14.Расчет угловых сварных швов

Сварные соединения с угловыми швами при действии продольной и поперечной сил следует рассчитывать на срез (условный) по двум сечениям (рис)

Рис. Схема расчетных сечений сварного соединения с угловым швом

1- сечение по металлу шва; 2- сечение по металлу границы сплавления

по металлу шва (сечение 1)

по металлу границы сплавления (сечение 2)

,

где - расчетная длина шва, принимаемая меньше его полной длины на 10 мм;

и - коэфициенты, зависящие от вида сварки, диаметра сварочной про­волоки, высоты катета шва и предела текучести стали

и - коэффициенты условий работы шва

К_f – катет углового шва.

При действии изгибающего момента он уравновешивается касательными напряжениями.

Наибольшие касательные напряжения от действия момента

где Wwf— момент сопротивления сечения углового шва.

и условие прочности углового шва при действии изгибающего момента

15.Конструктивные требования к сварным швам

Чтобы уменьшить сварочные напряжения и деформации, следует стремиться к наименьшему объему сварки в конструкции, применяя швы наименьшей толщины, полученной по расчету или по конструктивным соображениям, необходимо избегать пересечений швов, близкого их расположения друг к другу, образования швами замкнутых контуров и швов, ориентированных поперек направления действующих в стержне растягивающих напряжений.

Сварные стыки балок, колонн и т. п. следует выполнять без накладок, встык, с двусторонней сваркой и полным проплавлением либо односторонней сваркой с подваркой корня шва или на подкладках, с выведением концов шва на технологические планки с последующей их обрезкой и зачисткой. Толщина стыковых швов принимается равной меньшей из толщин стыкуемых элементов. В зависимости от толщины свариваемых элементов катет угловых швов рекомендуется принимать не менее табличных размеров.

Применение более толстых швов (20—25 мм), получаемых путем многократного проваривания соединяемых элементов стыка, нежелательно.

Швы различной толщины сваривают током разной силы, поэтому для упрощения сварочных работ в одной отправочной марке желательно иметь не более двух-трех различных толщин швов.

Напуск листов в соединениях внахлестку для уменьшения влияния сварочных напряжений должен быть не менее пяти толщин наиболее тонкого из соединяемых элементов.

При соединении листов разной толщины или ширины рекомендуется делать односторонний или двусторонний скос кромок с уклоном не более 1 : 5.

Выбор сварочных материалов. Применяется таблица снипа, в которой сварочные материалы принимаются в зависимости от условий строительства и от марки стали свариваемых конструкций.

16.Область применения болтовых и заклепочных соединений Заклепочные соединения элементов стальных конструкций ввиду их значительной трудоемкости изготовления в настоящее время имеют ограниченное применение. Их используют в основном для соединений элементов конструкций с тяжелым режимом работы, при значительных диагональных динамических воздействиях. В СниП 11-2381* отсутствуют нормированные данные с применением заклепочных соединений в стальных конструкциях. Болты применяют, главным образом, для монтажных соединений конструкций. Болтовые и заклепочные соединения рекомендуется не применять в конструкциях из стали высокой прочности, так как эти соединения имеют меньшую чем основной металл прочность.

Типы болтов

В зависимости от прочности и предназначения существуют следующие виды болтов:

• мебельные

• лемешные

• дорожные

• высокопрочные

• машиностроительные

Типы болтов и их характеристики. Работа соединений на болтах. Расчёт болтов на срез, смятие и растяжение.

Для соединения металлических конструкций помимо сварки приме­няют болты и заклепки. Болтовые соединения конструкций появились раньше сварных. Простота соединения и надежность в работе способст­вовали их широкому распространению в строительстве при монтаже ме­таллических конструкций.

В строительных конструкциях применяют болты грубой, нормальной и повышенной точности, высокопрочные, самонарезающие и фундамент­ные (анкерные). Болт для соединения конструкций имеет головку, глад­кую часть стержня длиной на 2—3 мм меньше толщины соединяемого пакета и нарезную часть стержня, на которую надевается шайба и на­винчивается гайка (рис. 6.1,а).

Болты грубой (ГОСТ 15589—70 с изм.) и нормальной (ГОСТ 7798— 70 с изм.) точности различаются допусками на отклонения диаметра болта от номинала. Для болтов грубой и нормальной точности отклоне­ния диаметра могут достигать соответственно 1 мм и 0,52 мм (для бол­тов мм). Изготовляют болты из углеродистой стали горячей или холодной высадкой, иногда с последующей термообработкой. В зависи­мости от процесса изготовления различают несколько классов прочности болтов от—4,6 до 8,8 (табл. 6.1). Класс прочности болтов обозначен числами. Первое число, умноженное на 10, обозначает временное сопро­тивление ( , кгс/мм2), а произведение первого числа на второе — пре­дел текучести материала ( , кгс/мм2)'.

Болты повышенной точности (ГОСТ 7805—70 с изм.) изготовляют также из углеродистой стали, и они имеют те же классы прочности, что и болты нормальной точности.

17. Работа и расчёт болтовых соединений.

Работа на сдвиг является основным видом работы большинства соединений.

1. В соединениях на болтах нормальной и повышенной точности с неконтролируемой силой затяжки болтами соединяемых элементов силы стягивания и силы трения при сдвигах невелики и неопределенны.

Они не могут быть сильно увеличены из-за недостаточной прочности материала болта на скручивание и растяжение. Такие соединения работают так:

1 этап – силы трения между соединяемыми элементами не преодолены, болты не испытывают сдвигающих усилий и работают только на растяжение(работа соединений на высокопрочных болтах).

2 этап – силы трения преодолены, происходит сдвиг всего соединения на величину зазора между поверхностью отверстия и стержнем болта.

3 этап – передача сдвигающего усилия, давлением поверхности отверстия на стержень болта; стержень и края отверстия постепенно обминаются; болт изгибается, растягивается, т.к. его удерживает гайка и головка болта.

4 этап – наступает упругопластическая работа болта. Работа сильно осложнена неправильностью формы болта и стенки отверстия; поэтому расчет соединения носит условный характер. Различают также работу одноболтового и многоболтового соединения. В многоболтовом соединении эти же неправильности формы болта и отверстия, а также возможные зазоры между болтом и отверстием неизбежно приводят к неравномерной работе отдельных болтов соединения, что учитывают снижением расчетных сопротивлений материала болтов в многоболтовом соединении, а правильнее было бы учитывать соответствующим назначением коэффициента условий работы соединения.

Расчет ведут исходя из возможного вида разрушения соединения по срезу болта при толстых соединяемых листах или по смятию поверхности отверстия при тонких листах:

а) расчетное усилие, воспринимаемое одним болтом по срезу:

- расчётное сопротивление болтов срезу;

- коэф-т условий работы соединений(для болтов грубой и нормальной точности ; для болтов повышенной точности ); - площадь сечения болта по неразрезанной части; - число расчётных срезов одного болта;

б) расчёт болта на смятие стенки отверстия носит условный характер, так как в местах передачи усилия с болта на соединяемые листы

отмечается сложнонапряженное состояние.

На рисунке видно, что в точке а резко возрастают сминающие стенку отверстия напряжения и растягивающие напряжения .

Сминающие напряжения могут вызвать преждевременную текучесть

материала, а растягивающие напряжения -

разрыв (раскол) соединяемого элемента, тогда болт «прорежет» его. В то же время в точке б

болт практически не передает усилий на стенку отверстия, и в этом месте возрастание напряжений объясняется только обычной концентрацией напряжений по краям отверстия. Неравномерность работы материала вблизи отверстия увеличивается в соединениях группы С. Трудность учета действительного сложнонапряжённого состояния привела к тому, что в расчете принимается равномерное давление болта на стенку отверстия по всему диаметру болта. Это несоответствие расчета действительной работе учитывается условным характером расчетных сопротивлений. Расчетное усилие, которое может быть воспринято одним болтом по смятию стенки,

- расчетное сопротивление смятию

стенки отверстия; -наименьшая суммарная толщина элементов, сминаемых в одном направлении;

Необходимое число болтов в соединении определяют по формуле

- меньшее из значений расчётного усилия для одного болта; - коэф-т условий работы конструкции;

Работа и расчет соединений на растяжение

Если внешняя сила, действующая на соединение, направлена параллельно продольной оси болтов или заклепок соединения, то они будут работать на растяжение; такая работа соединения называется работой на растяжение или работой на отрыв головок. Поскольку растягивающее усилие направлено вдоль оси болта или заклепки, то при статической работе соединения качество отверстий и поверхности

болта не играет никакой роли и болты нормальной и повышенной точности работают на растяжение, одинаково (их расчетные

сопротивления равны). Отсюда вывод, что болты повышенной точности для работы на растяжение использовать нецелесообразно как более дорогие; редко используют для работы на растяжение и болты высокопрочные, так как повышенная прочность их материала не может быть полностью использована из-за недостаточной прочности материала соединяемых элементов под головкой болта.

Интересно отметить, что начальные натяжения болтов и заклепок не сказываются на их несущей способности на растяжение. Объясняется это тем, что начальные напряжения болтов и заклепок являются напряжениями внутренними, уравновешенными силами сжатия между соединяемыми элементами.

Прикладывая внешние силы

N к соединяемым элементам, будем постепенно заменять ими силы сжатия между элементами, не нарушая равновесия болт-элемент. При этом плотность соединения нарушена не будет. Только когда внешние силы N начнут превышать внутренние начальные усилия стягивания болта или заклепки, монолитность соединения нарушится и растягивающее усилие в болте начнет увеличиваться. Таким образом, прочность соединения определяется прочностью материала болтов на растяжение независимо от сил начального натяжения болта или заклепки. В соединениях, работающих на отрыв, усилия к болтам часто бывают приложены с эксцентриситетом, что заставляет принимать коэффициент условий работы соединения меньше единицы и снижать расчетные сопротивления.

Расчетное усилие по растяжению, которое может быть воспринято одним болтом или заклепкой, определяют по формуле

- расчётное сопротивление болтов растяжению; -площадь сечения болта нетто;

Необходимое число болтов в соединении, работающем на действие растягивающей силы N, приложенной к центру соединения, определяют по формуле

При одновременном действии сил, сдвигающих и растягивающих соединение, прочность его проверяют раздельно на сдвиг, а затем на растяжение.