Металеві конструкції

СТИКОВІ З’ЄДНАННЯ. ОСНОВИ РОЗРАХУНКУ І КОНСТРУЮВАННЯ

Стикові шви у з'єднанні можуть бути розмі­щені перпендикулярно (рис. 4.6, а) або під кутом

Рис. 4.6. Розрахунок стикових швів на дію осьової сили: а — без вивідних планок; б — фактична епюра нормальних напружень; в, д — розрахункові епюри; г — з вивідними планками; є — переріз стикового шва; і — вивідні планки.

(рис. 4.7) до лінії дії сили. Такі з'єднання найра- ціональніші, оскільки мають найменші матеріа­ломісткість і концентрації напружень.

Найчастіше стикові шви застосовують при з'єднанні листового металу, хоча допускається їх використання і при з'єднанні профілів. Але при цьому важко забезпечити повне проварювання у місцях перетину окремих частин перерізу (напри­клад, стінок і поличок у двотаврах чи швелерах).

Якісно виконане стикове з'єднання має не­значні концентрації напружень через наявність непровару і кратеру на кінцях шва (рис. 4.6, б), а також зміну товщини у місці наплавлення шва. Непровар і кратер ліквідують виведенням кінців шва на тимчасові технологічні планки (рис. 4.6, г), які після закінчення зварювання зрубують. Кон­центратори, зумовлені зміною товщини, зникають, якщо механічно (струганням, фрезеруванням, шліфуванням) зняти метал шва, який виступає за межі товщини з'єднуваних елементів.

Стикове з'єднання може працювати на дію осьових сил (стиск та розтяг), згин, кручення, зріз та різні поєднання цих зусиль. Завдання розра­хунку — забезпечити необхідну міцність шва. При цьому використовують основні формули, наведені в главі 3.

При дії осьових зусиль напруження у шві перевіряють за формулою

< R, У

Ivy і С у де Д„ = lwtmin — площа перерізу шва; Rwy — розрахунковий опір металу стикового шва за межею текучості; lw = І - 2tmin — розрахункова довжина шва (рис. 4.6, в); ішіп — найменша тов­щина з'єднуваних елементів (рис. 4.0, є).

Наявність тимчасових вивідних планок' дає змогу приймати ї,„ = І (рис. 4.6, г, ()).

Підставивши

N

< R •у

— І Г -

Розрахунковий опір металу шва приймають згідно з рекомендаціями норм: Rwy = Ry для стис­ку, а при наявності фізичних методів контролю якості також і для розтягу чи згину; Rwy = = 0,85Ку — для розтягу і згину за відсутності фізичних методів контролю якості шва. При цьому обов'язковими є правильний добір мате­ріалів для зварювання згідно з табл. 4 додатка 6 або вказівками норм та повний провар товщини з'єднуваних елементів.

Якщо конструкцію розраховують з допущен­ням пластичних деформацій згідно з розрахун­ковим опором за межею міцності Ru, то і з'єднання проектують з підстановкою у формулу (4.2) за­мість Rury розрахункового опору металу шва за межею міцності Rwu та коефіцієнта надійності уи: N

(4.3)

< R —

-mm Уи

Коли ж напруження у шві перевищують ха­рактеристики міцності металу шва, стиковий шов виконують навскіс, збільшуючи тим самим його довжину (рис. 4.7). Найчастіше кут закладення шва приймають 1: 2. Таке з'єднання при правиль­ному доборі матеріалів для зварювання і повному проварові товщини є рівноцінним основному ме­талу і не потребує розрахунку. Не розраховують також з'єднання з нормальними стиковими швами при виведенні швів на тимчасові технологічні планки, фізичних методах контролю якості шва та дотриманні інших конструктивних вимог норм (рис. 4.6, г). У цьому випадку і площа, і розра­хунковий опір металу шва відповідають основ­ному металу. Тобто з'єднання є рівноміцним.

При дії на шов згинального моменту (рис. 4.8) перевірці підлягає рівень найбільших нормальних напружень:

Q

Ч

- "Sr

(4.4) t ■ І2

6

(4.5)

T - 12 Lmin п.1

У випадку роботи шва на зріз (рис. 4.9) роз­рахунок виконують за середніми значеннями до­тичних напружень:

= J2_ =____ Q__

Д і • t

' L ll> Lw [ ІІ Г1

Де R)(,s = 0,58Кш!/ — розрахунковий опір металу шва на зріз.

У з'єднаннях реальних конструкцій зазначені зусилля найчастіше діють у поєднанні. Розгля­немо випадок одночасної дії нормальної сили і згинального моменту. Від обох зусиль у перерізі шва виникають нормальні напруження однакового чи протилежного напрямку. Вислідне напруження аш є алгебраїчною сумою напружень cWiN та cwM, зумовлених нормальною силою N та згинальним моментом М.

JY 6М <Г 7?

Ан: - а»>.Л' + UW, M "І. f +7 2 . f "У ' Yc '

Чи іпіп ho Чпіп

(4.7)

Коли ж у з'єднанні одночасно діють нормальні та дотичні напруження, то перевірку виконують за зведеними напруженнями:

Red = + пшм)Г+ S 1,15 RwyY<., (4.8)

Де величини стшЛГ, ст! сМ, Тш визначають, як це за­значено вище; 1,15 — коефіцієнт, що враховує зміну міцності матеріалу при складному напру­женому стані.

Основні конструктивні вимоги при проекту­ванні стикових з'єднань:

Правильний добір матеріалів для зварювання; повний провар товщини з'єднуваних елементів (при цьому доцільним є зварювання з обох боків, що забезпечує симетрію шва). В умовах монтажу допускається однобічне зварювання з підварю­ванням кореня шва та зварювання на металевій підкладці, що залишається;

Забезпечення вільного доступу до зварного з'єднання з урахуванням обраного способу та тех­нології зварювання;

Використання високопродуктивних макси­мально автоматизованих способів зварювання;