3. Розрахунок кутових зварних з’єднань
Основні передумови для розрахунку швів
1) Поперечний переріз шва приймається у вигляді умовного рівнобедреного прямокутного трикутника, вписаного у зварний шов з висотою катетів Кf, що дорівнюють висоті шва (рис. 3).
2) Залежно від конкретних умов роботи шви можуть руйнуватися в двох перерізах: по металу шва (1-1) та по металу границі сплавлення (2-2) (див. рис. 3).
Рис. 3. Схема зварного з’єднання з кутовими швами
3) Розміри поперечних перерізів швів визначаються за двома даними: lw і fKf (для перерізу по металу шва) або lw і zKf (для перерізу по металу границі сплавлення), де lw – розрахункова довжина шва, f і z – коефіцієнти переходу від катета шва Kf до ширини відповідної площини руйнування (визначаються за табл. 4 залежно від виду зварювання, положення шва у просторі та катету шва). Площа поперечного перерізу шва Аwf = lwfKf i Awz = lwzKf.
4) Кутові шви працюють в умовах складного напружено-деформованого стану, оскільки крім розтягуючих зусиль і сил зсуву (зрізу), виникає ще і згинаючий момент. Але найслабшим місцем роботи кутового шва є його робота на зсув (зріз). Тому кутові шви та з’єднання завжди руйнуються від зсуву. Це дає можливість призначати без огляду на діючі силові фактори (M, Q, N та їх комбінації) єдиний розрахунковий опір: Rwf – для перерізу по металу шва і Rwz – для перерізу по металу границі сплавлення:
; (5)
і
,
(6)
де Rwun - нормативний опір металу шва за тимчасовим опором (табл. 5); wm - коефіцієнт надійності за матеріалом шва: wm = 1,25, якщо Rwun 490 МПа і wm = 1,35, якщо Rwun 590 МПа; Run - тимчасовий опір сталі розриву (табл. 2 дод. 1).
Коефіцієнти f і z Таблиця 4
|
Вид зварювання, якщо діаметр зварювального |
Положення шва |
Коефіцієнт |
Значення коефіцієнтів f і z за катетів швів, мм | |||
|
дроту d, мм |
|
|
3-8 |
9-12 |
14-16 |
18 і > |
|
Автоматичне, |
В човник |
f |
1,1 |
0,7 | ||
|
якщо d = 3...5 |
|
z |
1,15 |
1,0 | ||
|
|
Нижнє |
f |
1,1 |
0,9 |
0,7 | |
|
|
|
z |
1,15 |
1,05 |
1,0 | |
|
Автоматичне |
В човник |
f |
0,9 |
0,8 |
0,7 | |
|
та напівавто- |
|
z |
1,05 |
1,0 | ||
|
матичне, якщо d = 1,4...2 |
Нижнє, горизон- тальне, |
f |
0,9 |
0,8 |
0,7 | |
|
|
вертика- льне |
z |
1,05 |
1,0 | ||
|
Ручне, напів- автоматичне дротом суцільного перерізу, |
В човник, нижнє, горизон- тальне, |
f |
0,7 | |||
|
якщо d < 1,4 або порошковим дротом |
вертика- льне, стельове |
z |
1,0 | |||
5) Несуча здатність з’єднання на кутових швах втрачається за одночасного руйнування всіх швів, що складають з’єднання. Таким чином, несуча здатність з’єднання дорівнює сумі несучих здатностей всіх швів у цьому з’єднанні:
а)
по металу шва 
; (7)
б) по металу границі сплавлення N zKflwRwzwzc , (8)
де wf і wz - коефіцієнти умов роботи швів (табл. 6).
Нормативні та розрахункові опори металу швів Таблиця 5
зварних з’єднань з кутовими швами
|
Зварювальні матеріали |
Rwun, |
Rwf, | |
|
тип електроду |
марка дроту |
МПа (кгс/см2) |
МПа (кгс/см2) |
|
Э42, Э42А |
Св-08, Св-08А |
410 (4200) |
180 (1850) |
|
Э46, Э46А |
Св-08ГА |
450 (4600) |
200 (2050) |
|
Э50, Э50А
|
Св-10ГА, Св-08Г2С, Св-08Г2СЦ, ПП-АН8, ПП-АН3 |
490 (5000) |
215 (2200) |
|
Э60 |
Св-08Г2С*, Св-08Г2СЦ*, Св-10НМА, Св-10Г2 |
590 (6000) |
240 (2450) |
|
Э70 |
Св-10ХГ2СМА, Св-08ХН2ГМЮ |
685 (7000) |
280 (2850) |
|
Э85 |
|
835 (8500) |
340 (3450) |
|
* Тільки для швів з катетом Кf 8 мм в конструкціях із сталі з межею текучості 440 МПа (4500 кгс/см2). | |||
Коефіцієнти wf і wz Таблиця 6
|
Коефіцієнт |
Кліматичний район | |
|
|
І1 ,І2 ,ІІ2 ,ІІ3 (-40 > t -65) |
решта (t -40) |
|
wf |
0,85 для металу шва з Rwun = 410 МПа (4200 кгс/см2) |
1 |
|
wz |
0,85 для всіх сталей |
1 |
6) Для кутових швів, розміри яких встановлені відповідно до розрахунку, в елементах із сталі з межею текучості до 285 МПа слід застосовувати електроди або зварювальний дріт згідно з табл. 5, для яких Rwf повинен бути більшим за Rwz, а у випадку ручного зварювання - не менше ніж в 1,1 рази перевищувати Rwz, але не перевищувати значень Rwzz/f ; в елементах із сталі з межею текучості більшою за 285 МПа допускається застосовувати електроди або зварювальний дріт, для яких виконується умова
Rwz < Rwf Rwzz/f. (9)
Під час вибору електродів або зварювального дроту слід враховувати групи конструкцій і кліматичні райони згідно з табл. 1.
7) В крокв’яних фермах стержні решітки із парних кутиків прикріплюють до фасонок фланговими кутовими швами (рис. 4). При цьому зусилля між швами біля пера та біля обушка кутика розподіляються пропорційно їх відстаням до осі стержня.
Рис. 4. Прикріплення стержнів ферм
із парних кутиків до фасонок
а) прикріплення рівнополицевих кутиків (шви біля обушка сприймають зусилля 0,7N,а біля пера - 0,3N, де N - зусилля в стержні);
б) прикріплення нерівнополицевих кутиків вужчою полицею (відповідно 0,75N і 0,25N);
в) прикріплення нерівнополицевих кутиків ширшою полицею (відповідно 0,65N і 0,35N)
Максимальний катет шва біля обушка складає Кfo = 1,2tmin, де tmin - товщина тоншого з елементів (полиці кутика або фасонки); максимальний катет шва біля пера Кfn = tfL - 1 мм, якщо tfL 6 мм; Кfn = tfL - 2 мм, якщо tfL =7...16 мм; Кfn = tfL- 4 мм, якщо tfL>16 мм, де tfL- товщина полиці кутика.
Розрахунок зварних з’єднань у випадку прикладання різних за характером зусиль виконується за формулами, наведеними в табл. 7.
Формули для розрахунку зварних з’єднань Таблиця 7
з кутовими швами
|
№ з/п |
Напруже- ний стан |
Схема прикладання зусилля |
Формули для розрахунку |
|
1 |
2 |
3 |
4 |
|
|
|
|
|
|
1 |
2 |
3 |
4 |
|
1 |
Розтяг (стиск) |
|
|
|
2 |
Згин |
|
(Wwf і Wwz - це сумарні моменти опору всіх швів, що складають з’єднання) |
|
3 |
Зріз (зсув) |
|
|
|
4 |
Зріз + + згин |
|
|
|
5 |
Розтяг (стиск) + + зріз + + згин |
|
За одночасної дії M, Q і N знаходять геометричну суму дотичних напружень
|
|
|
|
|
|
|
1 |
2 |
3 |
4 |
|
|
|
|
оскільки напрямки wfN (wzN) і wfM (wzM) паралельні, а напрямок wfQ(wzQ) перпендикулярний до них |
|
Примітка. lw - сумарна розрахункова довжина зварних швів | |||
