ОСНОВЫ ТЕОРИИ ПРОЧНОСТИ СВАРНЫХ КОНСТРУКЦИЙ
СМЕЩЕНИЕ КРОМОК
Свариваемые кромки стыковых швов нельзя совместить в одной плоскости идеально. Обычно допускается смещение кромок на 10% от толщины листа. В этом случае, если толщину листа обозначить t, то эксцентриситет е приложения нагрузки на шов составит: е = t/10 (рис. 1.18).
При расчетных напряжениях ст0 погонная сила на шов будет N = CT0t, а изгибающий момент M = Ne = a0t2/10. Максимальные напряжения на поверхности шва с учетом изгиба составят:
|
_N_^M_ м - — + ^7-^0 'I 1 |
|
N t |
(t' t/10)
-1,6 'СТ0.
W “° ^ ' t2 /6
Таким образом, даже допустимое нормами смещение кромок может повысить расчетные напряжения на 60%.
Мне известны только два случая достаточно крупных исследований реального напряженного состояния сварных конструкций.
|
|
|
Рис. 1.18 Влияние смещения кромок: |
|
а — схема стыкового шва со смещением кромок е; б — равновесие отсеченной части; в - номинальных напряжений по сечению а-а. |
|
- эпюра |
ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА
Первый относится к строительным металлоконструкциям промышленных зданий. После Великой Отечественной войны многие здания были частично разрушены, многие сильно поржавели. Кроме того, из побежденной Германии в СССР массово ввозились станки и тяжелое оборудование, их установка часто требовала увеличения расчетной нагрузки на металлоконструкции промышленных зданий. Все эти причины потребовали детального обследования существующих металлоконструкций и их действительного напряженного состояния.
Результаты этих работ опубликованы в монографии «Реальная работа металлических конструкций». Основной вывод из этих исследований — реальное напряженное состояние металлоконструкций промышленных зданий имеет мало общего с их расчетным напряженным состоянием.
Вторая попытка примерно в те же годы была сделана в судостроении. Путем разрезки старого корпуса судна с наклеенными на него тензодатчиками определяли реальное напряженное состояние металла в различных местах. Результаты получились столь неожиданными, что они подрывали всю философию расчетов корпусов судов на прочность по допускаемым напряжениям. Отчет засекретили, чтобы с ним никто не знакомился.
Напомню, что реальное напряженное состояние сварной конструкции включает помимо расчетных напряжений от полезной нагрузки дополнительные, уравновешенные в пределах конструкции собственные напряжения, которые являются суммой следующих напряжений:
■ сварочных продольных и поперечных напряжений;
■ реактивных напряжений, вызванных закреплением деталей при их сварке;
■ напряжений от местных моментов, появляющихся в результате угловых деформаций швов или смещений кромок;
■ дополнительных напряжений от конструктивных концентраторов (отверстия, люки, патрубки сосудов, резкое изменение ширины или толщины деталей, выступы и т. п.);
■ дополнительных напряжений от их концентрации у дефектов сварных швов или дефектов поверхности листов (поры, непро - вары, царапины, вмятины и т. п.);
■ температурных напряжений.
Этот список можно дополнить.
В обычной сварной конструкции собственные напряжения существенно превышают расчетные. Поэтому уже в начальной стадии нагружения сумма напряжений от расчетной нагрузки и соб
ственных напряжений в наиболее нагруженных точках превышает предел текучести стали. В этих точках возникают пластические деформации. Если материал в этих точках не способен пластически деформироваться, инициируется разрушение конструкции при низком уровне напряжений.
