10. Проектирование сварных соединений
Если сечение не составное, а сплошное, то роль соединительных элементов между отдельными листами сварного профиля играют продольные (поясные) швы. Размеры швов определяют из расчета на прочность под действием поперечной силы Q.
Если полка сварного профиля приварена к стенке угловым швом, то его катет может быть найден из условия прочности
,
где I - момент инерции всего сечения стойки или балки в плоскости действия силы Q; yсп- расстояние центра площади полки Ап от оси сечения; k - катет углового шва; β - коэффициент, учитывающий форму шва и зависящий от способа сварки (β=0,7 при ручной дуговой сварке и сварке полуавтоматом проволокой диаметром до 1,4 мм; для других способов сварки см. табл. 34 СНиП).
Минимально
возможное значения катета шва определяется
из условия равенства действующего
напряжения τ
допускаемому напряжению для углового
шва
.
Для шва, сваренного проволокой Св08 или
электродом Э42 допускаемое
=180
МПа. В этом случае прочность металла
шва такая же, как у основного металла
ВСт3сп.
При сварке другими материалами допускаемые напряжения следует определять по табл. 3 и 4 СНиП. Если прочность шва выше, чем основного металла, то необходимо проверить также прочность по границе сплавления (см. формулу 121 СниП).
Наиболее сложное сварное соединение, требующее расчета – узел, соединяющий стойку и балку между собой. Самая простая схема сварного соединения – через косынку, к которой элементы стойки и балки приварены встык, втавр или внахлестку. Пример конструкции узла показан на рис.6. Поскольку сварное соединение передает и силы, и момент, проектный расчет для определения размеров косынки и швов, скорее всего, придется проводить методом последовательных приближений.
Рис.6. Схема узла присоединения стойки (4У) к балке (ДТ): косынка приварена к балке втавр, уголки стойки приварены к косынке внахлестку
При
проектировании соединения с угловыми
швами вначале следует выбрать катет
швов k.
Целесообразно для уменьшения размеров
косынки выбирать максимальный катет,
равный толщине наиболее тонкого из
листов соединяемых профилей. Затем
нужно сделать эскиз сварного узла и
предварительно определить длину каждого
из швов ℓi.
После этого можно определить площадь
сечения этих швов
.
Способ сварки и катет целесообразно
для всех швов выбрать одинаковый для
упрощения технологии сварки. Для
определения полярного момента инерции
сечения швов надо вначале определить
координаты его центра тяжести. Относительно
любой выбранной системы координат
;
;
.
С учетом геометрии сечения определяют
момент инерции сечения швов
,
где – расстояние от центра сечения
каждого шва до центра тяжести всего
сечения. В швах возникают напряжения
от силы P,
передаваемой через сварной узел
и от момента M
.
Напряжения от силы направлены вдоль
линии действия этой силы, а напряжения
от момента в каждой точке сечения шва
– перпендикулярно радиус-вектору r,
проведенному в эту точку из центра
тяжести сечения.
Оба компонента напряжений условно считаются касательными ( τ′). Результирующее напряжение τ′рез определяется как равнодействующая этих двух напряжений по правилам суммирования векторов. Наиболее опасная точка сечения та, в которой наибольшее по абсолютной величине значение τ′рез. Максимальное значение необходимо сравнить с допускаемым напряжением для углового шва. Если τ′рез max не равно [τ′], то размеры швов сварного узла (катет и длину) нужно изменить.
Литература
1. Строительные нормы и правила. Часть II. Гл. 23. Стальные конструкции. (СНиП II-23-81*) М.: ЦИТП Госстроя СССР.- 1988.-96 с.
2. Николаев Г.А., Винокуров В.А. Сварные конструкции. Расчет и проектирование. М.: Высшая школа.- 1990.- 446 с.