Конспект лекций_Соединения элементов МК

3.Использование механизированных способов сварки, которые дают наилучшее качество шва.

4.При динамических нагрузках наплывы металла шва, которые выступают за пределы поверхности соединяемых элементов, рекомендуется снимать механической обработкой.

5.Использование временных технологических выводных планок при сварке лис-

товых элементов.

7.1.2. Соединения с помощью угловых швов

Соединения угловыми швами выполняется внахлестку (внапуск), в тавр, в угол,

посредством накладок. Соединения могут быть выполнены фланговыми или лобовыми швами, а также их сочетанием.

7.1.2.1. Соединения внахлестку

В соединении на фланговых швах характер распределения напряжений как по ши-

рине соединения, так и по длине – неравномерный (рис. 7.9).

	2	фланговые
		2 - 2
		лобовой
	N	N
	3	3
	1	1
	2
		3 - 3
		1 - 1
	max
		ср

Рис. 7.9. Распределение напряжений в угловых швах

Основная часть усилия передается вблизи концов шва и при длинных фланговых швах их средняя часть не участвует в передаче усилий. Разрушение швов происходит от

89

концов к середине. Лобовые швы передают усилие по ширине соединяемых элементов более равномерно. Наибольшая концентрация напряжений наблюдается в корне шва возле щели. Уменьшить напряжение можно увеличением глубины провара или путем выполнения пологих (рис. 7.10, а) и вогнутых швов (рис. 7.10, б).

а)

1

б)

1
:
	2

2

Рис. 7.10. Методы уменьшения концентрации напряжений в угловых швах

Еще одним путем уменьшения концентрации напряжений в лобовых швах является механическая обработка элементов с целью обеспечения плавного перехода от одного элемента к другому (рис. 7.11).

і = 1:5 снять

30-45о

Рис. 7.11. Уменьшение концентрации напряжений в лобовых швах

В результате значительной концентрации напряжений в шве, его разрушение про-

исходит хрупко.

Разрушение фланговых и лобовых швов может происходить:

–по металлу шва (рис. 7.12. (сечение 1-1));

–по металлу границы сплавления (рис. 7.12. (сечение 2-2)).

kf

k
	z

f

2

1

k	f
f

Рис. 7.12. К расчету угловых швов

Расчет угловых швов при действии продольных и поперечных сил выполняют на условный срез металла по одной из плоскостей сечения (то есть по металлу шва или по металлу границы сплавления) по 1.12.1.16 ДБН В.2.6-163:2010.

Расчет на условный срез по металлу шва:

		wf		N	R	wf		c	(7.7)
				f kf lw

Расчет на условный срез по металлу границы сплавления:

90

		wz		N	R	wz		c	,	(7.8)
				z k f lw

где: N – усилия (растягивающие или сжимающие), действующие в элементах;

kf – катет углового шва; lw = (l-1см) или lw = (l-2 kf) – расчетная длина углового шва с учетом непровара на концах шва, l – геометрическая длина шва; f z – коэффициенты перехода от катета углового шва kf к расчетной ширине сечения углового шва в плоскости наплавленного металла и в плоскости металла границы сплавления.

Значения коэффициентов f и z зависят от вида сварки, положения шва в про-

странстве, катета шва, диаметра проволоки для сварки. Значения коэффициентов поме-

щены в ДБН В.2.6-163:2010 табл. 1.12.2. Диапазон изменения коэффициентов составляет:

f =0.7…1.10; z =1.0…1.15.

Rwf, Rwz – расчетные сопротивления соответственно по металлу шва и по металлу границы сплавления.

Формулы для определения этих расчетных сопротивлений приведенны в табл. 1.3.3 ДБН В.2.6-163:2010. В соответствии с нормами принимают такие расчетные сопро-

тивления:

R 0,55	Rwun	;	R	wz	0,45R
wf	wm				un

где: Rwun – характеристическое сопротивление металла шва, которое зависит от класса прочности металла (табл. Ж.2 приложение Ж, ДБН В.2.6-163:2010); Run – нор-

мативное сопротивление основного металла по пределу прочности (временное сопро-

тивление); wm – коэффициенты условий работы металла шва; wm = 1,25 при значениях

Rwun 490 Н/мм2; wm = 1,35 при значениях 490 Н/мм2 Rwun ≤ 590 Н/мм2.

Значение расчетных сопротивлений металла шва Rwf для соединений с угловыми швами приведенны в табл. Ж.2 приложение Ж, ДБН В.2.6-163:2010. Значение Rwf изме-

няется от 180 МПа до 280 МПа.

Проверяя прочность фланговых швов, необходимо помнить, что их расчетная дли-

на не должна превышать предельных значений

lw 85 f kf

(7.9)

Материалы для сварки выбирают согласно с табл. Ж.1 приложение Ж, ДБН В.2.6- 163:2010 в зависимости от группы конструкций; сталей, которые свариваются.

В формулах неизвестные значения kf и lw. Одной из этих величин нужно задаться, а

затем значение другой величины найти.

91

7.1.2.2. Соединения в тавр

	Q
N	Q	М

N

M

а)

б)

в)

Рис. 7.13. Соединения в тавр:

а) действие N; б) действие Q; в) действие М

Под действием нормальной силы N (рис. 7.13, а) работа соединения аналогична расчету соединения лобовыми швами, а поперечной Q (рис. 7.13, б) – фланговым. Расчет выполняется по приведенным выше формулам.

При действии изгибающего момента М в швах напряжения распределяются нерав-

номерно (рис. 7.13, в). Условия проверки прочности соответственно по металлу шва и металлу границы сплавления производятся по п. 1.12.1.17 ДБН В.2.6-163:2010:

M

wfm					Rwf c	(7.10)
		W f
wzm		M		Rwz c		(7.11)
	Wz

Wf, Wz – моменты сопротивления сечения угловых швов в сварном соединении по металлу шва и по металлу границы сплавления:

			n		k		f	l2
Wf				f				w		;	(7.12)
					6
		n		k		f	l2
Wz		z						w			(7.13)
	6

где n – количество швов (обычно n=2)

При сочетании нормальной и поперечной силы с изгибающим моментом опреде-

ляют геометрическую сумму касательных напряжений, вызванных этими усилиями.

Проверка прочности имеет вид:

wfN	wfM	2	wfQ2		Rwf wf c ;	(7.14)
wzN	wzM	2	wzQ2		Rwz wz c	(7.15)

92

где :

wzN

N

N

n f kf lw

wzN

n zkf lw

6M

wfM

n f k f lw2

wzM

6M

n zkf lw2

wfQ

Q

wzQ

Q

n f kf lw

n zkf lw

При соединении угловыми швами несимметричных профилей, нужно чтобы линия действия нагрузки проходила через центр тяжести соединения (рис. 7.14).

lоб обушок

N

			ZO b
lп				перо

Рис. 7.14. Соединение угловыми швами несимметричных профилей

Если катеты швов по перу и обушку уголка одинаковые, то длина швов определя-

ется:

	lоб		lw b Z0		lп		lwZ0
			b				b
	Для равнополочных уголков:
		lоб 0,7lw ;			lп 0,3lw

где: lw – общая длина шва, которая определяется по формулам:

lw			N			(7.16)
		f kf Rwf c
lw				N		(7.17)
			z k f	R wz c

93

7.1.2.3. Конструктивные требования при проектировании соединений на угловых швах

Основные требования приведены в ДБН В.2.6-163:2010 п. 1.12.1.5.

При определении размера и формы угловых швов нужно придерживаться таких важнейших требований:

1. Катеты угловых швов принимаются в соответствии с расчетом, но обязательно не меньше, чем значения, которые представлены в табл. 1.12.1. Минимальные допусти-

мые значения катета определены с целью обеспечения достаточной глубины проплавле-

ния и качества соединения в зависимости от типа соединения, вида сварки, прочности стали и толщины соединяемых элементов.

2. Катет углового шва (рис. 7.15) не должен превышать 1,2 t, где t – наименьшая толщина элементов, которые соединяются. Это требование связано с уменьшением внутренних напряжений и деформаций от сварки. Катет шва, проложенный вдоль за-

кругленной кромки фасонного проката толщиной t, не должен превышать 0,9 t.

Рис. 7.15. Размеры сварных швов

3.Расчетная длина шва не должна быть меньше чем 4kf и не меньше 40 мм.

4.Режим сварки выбирают так, чтобы форма шва соответствовала b/h≥1,3 для уг-

лового шва и b/h≥1,5 для стыкового однопроходного шва.

5. Расчетная длина флангового шва не должна превышать 85 fkf за исключением швов, в которых усилие действует по всей длине шва (например, соединение полок со стенкой в сварных балках).

94

6.Размер напуска не должен быть меньше чем 5tmin (где tmin – толщина тонкого элемента, то есть накладки или элемента, которые соединяются).

7.Соотношение сторон катетов швов принимают 1:1. При соединении элементов разной толщины можно использовать швы с неравными катетами. При этом катеты, ко-

торые прилегают к тонкому элементу в соединении, не должны превышать 1,2 tmin. А ка-

теты, которые прилегают к толстому элементу не меньше значения табл. 1.12.1.

8. При динамических, подвижных и вибрационных нагрузках с целью уменьшения концентрации напряжений рекомендуется формировать пологие или вогнутые швы.

Чтобы смягчить концентрацию напряжений на концах шва, рекомендуется заводить уг-

ловые швы за торцы соединяемых элементов на 10-20 мм.

9.Если соединение элементов выполняется посредством накладок, то фланговые угловые швы не доводят до оси стыка не меньше 25мм.

10.Сварные стыки с накладками выполняют по рис. 1.12.2 а (рис. 7.16):

Рис. 7.16. Размещение сварных швов

11. Расстояние между параллельными сварными соединениями элементов конст-

рукций должно быть не меньше 10δ и 100мм, где δ – толщина детали. Приваривание ре-

бер жесткости и элементов решетчатых конструкций необходимо выполнять согласно рис. 1.12.2 б (рис. 7.16).

12. Суммарная площадь сечения накладок не должна быть меньше сечения основ-

ных элементов; 13. Форма накладок должна обеспечивать плавный переход усилий с одного эле-

мента на другой. Для этого предусматривают срезы граней накладок под углом 30...45о.

Особенно это касается конструкций, на которые действуют динамические нагрузки.

95

7.1.2.4. Комбинированные соединения

Комбинированными называют такие соединения, в которых применяются разные виды швов. Если соединение выполняется посредством лобовых и фланговых угловых швов (рис. 7.17), то принимается, что швы работают совместно. Поэтому расчет выпол-

няют с учетом суммарной площади швов обоих видов, подставляя в формулы общую длину швов с одной стороны стыка.

Учитывая разную работу швов угловых и стыковых швов их сочетание в одном со-

единении не желательно. Запрещено выполнять соединение с использованием болтов и сварки.

bн

Рис. 7.17. Комбинированное соединение

8. Болтовые соединения

8.1. Общие сведения

Для болтовых соединений элементов стальных конструкций необходимо использовать болты согласно с приложением Ж ДБН В.2.6-163:2010.

В строительстве используют болты грубой и нормальной точности (рис. 8.1), по-

вышенной точности и высокопрочные. Кроме того, используют специальные анкерные болты (рис. 8.2) и самонарезающие болты (рис. 8.3), которые используются для крепления профилируемого настила к прогонам.

Диаметр болтов 10-48 мм. Длина болтов, обусловленная толщиной соединяемых элементов, изменяется в широких пределах 30-300 мм.

96

Рис. 8.1. Болты грубой и нормальной точ- Рис. 8.2. Специальные анкерные болты ности

Болты грубой и нормальной точности используют в монтажных соединениях для фиксации элементов. Устанавливают болты в отверстия, диаметр которых больше диа-

метра болтов на 2-3 мм. Отверстия формируют в отдельных соединяемых деталях путем пробивки или сверления.

При действии больших сдвигающих усилий используют болты повышенной точности и высокопрочные болты (рис. 8.4). Отверстия для болтов повышенной точности должны отвечать диаметру болтов. Возможное отклонение только в большую сторону до +0,3 мм. Этим достигается плотный контакт между болтом и стенкой отверстия. От-

верстия в этих соединяемых деталях должны достаточно точно совпадать, поэтому отверстия просверливают в собранном пакете или используют кондукторы, которые обес-

печивают точное размещение отверстий.

В зависимости от прочности материала болты грубой, нормальной и повышенной точности объединяют в классы, которые обозначают двумя числами, разделенными точкой (например: 4.6; 4.8; 5.6; 5.8; 6.6; 8.8; 10.9). Первое число, умноженное на 100,

приблизительно дает наименьшее значение предела прочности (МПа), а произведение первого числа на второе, увеличенное в 10 раз - значение предела текучести (МПа).

Рис. 8.3. Самонарезающие болты

Рис. 8.4. Высокопрочные болты

97

Принимают класс болтов согласно рекомендациям норм соответственно напряжен-

ному состоянию, условиям работы (растяжение или сдвиг) и климатическим особенно-

стям района строительства, табл. Ж.3 ДБН В.2.6-163:2010.

Класс прочности гаек (рис. 8.5) должен отвечать прочности болтов.

Под головки болтов грубой, нормальной и повышенной точности и гайки обяза-

тельно должны устанавливаться (рис. 8.6). В местах примыкания головки болтов к на-

клонным плоскостям ставят косые шайбы.

Рис. 8.5. Общий вид гаек

Рис. 8.6. Круглые шайбы

Болты грубой, нормальной и повышенной точности изготавливают из малоуглеро-

дистых и низколегированных сталей (например: 35, 35X, 40X, 38XА). Высокопрочные болты изготавливают лишь из высокопрочных сталей 40X «селект», 35X2AФ, 30Х3МФ

(легированные хромом, азотом, молибденом, ванадием). Применяют их в соединениях,

которые работают на сдвиг. Наиболее часто используются болты диаметром 20, 24, 30

мм. Маркируют болты так: М20, М24, М30.

Анкерные (фундаментные) болты передают растягивающее усилие на фундамент.

Диаметр анкерных болтов составляет 12...140 мм. Конструкция анкерных болтов должна обеспечивать их надежное закрепление в бетоне. Для изготовления анкерных болтов ис-

пользуют сталь ВСт3кп2, 09Г2С, 10Г2С1.

В последнее время вместо заклепочных соединений в стальных конструкциях при-

меняют высокопрочные болты и сварку. Это связано с необходимостью использовать для клепки специальное оборудование и высокой трудоемкостью таких соединений. За-

клепки используют очень ограниченно, лишь при значительных динамических нагрузках. В зависимости от формы закладной головки различают заклепки с полукруглыми,

полупотайными, потайными и повышенными головками (рис. 8.7, а-г). Заклепки уста-

навливают в отверстия, диаметр которых на 1,0...1,5 мм больше диаметра стержня за-

клепки.

Клепку выполняют клепальными молотками или скобами в горячем или холодном состоянии. При горячем методе заклепки нагревают до 1000...1100оС устанавливают в отверстия, осаживают стержень до полного заполнения отверстия, а затем формируют

98