Тема 7. РАСЧЕТ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ. БОЛТОВЫЕ СОЕДИНЕНИЯ

2.4.1. Сварные соединения.

Сварные соединения разделяют на стыковые (рис.2.4.1,а-в), угловые (рис.2.4.1,д), тавровые (рис.2.4.1,е), нахлесточные (рис.2.4.1,г).

Рис.2.4.1

Каждое соединение может быть односторонним или двусторонним, со скосом кромок или без скоса, с отбортовкой или без нее.

По отношению к внешнему растягивающему усилию (рис.2.4.2)стыковые швы делятся на прямые (II) и косые (III), а угловые – на лобовые (I), фланговые (IV) и косые.

Рис.2.4.2

По ответственности сварные швы делятся на рабочие и связующие. Разрушение рабочего шва приводит к разрушению конструкции.

Размеры сечения сварных швов. Толщину стыковых швов при сварке элементов конструкции, выполненных из стальных швов, обычно принимают равной минимальной толщине листа. Основным размером, характеризующим сечение углового шва, является катет шва k (рис.2.4.1,г). Максимальное значение катета шва не должно превышать 1,2 толщины более тонкого из свариваемых элементов.

Сопряжение элементов в сварных узлах. Отдельные балки, выполненные из прокатных профилей (швеллеров, угловой стали) и образующие раму, соединяют в узлах сваркой (рис.2.4.3,а-

к).

Рис.2.4.3

Косынки служат для увеличения жесткости (рис.2.4.3,а). Полки срезают, чтобы увеличить длину сварных швов (рис.2.4.3,б).

Для решетчатых систем, выполненных из угловой стали предпочтительным являются узлы со сдвоенными уголками. При симметрии узла относительно плоскости фермы и пересечении геометрических осей стержней, сходящихся в узле в одной точке, в узлах не действуют изгибающие моменты. Использование косынок (фасонок) позволяет расположить на них сварные швы нужной длины (рис.2.4.3,в). Однако такая конструкция имеет недостаток – она сложна. Поэтому часто используются одинарные уголки, свариваемые без косынок (рис.2.4.3,г). Такая конструкция допустима при условии, что расчетная длина шва не превышает длину контура прилегание свариваемых деталей.

Если применяются стержни из труб, то прилегание элементов в узле обеспечивается различными способами (рис.2.4.3,д-к).

При проектирование сварных узлов: рекомендуется применять автоматическую и полуавтоматическую сварку под флюсом или в углекислом газе.

Расчет сварных соединений.

Стыковые швы. Косые стыковые швы при угле наклона α ≤ 67° не уступают по прочности основному металлу и на прочность не рассчитываются. Однако их применение не всегда экономически выгодно из-за потерь при раскрое листа. Прямые стыковые швы равнопрочны с основным металлом при условии соблюдения всех рекомендаций и качественного провара шва. При проверочном расчете прямых стыковых швов сравнивают напряжение σ с расчетным сопротивлением разрыву Rсв материала шва.

При одновременном действии на соединение продольной силы N и изгибающего момента M. Прочность проверяют по неравенству:

расчетная длина шва; k у – коэффициент условий работы.

Угловые швы. Сварные соединения с угловыми швами рассчитывают на срез по одному из двух сечений: по металлу шва (по площадке, проходящей через биссектрису угла шва; линия t) или по металлу границы сплавления основной детали и шва.

Расчетная зависимость:

Rсв.с kу ,

где – касательное напряжение; Rсв.с – расчетное сопротивление срезу (определяется типом электрода или маркой сверочной проволоки).

Рассмотрим расчет сварного соединения, нагруженного моментом М1, продольной силой N, поперечной силой Q (рис.2.4.4).

Рис.2.4.4

Он основан на том, что детали являются жесткими, а деформируются только сварные швы, причем под действием момента соединяемые детали поворачиваются одна относительно другой вокруг центра масс О шва. Момент М является суммой внешнего момента М1 и момента от поперечной силы Q:

Найдем напряжения, создаваемые моментом М. Его можно представить как сумму

где r – расстояние от рассматриваемой точки k шва до центра О; dF – элементарная сила; M

– касательное напряжение; dA – элементарная площадь.

Поскольку приняли, что соединяемые детали не деформируются, деформации участков шва пропорциональны расстояниям r, следовательно, M c r , где с – коэффициент

пропорциональности, равный касательному напряжению в точке, удаленной от О на r = 1. Интегрируя, получаем:

Напряжение от момента М в рассматриваемой точке k: