III. Принципы расчета сварных конструкций и соединений.

Применяют два принципа расчета сварных конструкций и соединений:

1. По предельным состояниям (применяют в основном при расчетах, связанных со строительными металлическими конструкциями).

2. По допускаемым напряжениям (при расчете трубопроводов. Оснастки, приборостроении, такелажных устройств и т.д.)

При расчете сварных конструкций по предельным состояниям за основные характеристики стали силовым воздействиям приняты следующие нормативные сопротивления:

R_yn – наименьшее значение предела текучести стали

R_un – наименьшее значение временного сопротивления разрыву

Расчетные сопротивления сталей при работе на растяжение, сжатие, изгиб определяют с учетом коэффициента надежности по материалу:

= 1,025…1,05 (прокат, низкоуглеродистые стали)

= 1,05…1,1 (низколегированные стали)

= 1,1…1,5 (высокопрочные стали)

Расчетные сопротивления при различных видах нагружения:

1. Растяжение, сжатие, изгиб:

• по пределу текучести:

• по временному сопротивлению разрыву:

2. Сдвиг:

3. Смятие торцевой поверхности:

4. Растяжение в направлении толщины проката:

3.1. Коэффициенты надежности по назначению

Класс конструкций	Степень ответственности	Пример объекта	Коэффициент надежности vn
I	Основные здания и сооружения объектов, имеющих особо важное народнохозяйственное или социальное значение	Главные корпуса ТЭС, АЭС, главные узлы доменных печей, резервуары для нефти и нефтепродуктов объемом более 10000 м3 и т.п.	1
II	Здания и сооружения объектов, имеющих важное народнохозяйственное значение или социальное значение	Объекты, не вошедшие в I и III классы	0,95
III	Здания и сооружения объектов, имеющих ограниченное народнохозяйственное или социальное значение	Склады для хранения сельхозпродуктов, угля, удобрений и др., теплицы, парники, временные здания и сооружения со сроком службы свыше 5 лет	0,9

Примечание. Для временных зданий и сооружений со сроком службы до 5 лет допускается принимать v_n  0,8.

3.2. Коэффициенты условий работы для некоторых видов конструкций (по сНиП 11-23-81*)

Элементы конструкций	Коэффициент условий работы vс
Сплошные балки и сжатые элементы ферм перекрытий при весе перекрытий, равном или большем временной нагрузки	0,9
Балки, несущие статическую нагрузку с прокатными и составными сварными сечениями, при расчете на прочность	1,1
Колонны, несущие статическую нагрузку, с прокатными и сварными сечениями, при расчете на прочность	1,1
Сжатые элементы ферм (кроме трубчатых)	0,95
Растянутые элементы в сварных стержневых конструкциях покрытий и перекрытий	0,95
Элементы ферм, несущих статическую нагрузку, при расчете на прочность: а) сжатые элементы сварных ферм перекрытий б) растянутые элементы с проектными или сварными сечениями	0,946 1,05

При расчетах вводятся поправочные коэффициенты:

- коэффициент условий работы – учитывает длительность силовых воздействий на конструкцию, технологичность ее изготовления, условия эксплуатации

- коэффициент надежности по назначению – учитывает степень надежности зданий и сооружений в зависимости от назначения.

IV. Расчетные сопротивления для сварных соединений определяют в зависимости от величины расчетных сопротивлений основного металла.

- Расчетные сопротивления для стыковых соединений, выполняемых дуговой сваркой:

k – поправочный коэффициент

k = 1 – для случаев растяжения, сжатия и изгиба при ручной, механизированной и автоматизированной сварке при условии полного провара и осуществления контроля физическими методами.

k = 0,85 – для случаев растяжения, сжатия и изгиба для всех способов электродуговой сварки при отсутствии контроля физическими методами.

k = 0,7 – для швов, в которых невозможно обеспечить гарантированный провар свариваемых элементов.

- Расчетные сопротивления для угловых соединений:

- по металлу шва принимают в зависимости от типа электрода:

Э42 и Э42А - = 180 МПа

Э46 и Э46А - = 200 МПа

Э50 и Э50А - = 215 МПа

Э60 - = 240 МПа

- расчетное сопротивление по металлу границы оплавления:

= 0,45 R_un

Расчеты по допускаемым напряжениям проводят с учетом запаса прочности используя нормативный коэффициент запаса прочности:

[n] = 1,4…2 – для пластичных материалов

[n] = 1,6…2,5 – для хрупкопластичных материалов

[n] = 2,5…5 – для хрупких материалов

- При статических нагрузках при растяжении:

Условие прочности

Расчетные сопротивления стали и сварных соединений

для марок сталей ограничительного сортамента

Таблица

ГОСТ или ТУ	Марка стали	Вид проката	Толщина	Нормативные сопротивления, МПа		Расчетные сопротивления, МПа			Расчетные сопротивления сварных соединений, МПа
				Ryn	Run	Ry	Ra	Ry, Rp	Rwy 0,85 Ry	Rwz	Rwf
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
380-88	ВСт3кп2	Лист Фасон	4…20 21…40	225 215	365	215 205	125 120	350	180 175	165	180
	ВСт3пс6	Лист Фасон	4…20 4…20	235 245	370	225 235	130 135	350	190 200	165	180

1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
	ВСт3сп5	Лист Фасон	4…20 4…20	235 245	370	225 235	130 135	350	190 200	165	180
	ВСт3Гпс5	Лист Фасон	4…20 4…20	235 245	370	225 235	130 135	350	190 200	165	180
	ВСт3кп2-1	Лист Фасон	4…10 11…20 4…10 11…20	225 215 235 225	355 345 365 355	220 210 365 355	125 120 130 125	345 355 355 345	185 180 195 185	160 155 165 160	180 180 180 180
	ВСт3пс6-1	Лист Фасон	4…10 11…20 4…10 11…20 21…30	235 235 245 245 225	365 355 370 365 355	230 230 240 240 220	130 130 140 140 125	355 345 360 355 345	195 195 205 205 185	160 160 165 165 160	180 180 180 180 180
	ВСт3пс6-2	Лист Фасон	4…10 11…20 4…10 11…20	275 265 275 275	370 365 380 370	270 260 270 270	155 150 155 155	360 355 370 360	220 220 230 230	165 165 170 160	180 180 180 180
	ВСт3сп5-1	Лист Фасон	4…10 11…20 4…10 11…20 21…30	245 235 255 245 235	365 365 380 370 365	240 230 250 240 230	140 130 145 140 130	355 355 370 140 355	205 195 210 205 195	165 165 170 165 165	180 180 180 180 180
	ВСт3сп5-2	Лист Фасон	4…10 11…20 4…10 11…20	275 265 285 275	380 370 390 380	270 260 280 270	155 150 160 155	370 360 380 370	230 220 240 230	170 165 175 170	180 180 180 180
19282-73*	09Г2	Лист	4…20 21…32	305 295	440 440	290 280	170 160	420 420	245 240	200 200	200 200
	09Г2С	Лист	4…9 10…20 21…32 33…60	345 325 305 285	490 470 460 450	330 310 290 270	190 180 170 155	465 450 440 430	280 265 245 230	220 210 205 200	240 215 215 200
19281-73*		Фасон	4…9 10…20 21…32	345 325 305	490 470 460	330 310 290	190 180 170	465 450 440	280 265 245	220 210 205	240 215 215
19282-73*	16Г2АФ	Лист	4…32 33…50	440 410	590 570	400 375	230 220	535 520	340 320	265 255	280 280
14-1-1217-75	10ХНДП	Лист	4…9 10…16	345 295	470 440	330 280	190 160	450 420	280 240	210 200	215 200

Расчетные сопротивления проката

для стальных конструкций зданий и сооружений

Таблица

Марка стали	ГОСТ или ТУ	Расчетное сопротивление по разделу текучести, Ry МПа
ВСТ3пс	ТУ 14-1-3023-80	240
09Г2С	ТУ 14-1-3023-80	345
ВСТ3сп	ТУ 14-1-3023-80	250
10ХСНД	ГОСТ 19281-73	355
15ХСНД	ГОСТ 19281-73	330
14Г2	ГОСТ 19281-73	310
14Г2АФ	ГОСТ 19281-73	370
10ХНДП	ГОСТ 19281-73	330
1072С1	ГОСТ 19281-73	320
09Г2	ТУ 14-1-3023-80	325

Данные из табл. 51 СНиП 11-23-81

Расчетные сопротивления металла швов

сварных соединений с угловыми швами

Таблица

Сварочные материалы		МПа
Тип электрода по ГОСТ 9467-75	Марка проволоки
Э 42, Э 42А	Св-0,8, Св-08А	180
Э 46, Э 46А	Св-08Га	200
Э 50, Э 50А	Св-107А, Св-08Г2С, Св-08Г20Ц, ПП-АН8, ПП-АНЗ	215
Э 60	Св-08Г2С, Св-08Г2СЦ, Св-10НМА, Св-10Г2	240
Э 70	Св-10ХГ2СМА, Св-08ХН2ГМО	280
Э 85	-	340

Только для швов с катетом kf  8 мм в конструкциях из стали с пределом текучести 400 МПа (4500 кгс/см²) и более.

Толщина косынок фермы

Таблица

Усилие в опор ном раскосе в кН	До 200	200- 450	450- 750	750- 1150	1150- 1650	1650- 2250	2250- 3000
Толщина косынок и сухарей, мм	8	10	12	14	16	18	20

- При переменных нагрузках при растяжении:

 - коэффициент, учитывающий характер нагрузки

Условие прочности:

- При сжатии длинных элементов подверженных продольному изгибу:

 - коэффициент продольного изгиба.

- При изгибе:

- При срезе:

Условия прочности:

V. Расчет сварных швов с учетом напряженного состояния, возникающего в соединении под воздействием нагрузок.

1. Расчет прочности прямого стыкового шва работающего на растяжение:

где

_w – нормальные напряжения соединения, МПа

N – расчетное усилие в соединении, Н

S_min – толщина более тонкого из соединяемых элементов, мм

l_w – расчетная длина шва, мм

l_w = в – 2 S_min

в – ширина свариваемых элементов, мм

R_wy – расчетное сопротивление, МПа

_с – коэффициент условной работы

Если стыковой шов выводят на специальные планки или кольцевой шов, то расчетная длина шва равна ширине свариваемых элементов: l_w = в

Рис. 5.1. Стыковые соединения

а – нагруженные моментом и поперечной силой;

б – моментом и продольной силой

2. Расчет стыкового шва работающего на изгиб:

_w

W_с – момент сопротивления свариваемого соединения

3. Расчет стыкового соединения при действии изгибающего момента и продольной силы:

_w

4. Расчет стыкового соединения при действии на него изгибающего момента и поперечной силы:

Под действием изгибающего момента и силы Q в сварном шве возникают нормальные и касательные напряжения.

Условия прочности:

_w – касательные напряжения, МПа

Q – расчетная поперечная сила, Н

J_w – момент инерции площади всего сечения шва. Относительно нейтральной оси, мм⁴

S_w – статический момент площади половины продольного сечения относительно нейтральной оси, мм³

5. Расчет стыковых соединений по допускаемым напряжениям:

- При работе соединения на растяжение определяют допускаемое усилие:

Р – допускаемое усилие, Н

[^’_р] – допускаемое напряжение растяжения сварного соединения, МПа

S_min – минимальная толщина свариваемых элементов, мм

l – длина шва, равная ширине свариваемых элементов, мм

Если [^’_р] = [_р] – сварной шов равнопрочен основному металлу.

Проверочный расчет:

^’_р – расчетное напряжение в сварном шве.