МетодичнівказівкиБ_КГайчукІ_В / МВ 051-3 / МВ-051-3

5. Приклади розрахунку зварних з’єднань

Приклад 1

Визначити несучу здатність зварного стикового з’єднання за дії поздовжньої розтягуючої сили N. З’єднання виконане із двох листів: перший - ширина b₁ = 300 мм, товщина t₁ = 12 мм, сталь марки ВСт3сп5-1; другий - ширина b₂ = 220 мм, товщина t₂ = 16 мм, сталь марки ВСт3пс5-2. Кут нахилу шва до поздовжньої осі елемента . Шов виконаний з виносом на технологічну планку, контроль якості шва - візуальний.

Розв’язок задачі

Рис. 1. Схема зварного стикового з’єднання

1. Оскільки шов виконаний під кутом , то розрахунок зображеного на рис. 1 стикового з’єднання є обов’язковим і виконується за формулами:

; .

Знаходимо значення поздовжньої розтягуючої сили N із кожного виразу:

; .

Несуча здатність з’єднання приймається за меншим із двох значень N₁ і N₂.

2. Визначаємо ос­новні характеристики та параметри зварного стикового з’єднання:

а) Розрахункові опори стикового з’єднання і визначаються згідно з табл. 2 залежно від виду напруженого стану та способу контролю якості шва: і .

Оскільки для листів, що складають з’єднання, використані різні марки сталей, то як R_y i R_s необхідно прийняти розрахункові опори менш міцної сталі. Сталь марки ВСт3сп5-1 згідно з табл. 1 дод. 1 відповідає класу сталі С255, а сталь марки ВСт3пс5-2 - класу сталі С285. Отже, для діапазону товщин, в якому знаходяться значення t₁ = 12 мм і t₂ = 16 мм, R_y = 240 МПа, а МПа, де _т = 1,025. Враховуючи наявність візуального контролю якості шва, згідно з табл. 2 МПа і МПа.

б) Коефіцієнт умов роботи _с визначається за табл. 5 дод. 1. Оскільки конкретні умови роботи та конструкція не обумовлені, то приймаємо _с = 1.

в) Розрахункове значення товщини t визначається за меншою із двох товщин t₁ = 12 мм і t₂ = 16 мм; t = t_min = t₁ = 12 мм = 1,2 см.

г) Розрахункова довжина зварного стикового шва, виконаного з виносом на технологічну планку, приймається рівною довжині лінії контакту листів, що складають з’єднання, тобто мм = 22,77 см.

3. Визначаємо величину поздовжньої розтягуючої сили:

кН;

кН.

Отже, несуча здатність з’єднання кН.

4. За дії сили кН перевіряємо міцність листів, що складають з’єднання, і міцність самого шва:

а) міцність першого листа

кН/см² = 160,3 МПа 240 МПа;

б) міцність другого листа

кН/см² = 163,9 МПа МПа;

в) міцність шва:

кН/см²=204 МПа = МПа;

кН/см² =54,6 МПа МПа.

Всі умови виконуються.

Приклад 2

Визначити несучу здатність зварного кутового з’єднання, зображеного на рисунку, за дії згинаючого моменту М. Розміри листів: першого - ширина b₁ = 320 мм, товщина t₁ = 18 мм; другого - ширина b₂ = 260 мм, товщина t₂ = =22 мм. Матеріал листів: першого - сталь марки ВСт3сп5-2,

другого - сталь марки 18Гсп. Зварювання напівавтоматичне дротом Св-08ГА.

Розв’язок задачі

1. Розрахунок зварного кутового з’єднання, зображеного на рис. 1, за дії згинаючого моменту М виконуємо за формулами табл.7

;

.

Визначаємо значення згинаючого моменту М із кожного виразу:

Рис. 1. Схема зварного

кутового з’єднання

;

.

Несуча здатність з’єднання визначається за меншим з двох значень згинаючих моментів.

2. Визначаємо основні характеристики та параметри зварного кутового з’єднання:

а) Розрахунковий опір металу шва зварного з’єднання з кутовими швами визначається за табл. 5 залежно від марки зварювального дроту або типу електроду. Для обумовленої завданням марки дроту Св-08ГА = 200 МПа.

Значення розрахункового опору в перерізі по металу границі сплавлення МПа, де R_un = 370 МПа - тимчасовий опір сталі розриву менш міцного матеріалу (для сталі марки ВСт3сп5-2, тобто класу сталі С285, товщиною прокату t₁ = 18 мм R_un = 380 МПа, а для сталі марки 18Гсп, тобто класу сталі С255, товщиною прокату t₂ = 22 мм R_un = 370 МПа).

Зварювальний дріт марки Св-08ГА повністю відповідає застосованим класам сталі згідно з табл. 1.

б) Приймаємо значення коефіцієнтів згідно з табл. 6 для кліматичних районів з розрахунковою температурою .

в) Коефіцієнт умов роботи _с визначається за табл. 5 дод. 1. Оскільки конкретні умови роботи та конструкція не обумовлені, то приймаємо _с = 1.

г) Моменти опору W_wf i W_wz - це сумарні моменти опору всіх швів, що складають з’єднання:

см³;

см³,

де 2 - кількість вертикальних кутових швів (див. рис. 1);

см, приймаємо k_f = 2,1 см, тут мм = 1,8 см - менша із двох товщин елементів, що з’єднуються;

і - коефіцієнти переходу від катета шва k_f до ширини відповідної площини руйнування (для напівавтоматичного зварювання дротом d = 1,4...2 мм за нижнього положення шва і якщо значення k_f = 2,1 см = 21 мм) згідно з табл. 4;

см = 26 - 1 = 25 см - розрахункова довжина одного кутового шва, тут b₂ = 260 мм = 26 см - ширина вужчого елемента; см - сумарна довжина шва, на якій його якість за рахунок непровару і кратеру не гарантована (по 0,5 см з кожного боку шва).

3. Визначаємо величину згинаючого моменту:

кНсм = 61,25 кН·м;

кНсм 72,84 кН·м.

Отже, дане з’єднання здатне сприйняти згинаючий момент величиною кН·м.

4. За дії згинаючого моменту кН·м перевіряємо міцність листів, що складають з’єднання, і міцність самих швів:

а) міцність першого листа

кН/см² = 199,4 МПа 260 МПа,

де см³; МПа - для сталі марки ВСт3сп5-2 (класу сталі С285) товщиною прокату t₁ = 18 мм;

б) міцність другого листа

МПа МПа,

де см³; МПа - для сталі марки 18Гсп (класу сталі С255) товщиною прокату t₂ = 22 мм;

в) міцність шва:

кН/см²= 200 МПа = МПа;

кН/см²=140 МПа МПа.

5. Оскільки міцність другого листа не забезпечена (див. п. 4, б), то максимальний згинаючий момент, який може сприйняти да­ний зварний елемент

кН·см  57 кН·м.

Остаточно несуча здатність М = 57 кН·м.

Приклад 3

Розрахувати та законструювати прикріплення фланговими кутовими швами розкосу ферми таврового поперечного перерізу із двох нерівнополицевих кутиків 110708 до вузлової фасонки товщиною t_ф = 14 мм. Розрахунок зварних швів, розміщених вздовж коротких полиць кутиків, виконати з умови їх рівноміцності з розкосом ферми. Матеріал кутиків - сталь марки 09Г2, фасонки - сталь марки 15ХСНД. Зварювання автоматичне дротом Св-10НМА .

Розв’язок задачі

Рис. 1. Схема прикріплення розкосу ферми до фасонки

1. Розрахунок прикріплення розкосу ферми до фасонки виконується за дії центрально прикладеної сили N (рис. 1) за формулами:

; ,

де N визначається із умови рівноміцності з розкосом ферми, тобто кН,

тут см²; МПа - згідно з табл. 2 дод. 1 для фасонного прокату товщиною мм із сталі класу С345 (марки сталі 09Г2); згідно з табл. 5 дод. 1.

2) Визначаємо міцність кутових швів, що виконуються зварювальним дротом марки Св-10НМА, який повністю відповідає застосованим для елементів сталям згідно з табл. 1 (сталь марки 09Г2 - сталь класу С345, сталь марки 15ХСНД - сталь класу С375).

Згідно з табл. 5 = 240 МПа.

МПа, де R_un = 490 МПа - менше із двох значень: R_un = 490 МПа - для фасонного прокату товщиною мм із сталі класу С345; R_un = 490 МПа - для листового прокату товщиною t = 14 мм із сталі класу С375.

Приймаємо (згідно з табл. 6) і (згідно з табл. 5 дод. 1).

3. Виконуємо розрахунок швів, що прикріплюють кутики до фасонки біля обушка:

а) катет шва мм, де t_min - товщина тоншого з елементів (полиці кутика або фасонки), мм; приймаємо мм;

б) приймаємо діаметр дроту для автоматичного зварювання d = = 3...5 мм і для нижнього положення шва за значення мм згідно з табл. 4 і ;

в) оскільки кутики прикріплені до фасонки короткою (вужчою) полицею, то шви біля обушка сприймають зусилля кН;

г) визначаємо розрахункову довжину шва:

см;

см,

де 2 - кількість швів, що прикріплюють розкіс ферми з двох кутиків до фасонки (див. рис. 1);

приймаємо за більшим із двох значень см, тоді см = 17,97 + 1 = 18,97 см; приймаємо см;

д) перевіряємо отриману довжину шва на відповідність умові (або ),

де см або мм = 5 см;

см;

таким чином, см см см.

4) Виконуємо розрахунок швів, що прикріплюють кутики до фасонки біля пера:

а) катет шва мм = 8 - 2 = 6 мм;

б) згідно з табл. 4 і ;

в) шви біля пера сприймають зусилля кН;

г) визначаємо розрахункову довжину шва:

см;

см;

приймаємо за більшим із двох значень см, тоді см = 7,65 + 1 = 8,65 см; приймаємо см;

д) перевіряємо отриману довжину шва на відповідність умові (або ):

см або мм = 5 см;

см;

таким чином, см см см.

5. Виконуємо конструювання прикріплення розкосу ферми до фасонки (рис.2).

Рис. 2. Вузол прикріплення розкосу ферми до фасонки

Приклад 4

Розрахувати та законструювати прикріплення фланговими кутовими швами розкосу ферми таврового поперечного перерізу із двох рівнополицевих кутиків 16011 до вузлової фасонки товщиною t_ф = 12 мм. Довжини швів біля пера та обушка прийняти однаковими. Розрахунок зварних швів виконати з умови їх рівноміцності з розкосом ферми. Матеріал кутиків - сталь марки ВСт3пс6-2, фасонки - сталь марки ВСт3Гпс5-2. Зварювання ручне.

Розв’язок задачі

Рис. 1. Схема прикріплення розкосу ферми до фасонки

1. Розрахунок прикріплення розкосу ферми до фасонки виконується за дії центрально прикладеної сили N (рис. 1) за формулами:

; ,

де N визначається з умови рівноміцності швів з розкосом ферми, тобто кН,

тут см²; МПа - згідно з табл. 2 дод. 1 для фасонного прокату товщиною мм із сталі класу С275 (марки сталі ВСт3пс6-2); згідно з табл. 5 дод. 1.

2) Визначаємо міцність кутових швів, для виконання яких згідно з табл. 1 для ручного зварювання приймаємо електроди Э46 (матеріал кутиків - сталь марки ВСт3пс6-2 - сталь класу С275, матеріал

фасонки - сталь марки ВСт3Гпс5-2 - сталь класу С285).

Згідно з табл. 5 = 200 МПа.

МПа, де R_un = 380 МПа - менше із двох значень: R_un = 380 МПа - для фасонного прокату товщиною мм із сталі класу С275; R_un = 380 МПа - для листового прокату товщиною t = 12 мм із сталі класу С285.

Приймаємо (згідно з табл. 6) і (згідно з табл. 5 дод. 1).

3. Оскільки завданням передбачено виконання швів біля пера та обушка однакової довжини, то розрахунок з'єднання починаємо з розрахунку швів біля обушка, на який припадає більша частина діючого в елементі зусилля:

а) катет шва мм, де мм; приймаємо мм;

б) згідно з табл. 4 для ручного зварювання і ;

в) шви біля обушка сприймають зусилля кН;

г) визначаємо розрахункову довжину шва:

см;

см,

де 2 - кількість швів, що прикріплюють розкіс ферми з двох кутиків до фасонки (див. рис. 1);

приймаємо за більшим із двох значень см, тоді см = 35,72 + 1 = 36,72 см; приймаємо см;

д) перевіряємо отриману довжину шва на відповідність умові

(або ),

де см або мм = 5 см;

см;

таким чином, см см см.

4) Виконуємо розрахунок швів, що прикріплюють кутики до фасонки біля пера:

а) приймаємо см, а см =37 - 1= = 36 см;

б) згідно з табл. 4 значення і ;

в) шви біля пера сприймають зусилля кН;

г) визначаємо розрахунковий катет шва:

см;

см;

приймаємо за більшим з двох значень см = =5,53 мм; оскільки значення k_f повинно бути цілим числом, то остаточно приймаємо мм;

д) перевіряємо прийнятий катет шва на відповідність умові ,

де мм - згідно з табл. 8 для з'єднання з двосторонніми кутовими швами за ручного зварювання та значення МПа (більшого для кутика ( МПа згідно з табл. 2 дод. 1 для фасонного прокату товщиною мм із сталі класу С275, яка відповідає марці сталі ВСт3пс6-2) чи фасонки ( МПа згідно з табл. 2 дод. 1 для листового прокату товщиною мм із сталі класу С285, яка відповідає марці сталі ВСт3Гпс5-2)) і за товщини товстішого з елементів, що зварюються, мм; мм = 11 - 2 = 9 мм;

таким чином, мммммм.

5. Виконуємо конструювання прикріплення розкосу ферми до фасонки

Рис. 2. Вузол прикріплення розкосу ферми до фасонки

Приклад 5

Розрахувати та законструювати прикріплення фланговими кутовими швами розкосу ферми таврового поперечного перерізу із двох нерівнополицевих кутиків 140908 до вузлової фасонки товщиною t_ф = 10 мм. Катети швів біля пера та обушка прийняти однаковими. Розрахунок зварних швів, розміщених вздовж довгих полиць кутиків, виконати з умови їх рівноміцності з розкосом ферми. Матеріал кутиків - сталь класу С345, фасонки - сталь класу С375. Зварювання ручне.

Розв’язок задачі

Рис. 1. Схема прикріплення розкосу ферми до фасонки

1. Розрахунок прикріплення розкосу ферми до фасонки виконується за дії центрально прикладеної сили N (рис. 1) за формулами

; ,

де N визначається із умови рівноміцності з розкосом ферми, тобто кН,