Сварная конструкция представляет собой комплекс деталей и узлов, соединения кото­рых между собой выполнено с помощью сварки.

При проектировании конструкций необходимо выполнить как силовой расчет всей кон­струкции, узлов, деталей, так и спроектировать сварное соединение, то есть составить ус­ловие прочности.

При сварке плавлением все сварные соединения выполняются двумя видами сварных швов — стыковым и угловым.

Рассмотрим характерные случаи разрушения стыковых и угловых швов. Возможно не­сколько вариантов разрушения стыковых швов (рис. 3.7.1).

Рис. 3.7.1

В случае представленном на рис. 3.7.1, а сварной шов работает на отрыв, т. е. разру­шение наступает в результате действия нормальных напряжений. Нагружение стыков шва, как показано на рис. 3.7.1,6 (без учета момента), вызывает в шве сдвиг и, как результат, разрушение от действия касательных напряжений. В третьем случае разрушение вызывает­ся отрывом и сдвигом, т. е. имеют место одновременно нормальные и касательные напря­жения. Таким образом, стыковой шов разрушается по плоскости, проходящей по оси шва. на которой могут быть как нормальные, так и касательные на­пряжения.

Чтобы выяснить, как разрушается угловой шов. рассмот­рим возможные пути его разрушения (рис. 3.7.2). Во-первых, разрушение возможно по плоскости сечения 1-1. Это разру­шение происходит по нормальным напряжениям. Разрушаю­щая сила в зтом сечении:

пример расчёта

Усилие на единицу длины сварного шва, прикрепляющего лист к балке
настила. = 507,77 ..... Проверка устойчивости опорной части из плоскости
балки как стойки, нагруженной опорной реакцией ..... Требуемая длина
сварных швов, прикрепляющих ребро оголовка к ветвям колонны ... Расчет
базы колонны.
http://www.novsu.ru/file/793305

Во-вторых, разрушение возможно по сечению 2-2. В этом случае действуют касатель­ные напряжения, и разрушающая сила будет равна:

В сечении 3-3 (по биссектрисе прямого угла) одновременно имеют место нормальные и касательные напряжения. Если катеты одинаковые то:

ab — К sin 45° = 0,7/С, и тогда

Р sin 45° Р cos 45° Р42

сг = ■ ■ -; г = — или сг = г =

Выверка - стойка - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья

Для стыкования стоек применяют стальные сварные оголовки с ... как базой
для размещения уровня, проверить правильность установки стоек в ...
http://www.ngpedia.ru/id625379p1.html

0,7 К! 0,7 А:/ 2 -0,7 А/

Определим разрушающую силу, исходя из условия прочности по эквивалентным на­пряжениям;

= — jcr2 +3т2 £ [ст]

^А(РУІ2/2 0,7 К1)7 = Р>12/0,7АГ/ = 1.4Р/0/Ш < [и]

К1 1 J К1

Разделив числитель и знаменатель на 1.4. получим:

Откуда

Р»=0,Щт]

Сравнивая значения для Р^, следует сделать заключение, что наибольшая вероят­ность разрушения углового шва будет по сечению 3-3, а условие прочности углового шва имеет вид:

Поскольку площадь разрушения зависит от глубины проплавления, то в общем виде параметр 0.7К записывается как /3/С. Коэффициент (3 зависит от глубины проплавления (спо­соба сварки) (Р = 0,7…0,9).

Теперь рассмотрим конкретные случаи проектирования сварных соединений, то есть составление условия прочности, которое позволяет определить необходимые параметры сварного соединения.

Условие прочности для стыковых соединений для различных случаев нагружения име* ет вид. Для нагружения по схеме на рис. 3.7.3 разрушение по нормальным напряжениям, то есть: будут нормальные напряжения 6Р = Р/61, а от момен­та также ар= М/W. Тогда в шве будут суммарные напряже­ния.

Если нагружение вызывает нормальные а* и ка­сательные 7Р (рис. 3.7.8), то условие прочности необ­ходимо записать по эквивалентным напряжениям:

Рис. 3.7.7

Рис. 3.7.8

Для нахлесточного соединения с лобовым швом (рис. 3.7.9) условие прочности, как было показано, за­писывается по касательным напряжениям:

7р ^ И = P/Гра* = №

Если соединение имеет два лобовых шва то:

■р = P/2Fm = р/г/я<1S М

Рис. 3.7.9

При нафужении лобового шва моментом (рис.

3.7.10) условие прочности примет вид:

zM=M/W = aJ/3Kl2z[r, а при двух швах *м — M/2W — ЗМ/ j. ЗК11 < [т]

Одновременное действие силы и момента (рис.

Рис. 3.7.10

3.7.11) вызовет появление соответствующих каса­тельных напряжений тр и т ы. То есть, необходимо ка­ким то образом их просуммировать. Для этого про­анализируем направление действия этих напряжений.

От силы они направлены по направлению действия силы, а при повороте от момента их направление сов­падает с направлением от силы, то есть, т^* = тР + тм s [Т].

Рассмотрим еще один пример (рис. 3.7.12). При таком нагружении сила будет вызывать два действия — сдвиг вдоль направления действия силы и поворот (изгиб момента). То есть возникнут напряжения тр и т*. Но в отличие от пре­дыдущего случая, их направления не совпадают, поэтому:

Гсум = — fl + Г1 5 И

Нахлесточные соединения с фланговыми швами (рис. 3.7.13) рассчитываются при действии осевой силы. При нагружении моментом рис. 3.7.14 прини­маем, что на фланговые швы действует реактивный момент = /И. В свою очередь реактивный момент можно представить как пару сил N с плечом В. То­гда:

N = М / В.

Для случая нагружения нахлесточного соеди­нения с фланговыми швами продольной силой и моментом (рис. 3.7.15) в швах возникают касатель­ные напряжения, как от силы, так и от момента (см. выше). Анализируя направление действия этих на­пряжений, делаем вывод, что, они совпадают, тогда:

X — т + Т <т]

* сум * р * М — ІЛ J

Рис. 3.7.15

сум ’ Р

Для комбинированного соединения при дейст­вии продольной силы (рис. 3.7.16) принимается, что напряжение в лобовом и фланговых швах одинако­вое, тогда площадь разрушения определяется как Ершз = pKLotut, а условие прочности имеет вид

Когда на соединение действует момент, принимаем, что напряжения в швах одинако­вые. Тогда можно определить какую часть момента воспринимают фланговые швы. а какую лобовой шов. Их суммарное значение равно приложенному моменту:

АГ,- Л; Мф = ТВрЮф

Суммируем:

М = М,+Мф = т + тВ/ЗКІф

Рис. 3.7.16

Рис. 3.7.17

dM = dFzyry

Принимая, что напряжение в шве зависят от расстояния до центра тяжести швов по зависимости т„ / г„ = ту / гу = / гпах получим:

dM = тагу dF

Тавровые соединения могут выполняться с разделкой кромок и без. В случае сварного соединения без разделки кромок сварной шов рассчитывается как угловой, а с разделкой кромок как стыковой.

Точечное соединение (рис. 3.7.19) рассчитывается на срез, то есть:

где: п — количество точек.

При нагружении многоточечного соединения моментом (рис. 3.7.20) каждая точка ра­ботает на срез и воспринимает какую-то часть приложенного момента. Возьмем произволь­ную точку на расстоянии yi от центра тяжести точек. В точке пусть напряжения равны т Оп­ределим какой момент может взять на себя эта точка:

м, =яй1/4-у1-т,

Рис. 3.7.20

Пример проектирования колонны, нагруженной статической нагрузкой. Колонна состо­ит из трех основных частей — оголовка, стойки и базы. Требуется спроектировать центрально нагруженную силой N стойку сплошного сечения длиной I. То есть, подобрать сечение стой­ки — основного несущего элемента колонны. Последовательность проектирования следую­щая:

1. Определение требуемой площади поперечного сечения стойки исходя из условия прочности и устойчивости по формуле:

р =-А_

где ер — коэффициент продольного изгиба, зависящий от гибкости стойки, которая на этом этапе не определена. Поэтому принимаем (р = 0,6…0,8.

2. Компоновка сплошного сечения стойки (центральные оси пересекают тело сечения) площадью Fhc ие менее Fтр.

3. Определение геометрических характеристик сечения стойки:

Jyy r‘=-ff r" = ‘f^

где: Jx; Jy — моменты инерции, относительно центральных осей; гх гс — радиусы инерции.

.

Определение по таблицам фактического значения коэффициента продольного изги­ба (рф в зависимости от максимального значения гибкости Каш — S. Проверка прочности и устойчивости стойки по формуле:

7. Если о отличается от [а] более чем на ± 5% проектирование повторить с необходи­мой коррекцией.

На рис. 3.7.22 и 3.7.23 приведены примеры конструкторского решения оголовков и баз.

Рис. 3.7.22

Пример проектирования статических нагружений фермы. Проектирование фермы со­стоит в основном в подборе поперечных сечений стержней. Последовательность проектиро­вания следующая.

1. Выбор решетки фермы. Решетка выбирается в зависимости от назначения фермы.

2. Составление расчетной схемы. Расчетная схема должна обеспечивать приложение нагрузки в виде сосредоточенных сил в узлах.

3 Определение усилий в стержнях фермы. Усилия определяются аналитическим или графическим методом (построение диаграммы Маквелла-Кремона).

4. Определение требуемой площади поперечного сечения стержней:

ДЛЯ раСТЯНуТЫХ ПО формуле Fтр — N / [о для сжатых по формуле FWp = N/[o) <р,

где (р — коэффициент продольного изгиба, <р = 0,8…0,9.

Компоновка сечения стержней. Как правило, стержни компонуются из профильного материала симметричного сечения (рис. 3.7.22).

планками (рис. 3.7.24).

7. Проектирование узлов фермы. При проектировании узла необходимо строго обеспе­чить пересечение осей стержней в одной точке — центре узла.

8. Определение длины швов, приваривающих стержни к косынке узла по формуле

і = N

при этом катет шва задается.

9. Спроектировать косынку. Размеры косынки определяются исходя из конструктивных соображений и прочности.

10. При необходимости спроектировать стыки стержней (рис. 3.7.25).

ш і ч