4.8 Розрахунок поясних швів

Поясні шви з'єднують пояс балки зі стінкою і сприймають силу, що зрізає, величина якої може бути визначена за формулою:

,

(4.46)

де  поперечна сила;

момент інерції балки і статичний момент пояса в розглянутому перерізі.

Оскільки максимальна поперечна сила діє в опорному перерізі , тоінеобхідно визначати по зміненому перерізі. Катет поясного шва по довжині балки не міняється і приймається такий же, як і в опорному перерізі.

Поясні шви можуть бути однобічними з підваркою кореня шва з іншого боку або двосторонні.

Катет поясного шва повинен бути:

,

(4.47)

і не менш величин, зазначених у табл. 38*[1] у залежності від виду з'єднання, виду зварювання і товщини елементів, що зварюються.

Двосторонні поясні шви повинні перевірятися за формулами:

,	(4.48)
,	(4.49)

де прийняті величини такі ж, як у формулах (3.23) і (3.24).

Приклад 7. Зробити конструктивне оформлення зварної складеної балки з прикладів 5 і 6.

1. Опорний вузол.

Опорна реакція кН.

Для сталі С235 товщиною до 20 мм МПа.

Необхідна площа ребра визначається за формулою (4.32):

см².

Ширину ребра приймаємо рівною ширині пояса мм, тоді необхідна товщина буде:см.

Приймаємо ребро з універсальної широкосмугової сталі – 18 300 мм.

Площа опорної стійки:

см²;

Момент інерції:

см⁴;

Радіус інерції: см;

Гнучкість: . За табл. 72 [1] коефіцієнт.

За формулою (4.36) перевіряємо стійкість опорної стійки:

МПа.

Стійкість стійки забезпечена.

Розмір для опорного ребра повинен бутисм. Приймаємомм.

2. Розташування поперечних ребер жорсткості. Розрахункова висота стінки балки дорівнює її фактичній висоті:

см.

Умовна гнучкість стінки:

, отже, постановка поперечних ребер необхідна.

Оскільки при , відстань між ребрамиале може бути збільшена допри перевірці місцевої стійкості стінки, приймаємо відстань між ребрамиа = 4200 мм, тобто кожну половину балки поділяємо на два рівних відсіки. (рис.4.4). Можна прийняти і три відсіки, тодім.

Рисунок 4.4 Розташування стику і основних ребер жорсткості

по довжині балки

Ребра приймаємо двосторонні, тоді розміри ребра будуть такими: мм. Приймаємомм.

см. Приймаємо ребра жорсткості зі смуги – 7х95 мм.

Катет шва призначаємо конструктивно. При напівавтоматичному зварюванні двосторонніми швами за табл.38* [1] мм.

3. Поясні шви.

Максимальний катет шва повинен бути см. за табл. 38* [1] мінімальний катет при автоматичному зварюванні таврового з'єднання з двосторонніми швами при товщині більш товстого з елементів, що зварюються, 36 мм, повинен бути 8 мм.

За формулами (4.49) і (4.50) при кН/см.

За табл.34* [1]: . Відповідно до приклада 4МПа;МПа. Необхідний катет шва буде дорівнювати:

см;

см.

Оскільки розрахункова величина катета вийшла менш мінімальної, приймаємо мм.

4.9 Перевірка місцевої стійкості поясних листів і стінки балки

4.9.1 Стійкість поясних листів

Стійкість поясних листів балки забезпечена, якщо виконується умова:

,

(4.50)

де  розрахункова ширина звісу пояса, приймається рівною відстані від грані стінки до краю поясного листа:

;

(4.51)

ширина пояса в місці перевірки стійкості,

товщина пояса.

4.9.2 Стійкість стінки балки

Стійкість стінки балки не слід перевіряти, якщо умовна гнучкість стінки, що визначена за формулою (4.42),не перевищує:

3.5  у балках із двосторонніми швами і при відсутності місцевих напружень;

3.2  у балках з однобічними швами і при відсутності місцевих напружень;

2.5  при наявності місцевих напружень.

Розрахункова висота стінки балки для зварених складених балок дорівнює висоті стінки:

.

(4.52)

У дійсному навчальному посібнику в навчальних цілях студент повинен перевірити місцеву стійкість стінки в двох місцях: у місці зміни перерізу й у першому відсіку під однією з допоміжних балок незалежно від гнучкості стінки.

Перевірку стійкості стінки балки треба робити з урахуванням усіх компонентів напруженого стану, тобто нормальних, дотичних і місцевих напружень.

Стискаючі напруження визначаються на розрахунковій межі стінки, дотичні – як середні значення за умови, що вся поперечна сила сприймається тільки стінкою:

,	(4.53)
.	(4.54)

Місцеві напруження визначаються під допоміжною балкою за формулою:

,

(4.55)

де  зосереджена сила, прикладена до балки, у розглянутому випадку вона дорівнює сумі опорних реакцій двох допоміжних балок, опорна реакція допоміжної балки визначається за формулою (4.4), в яку підставляють проліт другорядної балки, навантаженнядля другорядної балки, яке можна визначити за формулою (3.4);

умовна довжина розподілу навантаження, для випадку обпирання двотаврової балки дорівнює:

,

(4.56)

де  ширина пояса допоміжної балки;

товщина пояса головної балки.

Зусилля йу випадку перевірки стійкості в конкретних точках визначаються для цих точок. Якщо стійкість перевіряється у відсіку, тоіприймаються, рівними середньому значеннюіпо границях відсіку, якщо ширина відсіку не більше його розрахункової висоти; якщо довжина відсіку більше, тоітреба обчислювати для більш напруженої ділянки з довжиною, рівною висоті відсіку (рис.4.5).

В місці зміни перерізу балки діють тільки нормальні і дотичні напруження, а місцеві напруження відсутні, = 0, тому що допоміжні балки в цьому місці не спирають. При призначенні місця зміни ширини поясу (формула 4.21 підрозділу 4.5) треба слідкувати за тим, щоб воно не співпало з місцем спирання другорядної балки на головну. Ці дві точки мають бути розсунуті на 150  250 мм.

1  поперечні ребра, 2  стінка балки.

Рисунок 4.5  До розрахунку місцевої стійкості стінки

Перевірка місцевої стійкості в місці зміни перерізу балки виконується за формулою:

,

(4.57)

де  критичні нормальні напруження:

,

(4.58)

критичні дотичні напруження:

.

(4.59)

У формулі (4.58) коефіцієнт визначається за табл. 21 [1] у залежності від коефіцієнта защемлення стінки, який визначається за формулою:

,

(4.60)

де коефіцієнт визначається за табл.22 [1] у залежності від призначення балок і умовної роботи стиснутого пояса;

розрахункова ширина вільного звісу пояса, визначається за формулою (4.51), причому ширина поясу в місці зміну ширини поясу береться рівною ;

 відношення більшої сторони відсіку до меншої, тобто завжди ;

умовна гнучкість стінки в межах відсіку, у даній формулі:

,

(4.61)

де менша зі сторін відсіку (висотачи ширина).

При наявності місцевих напружень, тобто при перевірці місцевої стійкості під місцем обпирання допоміжних балок, ця перевірка виконується за формулою:

,

(4.62)

де критичні дотичні напруження визначаються за формулою (4.60).

Методика визначенняізалежить від співвідношення розмірів відсіку й у залежності від відношення:

а) при визначається за формулою (4.58), аза формулою:

,

(4.63)

де  коефіцієнт, прийнятий за табл. 23 [1] у залежності від і гнучкості стінки в межах відсіку:

;

(4.64)

б) при і відношеннібільше значень, зазначених у табл.24 [1] критичні напруження визначаються за формулами:

,

(4.65)

за формулою (4.62), у якій при треба приймати;

 коефіцієнт за табл.25 [1] у залежності від відношення ;

в) при і відношенніне більше величин, зазначених у табл.24 [1], критичні напруження визначаються: за формулою (4.58),  за формулою (4.63), але з підстановкою замістьпри обчисленні.

В усіх випадках перевірки коефіцієнт умови роботи приймається за табл.6* [1].

Одержавши результати перевірки місцевої стійкості стінки і поясів, студент повинен їх проаналізувати і зробити відповідні висновки, а в необхідних випадках внести потрібні зміни в конструкцію балки.

Приклад 8.Зробити перевірку місцевої стійкості поясних листів і стінки звареної складеної балки з попередніх прикладів.

1. Перевірка стійкості поясних листів:

см

.

Стійкість поясних листів забезпечена.

2. Перевірка стійкості стінки в місці зміни перерізу балки (точка 1, рис.4.6). У цьому місці діє згинальний момент кНм і поперечна силакН. Момент опорусм³; мм.

Рисунок 4.6 Визначення місця розташування точок

для перевірки місцевої стійкості

За формулами (4.52) і (4.53) визначаємо компоненти напруженого стану:

МПа

МПа.

Місцеві напруження в цьому перерізі відсутні.

За формулою (4.60) визначаємо:

. За табл. 21 [1] .

Умовна гнучкість стінки дорівнює:

.

За формулою (4.58):

МПа.

Оскільки ребра жорсткості встановлені на відстані більше розрахункової висоти стінки , тоі:

МПа.

За формулою (4.59) МПа. За формулою (4.57) перевіряємо стійкість стінки:

.

Стійкість стінки в цьому перерізі забезпечена.