МетодичнівказівкиБ_КГайчукІ_В / МВ 051-3 / МВ-051-3
.3.DOC
5. Приклади розрахунку зварних з’єднань
Приклад 1
Визначити несучу здатність зварного стикового з’єднання за дії поздовжньої розтягуючої сили N. З’єднання виконане із двох листів: перший - ширина b1 = 300 мм, товщина t1 = 12 мм, сталь марки ВСт3сп5-1; другий - ширина b2 = 220 мм, товщина t2 = 16 мм, сталь марки ВСт3пс5-2. Кут нахилу шва до поздовжньої осі елемента . Шов виконаний з виносом на технологічну планку, контроль якості шва - візуальний.
Розв’язок задачі
Рис. 1. Схема зварного стикового з’єднання
-
Оскільки шов виконаний під кутом , то розрахунок зображеного на рис. 1 стикового з’єднання є обов’язковим і виконується за формулами:
; .
Знаходимо значення поздовжньої розтягуючої сили N із кожного виразу:
; .
Несуча здатність з’єднання приймається за меншим із двох значень N1 і N2.
-
Визначаємо основні характеристики та параметри зварного стикового з’єднання:
а) Розрахункові опори стикового з’єднання і визначаються згідно з табл. 2 залежно від виду напруженого стану та способу контролю якості шва: і .
Оскільки для листів, що складають з’єднання, використані різні марки сталей, то як Ry i Rs необхідно прийняти розрахункові опори менш міцної сталі. Сталь марки ВСт3сп5-1 згідно з табл. 1 дод. 1 відповідає класу сталі С255, а сталь марки ВСт3пс5-2 - класу сталі С285. Отже, для діапазону товщин, в якому знаходяться значення t1 = 12 мм і t2 = 16 мм, Ry = 240 МПа, а МПа, де т = 1,025. Враховуючи наявність візуального контролю якості шва, згідно з табл. 2 МПа і МПа.
б) Коефіцієнт умов роботи с визначається за табл. 5 дод. 1. Оскільки конкретні умови роботи та конструкція не обумовлені, то приймаємо с = 1.
в) Розрахункове значення товщини t визначається за меншою із двох товщин t1 = 12 мм і t2 = 16 мм; t = tmin = t1 = 12 мм = 1,2 см.
г) Розрахункова довжина зварного стикового шва, виконаного з виносом на технологічну планку, приймається рівною довжині лінії контакту листів, що складають з’єднання, тобто мм = 22,77 см.
-
Визначаємо величину поздовжньої розтягуючої сили:
кН;
кН.
Отже, несуча здатність з’єднання кН.
-
За дії сили кН перевіряємо міцність листів, що складають з’єднання, і міцність самого шва:
а) міцність першого листа
кН/см2 = 160,3 МПа 240 МПа;
б) міцність другого листа
кН/см2 = 163,9 МПа МПа;
в) міцність шва:
кН/см2=204 МПа = МПа;
кН/см2 =54,6 МПа МПа.
Всі умови виконуються.
Приклад 2
Визначити несучу здатність зварного кутового з’єднання, зображеного на рисунку, за дії згинаючого моменту М. Розміри листів: першого - ширина b1 = 320 мм, товщина t1 = 18 мм; другого - ширина b2 = 260 мм, товщина t2 = =22 мм. Матеріал листів: першого - сталь марки ВСт3сп5-2,
другого - сталь марки 18Гсп. Зварювання напівавтоматичне дротом Св-08ГА.
Розв’язок задачі
-
Розрахунок зварного кутового з’єднання, зображеного на рис. 1, за дії згинаючого моменту М виконуємо за формулами табл.7
;
.
Визначаємо значення згинаючого моменту М із кожного виразу:
Рис. 1.
Схема зварного
кутового
з’єднання
.
Несуча здатність з’єднання визначається за меншим з двох значень згинаючих моментів.
-
Визначаємо основні характеристики та параметри зварного кутового з’єднання:
а) Розрахунковий опір металу шва зварного з’єднання з кутовими швами визначається за табл. 5 залежно від марки зварювального дроту або типу електроду. Для обумовленої завданням марки дроту Св-08ГА = 200 МПа.
Значення розрахункового опору в перерізі по металу границі сплавлення МПа, де Run = 370 МПа - тимчасовий опір сталі розриву менш міцного матеріалу (для сталі марки ВСт3сп5-2, тобто класу сталі С285, товщиною прокату t1 = 18 мм Run = 380 МПа, а для сталі марки 18Гсп, тобто класу сталі С255, товщиною прокату t2 = 22 мм Run = 370 МПа).
Зварювальний дріт марки Св-08ГА повністю відповідає застосованим класам сталі згідно з табл. 1.
б) Приймаємо значення коефіцієнтів згідно з табл. 6 для кліматичних районів з розрахунковою температурою .
в) Коефіцієнт умов роботи с визначається за табл. 5 дод. 1. Оскільки конкретні умови роботи та конструкція не обумовлені, то приймаємо с = 1.
г) Моменти опору Wwf i Wwz - це сумарні моменти опору всіх швів, що складають з’єднання:
см3;
см3,
де 2 - кількість вертикальних кутових швів (див. рис. 1);
см, приймаємо kf = 2,1 см, тут мм = 1,8 см - менша із двох товщин елементів, що з’єднуються;
і - коефіцієнти переходу від катета шва kf до ширини відповідної площини руйнування (для напівавтоматичного зварювання дротом d = 1,4...2 мм за нижнього положення шва і якщо значення kf = 2,1 см = 21 мм) згідно з табл. 4;
см = 26 - 1 = 25 см - розрахункова довжина одного кутового шва, тут b2 = 260 мм = 26 см - ширина вужчого елемента; см - сумарна довжина шва, на якій його якість за рахунок непровару і кратеру не гарантована (по 0,5 см з кожного боку шва).
-
Визначаємо величину згинаючого моменту:
кНсм = 61,25 кН·м;
кНсм 72,84 кН·м.
Отже, дане з’єднання здатне сприйняти згинаючий момент величиною кН·м.
-
За дії згинаючого моменту кН·м перевіряємо міцність листів, що складають з’єднання, і міцність самих швів:
а) міцність першого листа
кН/см2 = 199,4 МПа 260 МПа,
де см3; МПа - для сталі марки ВСт3сп5-2 (класу сталі С285) товщиною прокату t1 = 18 мм;
б) міцність другого листа
МПа МПа,
де см3; МПа - для сталі марки 18Гсп (класу сталі С255) товщиною прокату t2 = 22 мм;
в) міцність шва:
кН/см2= 200 МПа = МПа;
кН/см2=140 МПа МПа.
-
Оскільки міцність другого листа не забезпечена (див. п. 4, б), то максимальний згинаючий момент, який може сприйняти даний зварний елемент
кН·см 57 кН·м.
Остаточно несуча здатність М = 57 кН·м.
Приклад 3
Розрахувати та законструювати прикріплення фланговими кутовими швами розкосу ферми таврового поперечного перерізу із двох нерівнополицевих кутиків 110708 до вузлової фасонки товщиною tф = 14 мм. Розрахунок зварних швів, розміщених вздовж коротких полиць кутиків, виконати з умови їх рівноміцності з розкосом ферми. Матеріал кутиків - сталь марки 09Г2, фасонки - сталь марки 15ХСНД. Зварювання автоматичне дротом Св-10НМА .
Розв’язок задачі
Рис. 1. Схема прикріплення розкосу ферми до фасонки
-
Розрахунок прикріплення розкосу ферми до фасонки виконується за дії центрально прикладеної сили N (рис. 1) за формулами:
; ,
де N визначається із умови рівноміцності з розкосом ферми, тобто кН,
тут см2; МПа - згідно з табл. 2 дод. 1 для фасонного прокату товщиною мм із сталі класу С345 (марки сталі 09Г2); згідно з табл. 5 дод. 1.
2) Визначаємо міцність кутових швів, що виконуються зварювальним дротом марки Св-10НМА, який повністю відповідає застосованим для елементів сталям згідно з табл. 1 (сталь марки 09Г2 - сталь класу С345, сталь марки 15ХСНД - сталь класу С375).
Згідно з табл. 5 = 240 МПа.
МПа, де Run = 490 МПа - менше із двох значень: Run = 490 МПа - для фасонного прокату товщиною мм із сталі класу С345; Run = 490 МПа - для листового прокату товщиною t = 14 мм із сталі класу С375.
Приймаємо (згідно з табл. 6) і (згідно з табл. 5 дод. 1).
-
Виконуємо розрахунок швів, що прикріплюють кутики до фасонки біля обушка:
а) катет шва мм, де tmin - товщина тоншого з елементів (полиці кутика або фасонки), мм; приймаємо мм;
б) приймаємо діаметр дроту для автоматичного зварювання d = = 3...5 мм і для нижнього положення шва за значення мм згідно з табл. 4 і ;
в) оскільки кутики прикріплені до фасонки короткою (вужчою) полицею, то шви біля обушка сприймають зусилля кН;
г) визначаємо розрахункову довжину шва:
см;
см,
де 2 - кількість швів, що прикріплюють розкіс ферми з двох кутиків до фасонки (див. рис. 1);
приймаємо за більшим із двох значень см, тоді см = 17,97 + 1 = 18,97 см; приймаємо см;
д) перевіряємо отриману довжину шва на відповідність умові (або ),
де см або мм = 5 см;
см;
таким чином, см см см.
4) Виконуємо розрахунок швів, що прикріплюють кутики до фасонки біля пера:
а) катет шва мм = 8 - 2 = 6 мм;
б) згідно з табл. 4 і ;
в) шви біля пера сприймають зусилля кН;
г) визначаємо розрахункову довжину шва:
см;
см;
приймаємо за більшим із двох значень см, тоді см = 7,65 + 1 = 8,65 см; приймаємо см;
д) перевіряємо отриману довжину шва на відповідність умові (або ):
см або мм = 5 см;
см;
таким чином, см см см.
-
Виконуємо конструювання прикріплення розкосу ферми до фасонки (рис.2).
Рис. 2. Вузол прикріплення розкосу ферми до фасонки
Приклад 4
Розрахувати та законструювати прикріплення фланговими кутовими швами розкосу ферми таврового поперечного перерізу із двох рівнополицевих кутиків 16011 до вузлової фасонки товщиною tф = 12 мм. Довжини швів біля пера та обушка прийняти однаковими. Розрахунок зварних швів виконати з умови їх рівноміцності з розкосом ферми. Матеріал кутиків - сталь марки ВСт3пс6-2, фасонки - сталь марки ВСт3Гпс5-2. Зварювання ручне.
Розв’язок задачі
Рис. 1. Схема прикріплення розкосу ферми до фасонки
-
Розрахунок прикріплення розкосу ферми до фасонки виконується за дії центрально прикладеної сили N (рис. 1) за формулами:
; ,
де N визначається з умови рівноміцності швів з розкосом ферми, тобто кН,
тут см2; МПа - згідно з табл. 2 дод. 1 для фасонного прокату товщиною мм із сталі класу С275 (марки сталі ВСт3пс6-2); згідно з табл. 5 дод. 1.
2) Визначаємо міцність кутових швів, для виконання яких згідно з табл. 1 для ручного зварювання приймаємо електроди Э46 (матеріал кутиків - сталь марки ВСт3пс6-2 - сталь класу С275, матеріал
фасонки - сталь марки ВСт3Гпс5-2 - сталь класу С285).
Згідно з табл. 5 = 200 МПа.
МПа, де Run = 380 МПа - менше із двох значень: Run = 380 МПа - для фасонного прокату товщиною мм із сталі класу С275; Run = 380 МПа - для листового прокату товщиною t = 12 мм із сталі класу С285.
Приймаємо (згідно з табл. 6) і (згідно з табл. 5 дод. 1).
-
Оскільки завданням передбачено виконання швів біля пера та обушка однакової довжини, то розрахунок з'єднання починаємо з розрахунку швів біля обушка, на який припадає більша частина діючого в елементі зусилля:
а) катет шва мм, де мм; приймаємо мм;
б) згідно з табл. 4 для ручного зварювання і ;
в) шви біля обушка сприймають зусилля кН;
г) визначаємо розрахункову довжину шва:
см;
см,
де 2 - кількість швів, що прикріплюють розкіс ферми з двох кутиків до фасонки (див. рис. 1);
приймаємо за більшим із двох значень см, тоді см = 35,72 + 1 = 36,72 см; приймаємо см;
д) перевіряємо отриману довжину шва на відповідність умові
(або ),
де см або мм = 5 см;
см;
таким чином, см см см.
4) Виконуємо розрахунок швів, що прикріплюють кутики до фасонки біля пера:
а) приймаємо см, а см =37 - 1= = 36 см;
б) згідно з табл. 4 значення і ;
в) шви біля пера сприймають зусилля кН;
г) визначаємо розрахунковий катет шва:
см;
см;
приймаємо за більшим з двох значень см = =5,53 мм; оскільки значення kf повинно бути цілим числом, то остаточно приймаємо мм;
д) перевіряємо прийнятий катет шва на відповідність умові ,
де мм - згідно з табл. 8 для з'єднання з двосторонніми кутовими швами за ручного зварювання та значення МПа (більшого для кутика ( МПа згідно з табл. 2 дод. 1 для фасонного прокату товщиною мм із сталі класу С275, яка відповідає марці сталі ВСт3пс6-2) чи фасонки ( МПа згідно з табл. 2 дод. 1 для листового прокату товщиною мм із сталі класу С285, яка відповідає марці сталі ВСт3Гпс5-2)) і за товщини товстішого з елементів, що зварюються, мм; мм = 11 - 2 = 9 мм;
таким чином, мммммм.
-
Виконуємо конструювання прикріплення розкосу ферми до фасонки
Рис. 2. Вузол прикріплення розкосу ферми до фасонки
Приклад 5
Розрахувати та законструювати прикріплення фланговими кутовими швами розкосу ферми таврового поперечного перерізу із двох нерівнополицевих кутиків 140908 до вузлової фасонки товщиною tф = 10 мм. Катети швів біля пера та обушка прийняти однаковими. Розрахунок зварних швів, розміщених вздовж довгих полиць кутиків, виконати з умови їх рівноміцності з розкосом ферми. Матеріал кутиків - сталь класу С345, фасонки - сталь класу С375. Зварювання ручне.
Розв’язок задачі
Рис. 1. Схема прикріплення розкосу ферми до фасонки
-
Розрахунок прикріплення розкосу ферми до фасонки виконується за дії центрально прикладеної сили N (рис. 1) за формулами
; ,
де N визначається із умови рівноміцності з розкосом ферми, тобто кН,