СВАРНЫЕ КОНСТРУКЦИИ ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ

Прочность и устойчивость стоек с составными поперечными сечениями

Каждая из частей, образующих составное сечение стойки, на­зывается его ветвью. В стойках с составными поперечными сече­ниями ветви соединяют связями. Наиболее часто в качестве связи

применяют соединительные план­ки (рис. 19.5,а). В сжатых эле­ментах с составными поперечны­ми сечениями устойчивость отно­сительно материальной и свобод­ной осей проверяется различны­ми путями. Проверку устойчиво­сти элемента относительно мате­риальной оси (ось х для конст­рукции, изображенной на рис. 19.5,а) производят так же, как и для элементов со сплошными поперечными сечениями. При проверке устойчивости стойки относительно свободной оси (ось у на рис. 19.5,а) коэффициент ф находят не как функцию гибко­сти Ху, а как функцию приве­денной гибкости

Рис. 19.5. Связи в стойках:

а — соединительные планки; б — соедини­тельная решетка

Величину Ху вычисляют при допущении, что ось поперечного сече­ния материальна. Гибкость одной ветви на длине 1

Х=1)г. (19.15)

Планки рекомендуется расстанавливать таким образом, чтобы гиб­кость Xi^40. В качестве расчетного принимают наибольшее из значений Хх и Ло.

Если ветви поперечного сечения стойки соединены не планками, а решеткой (рис. 19.5,6), то приведенная гибкость относительно свободной оси при а^45°

K=Vi',+miFv (19.16)

где F — площадь поперечного сечения стержня; Fp — площадь се­чения раскосов соединительной решетки.

§ 4. Соединительные элементы

При загружении стойки силой, приложенной центрально, по­перечная сила Q=0. В действительности в стойке могут сущест­вовать незначительные искривления оси и незначительные эксцен­триситеты приложения си­лы. Эти обстоятельства вы­зывают появление попереч­ной силы. На основе много* численных экспериментов, проведенных в СССР, при загружении стойки силой, действующей вдоль оси, у с - ловную поперечную силу, выражаемую в нью­тонах, допускается опреде­лять по эмпирической фор­муле

С? усл = 200/7, (19.17) рис іде. Схема конструкции (а) и попе-

_ речные сечения (б — г) стоек, работающих

где F площадь поперечно - ПрИ поперечной силе Q

го сечения стойки, см2. Этой

формулой следует пользоваться при расчете стоек из низкоуглеро­дистой стали, а также из сплава АМгб. При расчете конструкций из стали повышенной прочности и сплава Д16Т целесообразнее пользоваться формулой

QycJI=400/r. (19.18)

В конструкции, изображенной на рис. 19.6,а, в стойке возникает реальная поперечная сила Q, равная горизонтальной реакции:

Q=Pe] I. (19.19)

Когда в стойках реальные поперечные силы больше, чем услов­ные, определенные по формулам (19.17), (19.18), то в качестве

расчетной принимают реальную поперечную силу Q.

В сжатых стойках, имеющих сплошные поперечные сечения,

соединительными элементами являются сварные швы. Их кон­струируют непрерывными (рис. 19.6,6). Расчетным усилием в со­единительных швах является поперечная сила: реальная, если она существует, и условная, определяемая по формуле (19.17) или (19.18). В последнем случае должно выполняться условие Q<C

Ц*усл-

Касательные напряжения в соединительных швах определяют по формуле

x=QS/(2/pK), (19.20)

где I — момент инерции всего сечения относительно оси у, S — статический момент площади пояса (рис. 19.6,6, в). Для конструк­ции, изображенной на рис. 19.6,г, срезывающие напряжения в про­дольном шве определяются по формуле

x = QS/(2Is), (19.20')

где S=Fc; F — площадь полукольца; с — расстояние от центра тяжести полукольца до центра трубы. В большинстве случаев на­пряжения в швах от поперечной силы оказываются незначительны­ми, Тем не менее размер катета шва следует принимать 4 мм, если наименьшая толщина соединяемых элементов больше 4 мм.

Пример расчета. Для стойки (см. рис. 19.3, вариант 2) определить напря­жения в соединительных швах /С=5 мм, площадь сечения /*’=84 см2, мате­риал— сталь 15ХСНД, сварка ручная, 0 = 0,7.

По формуле (19.18) определим QyCa=400-84=33 600 Н.

Момент инерции сечения

/=253-0,8/12+2(32-13/12+32-1 -13,022) =

= 11861 см4.

Определяем статический момент пояса относительно центральной оси:

S=32* 1 ■ 13=416 см3.

Напряжение в швах определим по фор­муле (19.20):

т=0,0336-416- 10-6/(Ю-8-11 861-2Х X0,7-0,5-10"2) = 16,8 МПа.

В стойках составного поперечного сечения планки между ветвями стой­ки целесообразнее вваривать стыковы­ми швами, так как при этом число швов, требуемых для прикрепления планок, меньше, чем при других спо­собах соединений (рис. 19.7,а). Одна­ко вследствие технологических труд­ностей чаще применяются соединения с угловыми швами (рис. 19.7,6). Ши­рина планки h определяется при рас­чете на прочность. Учитывая требова­ние жесткости, ширина планки К,^ ^,0,5Ь. Толщина планки должна быть подобрана таким образом, чтобы bo/s^SO, где Ьо — расстояние между ветвями в свету.

Ветви поперечного сечения сжатого элемента дополнительна соединяют между собой диафрагмами, расположенными перпенди­кулярно оси элемента (см. рис. 19.5,а). Назначение диафрагм — препятствовать скручиванию профиля, которое может произойти из-за взаимного смещения ветвей. Число диафрагм в элементе зависит от его длины, но не должно быть меньше двух. Диафраг­мы расчетом на прочность не проверяют, их геометрические разме­ры зависят от расстояния между ветвями и от поперечного сече­ния стойки. Толщина диафрагмы равна толщине соединительной

планки. Конструирование сжатых составных элементов только с одними диафрагмами, без соединительных планок или решетки,, неприемлемо, так как при этом обе ветви стойки работают раз­дельно, а не как одно целое. Расчет прочности планки производит­ся в основном на изгибающий момент

Af=Qii/4, (19.21)

где /і — расстояние между осями планок; Q — поперечная сила. Напряжение в планке, вызванное изгибающим моментом,

ст—М/ №<[ст]р, (19.22)

где W=sh2j6. Наименьшая требуемая ширина планки определяет­ся по формуле

к = УШЩ^У- (19-23>

Если соединение планок со стойкой стыковое, то напряжение в швах определяется из условия

o = 6M{(shs)<3%. (19.24)

Если планки приварены угловыми швами, то их условия проч­ности определяются формулой

м = - zhs$Kf6 + Ща (h + К). (19.25)

Обозначения величин приведены на рис. 19.7,6.

Пример расчета. Произвести расстановку соединительных планок в кон струкции стойки, приведенной «а рис. 19.7, и определить их прочность. Сечение состоит из двух швеллеров № 22а. Принимаем [сг] р= 210 МПа.

Наименьший момент инерции швеллера № 22а относительно собственной

вертикальной оси /і = 157,8 ом4, его площадь /*’=31,84 см2, радиус инерции

г,= /157,8/31,84= 2,2 см.

Примем гибкость ветви А,!=40. Расстояние между осями планок

/!=Л,1Г1 = 88 см.

Поперечная сила в стойке определяется по формуле (19.18):

Q= 400 -2-31,84=25 460 Н.

16-201 241

Изгибающий момент определяется по формуле (19.21):

М=0,02546-88-10-2/4=0,0056 МН/м.

Принимаем толщину планки s=0,8 см. Требуемая ширина вычисляется по формуле (19.23):

/і = У0,0056-6/(210-0,8-Ю-2) = 0,142 м.

Принимаем h=l5 см.

Размеры горизонтальных швов: а= 5 см; /(=0,8 ом. Напряжение в швах от изгиба при Р=0,7 определяется по формуле (19.25):

/ Г 0,7-0,8-152 I

х= 0,00560-106 / 0,7-0,8-5 (15 + 0,8) + — g =99,3 МПа,

что ниже допускаемого [т']=0,65 ■ [сг]р = 136,5 МПа.

§ 5. Стыки

Соединения стоек по длине можно производить несколькими способами. Стыковые соединения сваривают прямым швом (рис. 19.8,а б).

Рис. 19.8. Стыки стоек

Как правило, в таких соединениях напряжение о существенно меньше, чем допускаемое, так как по условию устойчивости <[ст]рф, поэтому прочность такого соединения обеспечена. Стыко­вые соединения, выполняемые прямым швом с накладкой (рис. 19.8,в), применяются для стоек, имеющих составные попе­речные сечения; при этом стыковые накладки служат одновремен­но соединительными планками. На рис. 19.8,г показаны соедине­ния с помощью прокладок. Так как часть сил передается по пло­скости соприкосновения двутавра с прокладкой, то допускаемые напряжения при расчете сварных швов могут быть повышены до

значения [<т]сж; прочность швов проверяется по

формуле

L~^>NI (р/С[а] сж) >

где L — длина периметра швов, приваривающих сечение стойки к прокладке.