Металлоконструкции ГПМ. Часть 1. Расчёт соединений МК при их статическом нагружении. Методические рекомендации к практическим работам

Тогда длина шва равна

Проводим проверку по нормальным и касательным напряжениям по формулам (2) и(3), предварительно на основании табл.2 и табл. 3 определив расчѐтное сопротивление стыкового шва сдвигу:

Rws = Rs = 0,58 Ryn / γm

Rws = Rs = 0,58 230 / 1,005 = 130 МПа

Тогда проверка по нормальным напряжениям

161 МПа < 176 МПа

(проверка по нормальным напряжениям проходит)

проверка по касательным напряжениям

80,1 МПа < 117 МПа

(проверка по касательным напряжениям проходит)

Заключительная проверка проводится в соответствии с формулой (4).

ЭКВ 1612 3 80,12 1,15 0,9 230

212 МПа < 238 МПа

(проверка по эквивалентным напряжениям проходит) Сварное соединение встык спроктировано

\

20

Решение В соответствии со схемой крепления число швов, соединяющих

накладки с листом равно четырѐм. Так как накладки и листы симметричные, то достаточно рассчитать только один полустык. Второй будет работать в аналогичных условиях и его можно не рассчитывать.

Размер «а» назначаем из соображений а=15-20 мм. Примем а=20 мм. Тогда ширина накладки равна

BН=b-2a bН=200-2 20=160 мм

Катет шва назначаем по наименьшей толщине соединяемых элементов, то есть kf=8 мм.

В связи с тем, что у нас нет ограничений по длине накладок, то нам необходимо определить указанную длину из соображений обеспечения прочности сварного соединения по металлу шва и по металлу границы сплавления.

Сила, приходящаяся на каждый шов полустыка N1 будет равна четверти от его номинальной величины, то есть N1=125 кН.

Тогда, преобразовав формулы (5) и (6) получим зависимости для определения расчѐтной длины шва по металлу шва:

lw N1 / (βfkfRwfγwfγc);

и по металлу границы сплавления:

lw N1 / (βzkfRwzγwzγc);

Расчѐт по полученным формулам даѐт величины расчѐтных длин шва по металлу шва:

21

lw 150·103/(0,7·8·10-3·180·106·0,9·1)=0,138 м;

и по металлу границы сплавления:

lw 150·103/(1·8·10-3·165·106·0,9·1)=0,105 м.

Для того, чтобы соединение выдержало нагрузку, нам нужно принять большее из двух полученных результатов, округлив его до 10 мм с целью облегчения технологии сварки. Тогда:

lw =·0,140 м.

Конструктивную длину шва следует увеличить на 10 мм. Тогда длина накладки будет равна

LН= lw + 0,010 +

где – зазор между накладками, принимаемый 10 мм. Тогда

LН= 0,140 + 0,010 + 0,010 = 0,16 м

22

Задания для самостоятельной работы

Задача 3

Определить необходимую ширину листов, соединяемых встык, если их толщиной t=10 мм, растягивающая сила N=400 кН. Коэффициент условий работы с=0,9. Материал листа – 09Г2С. Контроль сварного соединения выполняется визуальным способом. Вывод шва за сварное соединение отсутствует.

Задача 4

Определить предельную растягивающую нагрузку, которую могут выдержать листы, соединѐнные встык косым швом под углом 45 , если их толщина t=14 мм, ширина b=100 мм, коэффициент условий работы с=0,9. Материал листа – 10ХСНД. Контроль сварного соединения выполняется визуальным способом. Вывод шва за сварное соединение отсутствует.

Задача 5

Определить длину лобового шва, если листы толщиной t=12 мм, и шириной b=100 мм соединены внахлѐст. Коэффициент условий работыс=0,9. Материал листов – 09Г2С. Электрод Э46. Контроль сварного соединения выполняется визуальным способом. Растягивающая сила

N=100 кН.

Задача 6

Определить длину фланговых швов, если листы толщиной t1=12 и t2=14 мм, и ширинами b1=120 и b2=90 мм, соответственно, соединены внахлѐст. Коэффициент условий работы с=0,9. Материал листов – 15Г2СФ. Электрод Э50. Контроль сварного соединения выполняется визуальным способом.

Задача 7

Оценить необходимость лобовых швов при соединении внахлѐст листов фланговыми швами, если параметры листов следующие: толщины t1=8 и t2=10 мм; ширины b1=120 и b2=150 мм, соответственно. Коэффициент условий работы с=0,9. Материал листов – 10ХСНД. Электрод Э50. Контроль сварного соединения выполняется визуальным способом.

23

5.2 БОЛТОВЫЕ СОЕДИНЕНИЯ

Цель: выработать навыки расчѐтов болтовых соединений, осуществляемых с помощью «чистых» и высокопрочных болтов.

Теоретические положения

В болтовых соединениях (рис. 3) при действии продольной силы N, проходящей через центр тяжести соединения, распределение этой силы между болтами следует принимать равномерным.

Рис. 3 Болтовое соединение

Расчѐтное усилие Nb, воспринимаемое одним болтом необходимо

где: Rbs, Rbp, Rbt – расчетные сопротивления болтовых соединений; d – наружный диаметр стержня болта;

А = πd2 / 4 – расчѐтная площадь сечения стержня болта;

Аbn – площадь сечения болта нетто; для болтов с метрической резьбой значение Аbп следует принимать по табл. П.2.7;

Σt – наименьшая суммарная толщина элементов, сминаемых в одном направлении;

ns – число расчетных срезов одного болта;

γb – коэффициент условий работы соединения, который следует принимать по табл. 8.

Необходимое количество n болтов в соединении определяется по

24

формуле:

где Nmin - меньшее из значений расчетного усилия для одного болта. Болты, работающие одновременно на срез и растяжение, следует

проверять отдельно на срез и растяжение.

Обозначения, принятые в таблице:

а - расстояние вдоль усилия от края элемента до центра ближайшего отверстия;

b - то же, между центрами отверстий; d - диаметр отверстия для болта.

П р и м е ч а н и я :

1.Коэффициенты, установленные в поз. 1 и 2, следует учитывать одновременно.

2.При значениях расстояний а и b, промежуточных между указанными в

поз. 2 и в табл. 12, коэффициент γb следует определять линейной интерполяцией.

Болты, работающие на срез от одновременного действия продольной силы и момента, следует проверять на равнодействующее усилие.

В случае, если крепления одного элемента к другому осуществляется через промежуточные элементы или если в креплениях предусмотрена накладка только с одной стороны, то количество болтов должно быть увеличено на 10 %.

25

Таблица 9

Коэффициенты трения и коэффициенты надежности для соединений на высокопрочных болтах

27

означает регулирование по моменту закручивания, а по α - по углу поворота гайки.

2. Допускаются другие способы обработки соединяемых поверхностей, обеспечивающие значения коэффициентов трения μ не ниже указанных в таблице.

Натяжение высокопрочного болта следует производить осевым усилием

Р = RbhAbn.

Расчет на прочность соединяемых элементов, ослабленных отверстиями под высокопрочные болты, следует выполнять с учѐтом того, что половина усилия, приходящегося на каждый болт, в рассматриваемом сечении уже передана силами трения. При этом проверку ослабленных сечений следует производить: при динамических нагрузках – по площади сечения нетто Ап, при статических нагрузках – по площади сечения брутто А при Ап ≥ 0,85А либо по условной площади Ас = 1,18An при Аn < 0,85А.

28

расчѐтное сопротивление болтов срезу Rbs = 180 МПа). Ширина листов b=300 мм, толщина листов t=20 мм, Толщина накладок – tН=14 мм

Коэффициент условии й работы – 0,9

Решение

Так как накладки и листы симметричные, то достаточно рассчитать только один полустык. Второй будет работать в аналогичных условиях и его можно не рассчитывать.

В связи с тем, что сила N действует вдоль листов и не приводит к растяжению болтов, то расчѐт последних следует проводить только на срез и смятие исходя из формул (12) и (13), с учетом того, что у нас в соединении будет стоять несколько больтов n.

Для определения числа болтов необходимо сначала задаться примерным их диаметром, исходя из условия, что диаметр болтов должен быть равен или больше пятой части от суммарной толщины соединяемых элементов. Таким образом

dБ (t+2tН)/5

dБ (20+2 14)/5= 8,4 мм

(принимаем болт по табл. П.2.7 d=16 мм с А=2,01 см2)

Определяем число болтов на срез (число плоскостей среза равно двум)

n = N / Rbs γb A ns;

n = 560 103/ (180 106 0,9 2,01 10-4 2) = 8,6 мм

(округляем в большую сторону до 9 болтов)

на смятие

n = N / Rbp γb d Σt;

29