4.5. Расчет элементов, подверженных действию осевой силы с изгибом

 Расчет на прочность по нормальным напряжениям при действии момента и продольной силы выполняется для упругой и пластической стадий. Необходима также проверка устойчивости в плоскости действия момента, из плоскости действия момента и при косом внецентренном сжатии.

Расчет на прочность в упругой стадии ведется для эпюры напряжений в сечении 2-й стадии при пределе текучести стали  МПа при   или  , а также при воздействии динамических нагрузок по формуле

.Внецентренно сжатые элементы из стали с  МПа с резко несимметричным сечением должны проверяться на прочность растянутых волокон (рис. 4.4)

,  ,где d – учитывает увеличение момента из-за деформации;   – определяется по упругой стадии [14];   – для растянутого волокна. Проверку прочности  внецентренно сжатых, сжато-изгибаемых и растянуто-изгибаемых элементов из стали с пределом текучести до 530 МПа, не подвергающихся  непосредственному воздействию динамических нагрузок при   и   следует рассчитывать с учетом пластичности материала (см. рис. 4.1, 4). Рассмотрим этот расчет на примере прямоугольного сечения в предельном состоянии – при развитии пластичности по всему сечению. Центрально приложенную силу и момент (каждый в отдельности), вызывающие текучесть по всему сечению, определяют по формулам: момент и силу, вызывающие текучесть по всему сечению при совместном действии, определим из схемы (рис. 4.5)

Из схемы видно, что при равновесии сила   уравновешивает внешнюю силу N, пара сил   с плечом   уравновешивает внешний момент М.

Составим выражение и преобразуем его:

 Если внешние силы меньше тех, которые сечение может воспринять в предельном состоянии, то равновесие сохраняется. После обратной подстановки получим условие прочности

.При действии N,   и  , по аналогии с предыдущим, можно получить

В общем виде (для любого сечения):

.

 

 

Рис. 4.5. Напряженное состояние стержня прямоугольного сечения при внецентренном растяжении в 4-й стадии

 Значения n, а также с,     для разных типов сечений приводятся в [1, табл. 66]. Степень n учитывает распределение материала по высоте сечения. Для двутаврового сечения при изгибе относительно оси, перпендикулярной стенке, и коробчатого сечения, где значительная часть материала расположена на периферии,   Для сече­ний, у которых значительная часть материала расположена в центре – крестовоеили двутавр – при изгибе относительно оси, проходящей по стенке,   Для сечений, у которых материал расположен равномерно по высоте (прямоугольных), 

Расчет на устойчивость в плоскости действия момента при внецентренно сжатых и сжато-изгибаемых элементов постоянного сечения можно понимать как сохранение элементом прочности при расчете его с учетом деформаций системы от действующей нагрузки  ,где   [14];   – момент сопротивления сечения для наиболее сжатого волокна.

После простейших преобразований левой части неравенства получим

где   относительный эксцентриситет;   ядровое расстояние. Обозначим   – коэффициент снижения расчетных сопротивлений при внецентренном сжатии. Учитывая, что при внецентренном сжатии предельное усилие  , и, сокращая площадь А, получим

 причем   есть функция от 

где h – коэффициент влияния формы сечения, определяется по [1, табл. 73].

Последнее уравнение имеет одно неизвестное –  , и оно может быть найдено, если прочие величины известны. Но работать с функцией четырех аргументов неудобно. Для сокращения количества аргументов применим подстановки   приведенный относительный эксцентриситет,   – условная гибкость. После введения новых переменных   будет функцией двух переменных:   и  . Значения    в зависимости от   и   для сплошностенчатых стержней приводятся в [1, табл. 74].

Формула для расчета внецентренно сжатых и сжато-изгибаемых элементов постоянного сечения принимает вид 

Это условие выполняется при  .

Расчет на устойчивость из плоскости действия момента элементов постоянного сечения при изгибе их в плоскости наибольшей жесткости  , совпадающей с плоскостью симметрии, ведется по формуле где   определяется как j  , но относительно оси у.

Коэффициент с при   вычисляется по формуле

где   и   принимаются по [1, табл. 10];   или 

При   – по формуле ,где   определяется как для балки с двумя и более закреплениями сжатого пояса по [1, прил. 7].

При     вычисляется по интерполяционной формуле ,где   и   определяются при   и  .

Расчет на устойчивость сплошностенчатых стержней при сжатии и изгибе в двух главных плоскостях, при совпадении плоскости наибольшей жесткости   с плоскостью симметрии, следует выполнять по формуле где  , здесь   следует определять с заменой в формулах m и l на   и  , а с определяется как раньше, но по   и  .

15, Сварные соединения, виды сварных соединений.

Сварные соединения, наиболее распространенный тип соединений, около 90%. Преимущества:

5. Возможность получения конструкций любой формы.

6. Возможность выполнения соединения в любой точки конструкции.

7. Уменьшение расхода стали на 12-13%.

8. Плотность(непроницаемость) соединения для газов и жидкостей.

Недостатки:

3. Трудности, связанные с проверкой качества швов.

4. Остаточные напряжения и деформации, возникающие за счёт неравномерного нагрева и остывания, могут привести к хрупкому разрушению, особенно при отрицательных температурах и динамических нагрузках.

В строительстве главным образом применяется электродуговая сварка. Она может быть:

1. Ручная

2. Автоматическая

3. Полуавтоматическая

4. Электрошлаковая

5. В среде инертных газов

1. Ручная сварка применяется в любой точке конструкции и в любом положении. Однако из-за небольшой силы тока, качество швов низкое в связи с меньшим проплавлением основного металла, меньшая стабильность ручного процесса, производительность маленькая. Для ручной сварки применяются электроды различных марок и разной толщины: Э42; Э42А; Э46; Э46А; Э50; Э50А; Э60; цифры обозначают временное сопротивление металла шва; Э42-используются для получения шва с МПа, для сварки сталей с МПа. Марка электрода выбирается в зависимости от марки сталей соединяемых элементов. Буква А – обозначает, что металл электрода имеет повышенные пластические свойства. Толщина электрода выбирается в зависимости от толщины соединяемых элементов. Обмазка электрода легирует рассплавленный металл и предохраняет его от соприкосновения с воздухом.

2.3. Для автоматической и полуавтоматической сварки под флюсом применяются автоматы и полуавтоматы достаточно больших размеров, поэтому применяется только в заводских условиях. Качество швов хорошее,производительность высокая, из-за исплоьзования большой силы тока. Используется голая проволока Ø 2-5 мм. Образование электрической дуги происходит под слоем рассплавленного флюса(сыпучий материал, который подаётся впереди проволоки). Недостаток – заьруднительное выполнение этой сварки в вертикальном и потолочном положении и в стеснённых условиях.

4. Электрошлаковая сварка – разновидность сварки плавлением, этот тип сварки применяется для образования вертикальных швов, при толщине соединяемых элементов более 20 мм. Образование дуги происходит под слоем рассплавленного шлака между двумя передвигающимися медными ползунами, которые охолождаются холодной водой.

5. для сварки в среде инертного газа используется голая проволока Ø 1,2-2 мм, постоянный ток обратной полярности и в качестве флюса или шлака используется инертный газ(углекислый газ, гелий или аргон). Используется газовая саврка горения метана и кислорода. Качество швов невысокое из-за невысокой температуры, поэтому используется чаще всего для резки металла, а также для соединения тонких элементов.

Контактная сварка используется в машиностроении, а также для образования каркасов из арматурных сталей в заводских условиях.

Типы соединений:

1. Стыковые соединения – элементы соединяются торцами или кромками и один элемент являетяс продолжением другого.

Используются для соединения элементов средней и большой толщины. Эти соединения имеют наименьшую концентрацию напряжений.

2. Соединения внахлёстку – поверхности свариваемых элементов частично находят друг на друга.

Используют для соединения элементов малой толщины(2-5 мм). Обладают большой концентрацией напряжений, не рекомендуются при динамических нагрузках.

3. Комбинированные соединения – это стыковые соединения с накладками.

Используются, когда не обеспечена ппрочность стыкового соединения, особенно в полевых условиях. Обладают большой концентрацией напряжения поэтому нежелательны.

4. Угловые соединения – соединения, в которых свариваемые элементы рассположены под углом

5. Тавровые соединения – в них торец одного элемента приваривается к поверхности другого элемента. Очень просты в исполнении.

Сварные швы и их характеристики.

Швы классифицируются по конструктивному признаку, по назначению, по протяжённости, по положению.

По конструктивному признаку швы делятся на:

1. Стыковые; 2. Угловые;

С тыковые швы применяются для стыковых соединений. Хорошое качество стыковых швов получается при толщине до 8 мм. При большей толщине между торцами соединяемых элементовоставляется зазор и производится их обработка, чтобы глубина проплавления была достаточной. В зависимости от типа обработки швы бывают:V, U, X, K – образные. Формы обработки принимают в зависимости от толщины соединяемых элементов и видов сварки.Угловые швы применяются для соединений U, X, K. Для тавровых соединений также производится обработка торцов. Угловые швы, рассположенные параллельно действующему осевому усилию , называюся фланговыми, а перпендекулярно усилию – лобовыми.

По назначению швы бывают:1. Рабочие; 2. Конструктивные; По протяжённости:1. Непрерывные; 2. Шпоночные;

По положению:1. Нижние; 2. Вертикальные 3. Горизонтальные 3. Потолочные.