21. Расчет соединений, выполненных с помощью угловых швов.

Угловыми швами выполняются соединения внахлестку, и они могут быть как фланговыми, так и лобовыми.

Фланговые швы, расположенные по кромкам прикрепляемого эле­мента параллельно действующему усилию, вызывают большую нерав­номерность распределения напряжений по ширине соединения. Нерав­номерно работают они и по длине, так как помимо непосредственной пе­редачи усилия с элемента на элемент концы шва испытывают дополни­тельные усилия вследствие разной напряженности и неодинаковых де­формаций соединяемых элементов в области шва (рис. 5.11,а).

Неравномерность работы шва по длине заставляет ограничивать расчетную длину шва на величину не менее 4й_ш, или 40 мм и не более 85р&_ш (за исключением швов, в которых усилие возникает на всем про­тяжении шва, например поясные швы в балках).

Таким образом фланговый шов, сильно меняющий силовой поток, вызывает значительную неравномерность распределения напряжений в соединении. В соответствии с характером передачи усилий фланговые швы работают одновременно на срез и изгиб. Разрушение шва обычно начинается с конца и может происходить как по металлу шва, так и по основному металлу на границе его сплавления с металлом шва, особен­но если наплавленный металл прочнее основного.

Лобовые швы передают усилия равномерно по ширине элемента, но крайне неравномерно по толщине шва вследствие резкого искривления силового потока при переходе усилия с одного элемента на другой (рис. 5.12). Особенно велики напряжения в корне шва. Уменьшение концен­трации напряжений в соединении может быть достигнуто плавным при­мыканием привариваемой детали, механической обработкой (сглажива­нием) поверхности шва и конца накладки, увеличением пологости шва (например, шов с соотношением катетов 1 : 1,5), применением вогнутого шва и увеличением глубины проплавления (рис. 5.13).

Эти приемы уменьшения концентрации напряжений в соединении особенно желательно применять в конструкциях, работающих на пере­менные нагрузки и при низкой температуре.

Разрушение лобовых швов от совместного действия осевых, изгибных и срезывающих напряжений, возникающих при работе соединения происходит аналогично фланговым швам по двум сечениям.

Ввиду сложности действительной работы угловых швов расчет их носит условный характер и хорошо подтвержден экспериментальными данными. Они рассчитываются независимо от ориентации шва по отношению к действующему усилию (фланговые и лобовые); усилие принимается равномерно распределенным вдоль шва и рассматривается возможность разрушения шва от условного среза по одному из двух сече­ний (рис. 5.14,а).

• По металлу шва (сечение 1, рис. 5.14, а)

. (5.6)

По основному металлу по границе его сплавления с металлом шва (сечение 2, рис. 5.14,а)

(5.7)

Где —катет шва; ß_ш и ß_с—коэффициенты глубины проплавления шва, принимае­мые в зависимости от вида сварки и положения шва для сталей с пределом текучести σ_t<580 МПа (табл. .5.3); 1_ш — расчетная длина шва, принимаемая меньше его факти­ческой длины на 10 мм за счет непровара и кратера на концах шва; ^и — коэффициенты условий работы сварного соединения, равные 1 для соединений, работающих при отрицательной температуре более—40 ^Г'С; при К.—40° см. СНиП (в учеб­нике они равны; I);—расчетное сопротивление срезу (условному) металла шва (см. табл. 5.1); —расчетное сопротивление срезу (условному)металла границ сплавления шва, принимаемое равным 0,45

При расчете следует предварительно определить, какая из двух про­верок— по металлу шва или по металлу границы сплавления —будет иметь решающее значение, для чего надо сравнить произведения и ; меньшее из них будет иметь решающее значение.

Часто удобнее определять необходимую длину швов, задаваясь их

толщиной kш:

,(5.8)

где — меньшее из значений или

В соединениях (рис. 5.14,6 и в) обычно толщину швов k_ш задают равной меньшей из толщин соединяемых элементов, а расчетная длина швов соединения равна сумме расчетных длин двух швов.

Если /_ш, полученное по формуле (5.8), превышает допустимую рас­четную длину шва в 85ßk_ш, то приходится определять уже не длину, а толщину шва k_ш исходя из его возможной расчетной длины:

(5.8а)

При действии силы на «фасонку», прикрепленную двумя угловыми швами к элементу (рис. 5.14,г), на швы будут действовать сдвигающая сила и изгибающий момент. Напряжения от силы сдвига и момента, действующие на одну площадку, но в перпендикулярных направлениях должны геометрически суммироваться.

По металлу шва

По металлу границы сплавления

(5- 10)

При прикреплении угловыми швами несимметричных профилей,, на­пример уголков (рис. 5.15), желательно, чтобы линия действия усилия проходила через центр тяжести соединения, т. е. площади швов должны быть распределены обратно пропорционально расстояниям от шва до оси элемента.

Таким образом, при общей требуемой площади швов

(^5-11)

Площадь большего шва на «обушке» уголка

(5.12)

Площадь меньшего шва на «пере» уголка

(5.13)

При равных толщинах швов по «перу» и «обушку» уголка соотноше­ние площадей отвечает соотношению длин швов. Для равнополочных уголков (рис. 5.15,б) , для неравнополочных (рис. 5.15,в, г) — соответственно и