Сварные конструкции. Расчет и проектирование

РАСПРЕДЕЛЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЙ 8 СОЕДИНЕНИЯХ С ФЛАНГОВЫМИ ШВАМИ

В соединениях с фланговыми швами имеет место кон­центрация напряжений в швах и в основном металле полос между швами.

Рассмотрим соединение двух паюс, соединенных швами с катетом К длиной I (рис. 4.6). Ввиду незначительной ширины полос условно примем распределение напряже­ний а в полосах равномерным по их ширине.

Основные элементы под действием растягивающих уси­лий удлиняются н перемещаются, во фланговых швах образуются сдвиговые деформации. Прямоугадьный эле­мент dx шва 1—1—2—2 обращается в /'—Iя—2'—2* (рис. 4.6, о). Наибольшие деформации наблюдаются в крайних точках шва, наименьшие — в средних. Поэтому касательные напряжения распределяются по длине шва неравномерно.

В соединениях, у которых площади поперечных сече­ний соединяемых деталей равны (Лт=Л,=Л) (рис. 4.6, б),

напряжение в точке шва определяется уравнением _ аР |ch ax+cli a (f—*)]

Х* 4 0Л' sh al •

где

а = УЩЁА (4.5)

G — модуль сдвига; Е — модуль упругости; I — длина шва.

Рис. 4.6. Распределение усилий в соединении с длинными фланго­выми швами, прикрепляющими узкую полосу:

а — общий вид соединения: б — распределение т по длине шва при А,—Ав ~ распределение по длине швв при А,<А,

Наибольшие значения т* принимает в точках х=0 и х=/:

оР (l + ch al) ^ аР clhal

тп. ах - 4|)д' sh а/ ^ 40/С •

Для равнопрочных соединений (21т]р/С/=[о]рЛ) при условии, что (т']=0,6[а]р и 0=0,7, а также учитывая, что ct/ja0/=l, теоретический коэффициент концентрации на­пряжений в стальном фланговом шве (£=2-10* МПа, G=8-10* МПа)

Если Лі<і4,, то наибольшее значение тх будет со сто­роны элемента с меньшим поперечным сечением. При ус­ловии, что все деформации упругие, эпюра распределения т* имеет вид, показанный на рис. 4.6, в.

Рассмотрим распределение нормальных напряжений между фланговыми швами в соединениях с накладками

(рис. 4.7). Допустим, что фланговые швы имеют неболь­шую длину и примем приближенно, что напряжения т вдоль их длины одинаковы. Ширину же листов 2а будем считать значительной и определять концентрацию напря­жений в металле листов, вызванную фланговыми швами. Силовой поток в растянутом листе сгущается в зоне флан­говых швов, а средняя часть напряжена мало. Поэтому в рассматриваемом соединении одновременно распределя­ются нормальные напряжения. Они максимальны на краях накладки и минимальны в середине. Напряжение о, вдоль оси х на расстоянии у от оси накладки составляет

ах — 2,3т„ ch vy/sh га, (4.8)

где а — половина ширины накладки; I — половина длины накладки; у=2/3/, тв — среднее касательное напряжение

OcpflS

во фланговых швах; т. = ■; s — толщина накладки;

сср — среднее напряжение в соединяемых элементах; / — длина шва.

Максимальное напряжение

<W-2.3T. ctA2.3f. (4.9)

Эпюра о,.,,, имеет вид, изображенный на рис. 4.7, и выражается законом гиперболического косинуса, т. е. цеп­ной линией.

При A'—s теоретический коэффициент концентрации напряжений для этого соединения

3,3а ct h 2,3 у - /Ст - 7 (4.10)

При различных отношениях а/1 коэффициент концент­рации принимает следующие значения:

all.................................. 0,1 0,5 1.0 2,0

Kj................................... 1,45 2,01 3,37 6,61

Приведенные данные показывают, что при значитель­ном увеличении ширины листа по сравнению с длиной фланговых швов коэффициент концентрации нормальных напряжений в листе возрастает. В соединениях с флан­говыми швами всегда возникает концентрация напряже­ний. В соединениях с длинными фланговыми швами при небольшом расстоянии между ними концентрация обра­зуется главным образом в концах фланговых швов (кон­центрация касательных напряжений тх). В соединениях с короткими фланговыми швами при относительно большом расстоянии между ними концентрация возникает преиму­щественно в основном металле на участке между швами (концентрация нормальных напряжений о*). В соедине­ниях, применяемых в сварных конструкциях, образуются обе разновидности концентраций в более или менее резко выраженной форме.