.5 2) h > 4 мм.

Раздвигание стержней круглого сечения и выполнение шва по фор­ ме стыкового приводят к увеличению эксцентриситета, проявляющего­ ся при передаче силы с одного стержня на другой. Однако такой стык более экономен в расходе электродов и только немного более сложен в выполнении, чем стык из соприкасающихся стержней.

В соединениях элементов легких стальных конструкций в узле час­ то сходятся криволинейные стержни (рис. 3-14). Решение, показанное па рис. 3-14, а, неправильное, так как желобки, в которых прокладыва­ ется шов, имеют боковую поверхность, близкую к седлообразной. Дли­ на отрезка шва, на котором расплавляется материал стержня, очень мала; причем стык имеет эксцентрическую нагрузку. Увеличение ради­ уса изгиба стержней более чем r = 2 d не улучшает положения. Правиль­ ное решение показано на рнс. 3-14,6. Вследствие формирования стыка, при котором получается прямой отрезок между двумя закруглениями, увеличивается величина дополнительного изгибающего момента в швах; одновременно улучшаются и условия укладки швов необходимой длины. Такое решение принимает в стыке форму «лодочки». При сварке «ло­ дочкой» достигается достаточная прочность.

Для примера рассчитаем размеры этой формы в стыке раскоса с поясом в узле решетки (рис. 3-15):

d

х2 — (V + d

2 sin а

61

В стыке длина шва не должна быть больше jci. Нужно учитывать, что шов, выполненный по длине х2, не будет хорошо проварен с мате­ риалом стержня круглого сечения. Исходными данными являются ве­ личины d , v и а.

Чтобы выполнить сварку «лодочкой», необходимо также рассчитать:

5)

Рис. 3-18. Боковое соедине­ ние

а — со стыковым швом в фор­ ме V2V; 6 —с угловыми швами

Изогнутый стержень круглого сечения соединяют с профилем, как показано на рис. 3-14,6. Другим решением является боковое соедине­ ние с угловыми швами (рис. 3-16), требующее точного выреза в стенке профиля для хорошей стыковки плоского элемента со стержнем круг­ лого сечения. Выполнение такого соединения более трудоемко и доро­ го, чем соединение «лодочкой». Поэтому оно не получило широкого распространения, хотя, с точки зрения прочности, это лучше, чем ре­ шение на рис. 3-14, б.

На рис. 3-17, а показано поперечное сечение выполненного внахлест­ ку стыка стержня круглого сечения с листовой сталью или со стенкой профиля. В образующиеся углубления укладываются угловые швы. Максимальная толщина шва достигается при положении электрода под углом 30° по отношению к плоскому элементу стыка. Первый слой шва укладывается с помощью тонкого электрода, например диаметром Ь — = 3,25 мм. Между угловыми швами образуется полоса шириной h, ко­ торую нельзя включить в толщину шва.

При представленных выше положениях на основании рис. 3-17,6 можно рассчитать ширину непроваренной полосы

62

где отдельные символы принимаются в соответствии с рис. 3-17.

На рис. 3-18 показано соединение стержня круглого сечения с лис­ товой сталью, выполненное с помощью стыкового шва в форме V2V

или угловых швов. В случае применения стыкового шва плоский элемент должен иметь по всей длине соединения скошенную кромку. Стык с угло­ выми швами проще выполнить, но он имеет некоторые недостатки. Шов укладывается в пазухе, одна сторона которой наклонена по отношению к другой под углом, изменяющимся в больших пределах, вследствие чего шов обычно имеет большой наплыв. Кроме того, расходуется значитель­ но больше присадочного металла электрода, чем при укладке шва в стыке двух элементов под прямым углом.

Если толщина плоского элемента составляет более 7з диаметра стержня круглого сечения, то угловой шов принимает форму, значи­

тельно отличающуюся от правильной. Следовательно, при g > — нужно всегда применять стыковой шов. При толщине плоского элемента в пределах — можно делать стыковые и угловые швы. Если

d

§■< —, лучше выполнять угловые швы.

Расчет стыковых и угловых швов в легких стальных конструкциях ведут так же, как и для обычных стальных конструкций, принимая до­ пускаемые напряжения, приводимые для последних.

Пример 3-1. Рассчитать напряжения в угловых швах узла фермы, показанного на рис. 3-19. Сталь гнутых профилей марки St3SX.

Допускаемые напряжения

== 0,65-1700= 1105 кгс/см2 (108,364 МН/м2)*.

Толщина швов а = 3 мм, что составляет около 0,7 g. Растягивающая сила в швеллере

Р = 11 997 кгс (117,7 кН).

Сжимающая сила в трубе прямоугольного сечения

Р = 13 806 кгс (135,6 кН).

Соединение швеллерного раскоса с поясом.

Усилие в соединении составляет:

Напряжения в швах длиной й = 125 мм и7^=60 мм равны:

* Здесь и далее в скобках приводятся значения в единицах СИ: МН — меганьютои; КН — килоньютон.

63

Соединение трубчатого раскоса с поясом.

Напряжение в швах длиной /= 1 1 0 см равно:

13806

т= ~ 0 3 [1 = Ю46 < 1105 кгс/см2 (102,578 < 108,364 МИ1м2).

Пример 3-2. Рассчитать напряжения в швах узла фермы покрытия, показанного на рис. 3-20. Сталь гнутых профилей марки St3SX.

Допускаемые напряжения для угловых швов

kis = 1105 кгс/см2 (108,364 МН/м2).

Допускаемое напряжение для листовой стали

fe= 1700 кгс/см2 (166,713 МН/м2) .

Толщина угловых швов а = 2 мм, что равно примерно 0,7g. Растягивающая сила в отдельном профиле

Я = 3368 кге (33,06 кН).

Сжимающая сила в трубе из двух профилей

Я = 3657 кге (35,88 кН).

Соединение раскоса из отдельного профиля с поясом.

Момент в стыке равен:

64

С л о ж н о е н ап р я ж ен и е :

=1870 кгс/см2 (99,636 < 183,384 МН/м2).

3.2.3.Соединение электрозаклепочными и угловыми точечными швами

Для техники р у ч н о й д у г о в о й с в а р к и характерна легкая и подвижная аппаратура, которую можно применять для сварки в любом месте при любых больших размерах свариваемой конструкции. Для то­ че чно й сварки, кратко описанной в 3.3, характерна малоподвиж­ ная и обычно тяжелая аппаратура, с помощью которой квалифициро­ ванные рабочие легко и быстро выполняют стыки, добиваясь надежных

аппаратурой; при этом получаются стыки со стабильными прочностны­ ми свойствами. Работу можно выполнять и неквалифицированными рабочими, как при ручной сварке, но прошедшими небольшой курс обу­ чения.

К недостаткам способа сварки электрозаклепками прежде всего от­ носится: применение ее только в легкодоступных стыках, а также труд­ ность выполнения во всех позициях сварки.

Способы сварки электрозаклепками под флюсом и угловая точечная сварка выполняются только в горизонтальном положении, чтобы поро­ шок не мог сдвигаться. На рис. 3-21 приведена схема прибора для

сварки электрозаклепками (точечной) под флюсом. В настоящее вре­ мя уже есть переносные пистолеты, при использовании которых сварка осуществляется в любой позиции в защитной атмосфере аргона, но это

с в а р к и соединяются чаще всего два элемента. Стык из трех элемен­ тов встречается редко. Процесс выполнения электрозаклепок особенно производителен при соединении элементов из металла толщиной 1 — 4 мм. Благодаря большой производительности метода, простоте обору­ дования, небольшому расходу присадочного металла электрода и легко­ сти работы сварщика полуавтоматическая сварка является эконо­ мичной.

Электрозаклепочные швы часто заменяют сварку под давлением, ко­ торую трудно осуществлять на стройке. Эти швы также применяют в соединениях, где выполнение точечной сварки под давлением затруд­ нено или вообще невозможно. Примером может служить узел легкой ре­ шетчатой фермы, показанный на рис. 3-22. Длинный замкнутый профиль с малыми размерами поперечного сечения не позволяет ввести внутрь плеча электрод. Сварку под давлением выполнять здесь невозможно, а ставить в стыке электрозаклепки довольно легко, так как для этого применяется односторонний электрод.

66

Стыки с электрозаклепками или пробочными швами рассчитывают на сдвиг или условное давление на стенку отверстия. Поступают при этом так же, как при расчете клепаных соединений или при точечной сварке давлением, причем допускаемые напряжения принимаются те же, что и для сварки давлением. При этом расчетный диаметр электро­

заклепки должен быть равен d = 4,5 Y g (g — толщина более тонкого из соединяемых элементов).

При проектировании пробочных швов в качестве расчетного диамет­ ра принимается диаметр отверстия, равный обычно двум или трем вели-

Расстояния между электрозаклепками должны быть равны расстоя­ ниям между сварными точками при контактной сварке (см. 3.3).

У г л о в а я т о ч е ч н а я с в а р к а применяется в боковых, кресто­ образных или тавровых соединениях при помощи переставной аппара­ туры, устройством напоминающей полуавтоматы для точечной сварки. При соединении листового металла толщиной 1,5—5 мм достигаются вдвое большая производительность труда и значительное уменьшение сварочной деформации, чем в стыках с угловыми швами. Уменьшается и расход электродов. Конструкция обычно не требует выправления.

Угловой точечный шов складывается из ряда сварных точек в форме капли, как в прерывистых угловых швах; имеет форму отрезка эллип-

соида. Во время выполнения сварной точки происходит расплавление стенок и соединение с материалом электрода. Схема таврового точечно­ го соединения приведена на рис. 3-23. Такие стыки характеризуются межосевым расстоянием е сварных точек и их размерами (длиной /, тол­ щиной d и шириной стороны Ь).

Ширина стороны принимается равной

b — (0,9 -ь 2) g,

где g — толщина более тонкого из соединяемых элементов,

а длина — равной

I = (2 -5- 3,5) Ь.

Расстояние между сварными точками должно быть таким же, как в угловых швах:

е — / < 1 5 g , но не более е — / < 5 Т

При соединении элементов толщиной менее 4 мм угловые точечные швы делают с одной стороны металла или (что лучше) поочередно с обеих его сторон.

Точечные швы рассчитывают так же, как угловые. Капля в форме эл­ липсоида имеет одинаковую площадь независимо от угла наклона ее се­ чения по отношению к горизонтальному элементу стыка. Сечение шва представляет собой эллипс с осями I и Ь. Площадь этого сечения равна:

F, = — = 0,785 lb.

1 4

Принимая прямоугольное сечение шва с приведенными размерами I и а=0,707Ь, получаем, как и для угловых швов, площадь сечения шва:

F2 = la = 0,707 lb < 0,785 lb.

Учитывая приведенные значения размеров, получаем запас несущей способности (11%). Этот запас как расчетный меньше, чем для угловых швов. Полуавтоматическое выполнение точечных швов позволяет полу­ чать стыки с высокими стабильными механическими свойствами, ничем не уступающими характеристикам прерывистых угловых швов.

Допускаемые напряжения при сдвиге следует принимать такими, как и для угловых швов. Напряжение в стыке, подвергающемся давлению силы Р, параллельной или перпендикулярной направлению шва, рассчи­ тывают по формуле

т = — < 0,65 к, nal

где п — число сварных точек в стыке.

3.3. СОЕДИНЕНИЕ СВАРКОЙ ДАВЛЕНИЕМ

3.3.1. Соединение встык

Соединения встык, получаемые электроискровой или контактной сваркой, в несущих элементах применяют очень редко. Такие стыки де­ лают прежде всего в стержнях при соединении круглых сечений друг

68

сдругом или с горячекатаными профилями. Гораздо чаще соединения

вгнутых профилях встык выполняют в элементах ограждающих стен,

перегородок, деталей дверей, окон и др. Примером может служить стык угла дверной коробки.

3.3.2. Соединение внахлестку

Соединения внахлестку (а также соединения с накладками или пере­ сечения) выполняют т о ч е ч н о й с варкой. Такие стыки находят ши­ рокое применение при соединении тонкого листового металла с гнутыми профилями и реже при соединении стержней круглого или квадратного сечения. Точечная сварка толстого листового металла с горячекатаными профилями хотя и возможна, но при изготовлении легких элементов при­ меняется очень редко.

Точечная сварка основана на соединении металлических частей с по­ мощью тепла, образуемого сопротивлением электрического тока в ме­ сте стыка, при одновременном давлении на место сварки. Точечную сварку стыков выполняют с помощью автоматического оборудования большой мощности и производительности. Это чаще всего стационарные агрегаты, обслуживаемые неквалифицированными рабочими, обученны­ ми обращению с ними. Сварочные машины обычно приспособлены для серийного производства. Стыки получаются с большой однородностью и стабильностью механических характеристик.

Простейшие примеры соединений показаны на рис. 3-24. Точечная сварка производится с помощью двусторонних или односторонних элект­ родов. Форма электрода и насадки приспособлений, в которых крепятся электроды, могут быть лишь в незначительной степени приспособлены к конструктивному решению стыка данных стальных элементов. Жела­ тельно так формировать часть стыка, чтобы можно было легко манипу­ лировать профилем во время сварки. На рис. 3-25 приведены примеры правильного расположения сварного шва, облегчающего изготовление конструкции.

Высокая эффективность и хорошая несущая способность сварных стыков достигаются при соединении листов металла толщиной 1—5 мм, общей толщиной до 10 мм.

Соединение точечной сваркой давлением применяют в тех случаях, когда число соединяемых элементов равно 2 или 3. При проектировании стыков не следует допускать, чтобы отношение толщины наиболее тол­ стого и наиболее тонкого листа металла превышало 3.

Меньше всего для соединения элементов в легких стальных конструк­ циях применяют линейную (шовную) сварку давлением, отличающуюся от контактной непрерывностью процесса создания шва. Достигается та­ кая сварка благодаря электродам в форме дисков, между которыми пе­ редвигаются соединяемые элементы (рис. 3-26). Линейную сварку ис­ пользуют прежде всего при соединении профилей в один элемент с замк­ нутым сечением (по окончании гибки). При серийном производстве на роликовых сварочных машинах можно соединять металлические листы

69