ОСНОВЫ ТЕОРИИ ПРОЧНОСТИ СВАРНЫХ КОНСТРУКЦИЙ
СОЕДИНЕНИЯ С ЛОБОВЫМИ ШВАМИ
На рис. 7.18 показано сварное соединение листов разных толщин (t1 и t2) лобовыми швами № 1 и № 2.
При дальнейших расчетах будем считать длину шва равной единице, т. е. вести расчет на погонные нагрузки. Чтобы не усложнять вычислений, моментами будем пренебрегать.
л
|
Рис. 7.18 Схема сварного соединения листов разных толщин лобовыми швами |
Как известно, в упругой стадии нагружения в таком соединении всегда больше нагружен сварной шов, расположенный со стороны более тонкого листа. Однако при расчете такого соединения по СНиПам расчетная нагрузка N предполагается распределенной равномерно между двумя швами. Расчетная нагрузка на один шов: Р = N/2. Действительную нагрузку, пренебрегая изгибами, найдем из условия одинаковой деформации верхней и нижней пластины на расстоянии между швами. Тогда средние напряжения составят:
а = г-Е = -—N—-;
(tl + t2)
погонное усилие в тонкой пластине, передаваемое швом № 2:
N1 = ст • t1 = N ■
tl +12
погонное усилие в толстой пластине, передаваемое швом № 1:
N2 =ст • t2 = N • -
t1 + t2
Если из этих усилий вычесть расчетные усилия, получим собственные погонные усилия в первом и втором швах:
t1 - t2
Р1сб = N1 - P = N
2 ■ (t1 + t2 ) )
Р2сб = N2 - Р = N ■
2 ■ (t1 + t2)y
Из этих формул видно, что собственные усилия уравновешивают друг друга. При появлении в более нагруженном шве пластических деформаций собственные напряжения снимаются. Величину упругой податливости этого соединения можно определить
из предположения, что при полном снятии собственных напряжений в каждой из пластин действует одинаковая нагрузка Р, и под ее действием пластины удлиняются неодинаково. Собственные напряжения полностью снимутся, когда в более нагруженном шве тонкая пластина проскользнет по толстой пластине на величину разности удлинений этих пластин под действием собственных на-
|
пряжений: |
|
Л10 _ |
|
(7.27) |
|
2 • E |
|
Р1сб • L Р2сб • L N • L ( 1 1 |
|
E • t2 |
Оценим численно величину Al0 для сварного узла из двух пластин из стали С235 (Ry = 230 МПа) толщиной t1 = 10 мм и t2 = = 20 мм, соединенных двумя лобовыми швами при длине нахлестки L = 200 мм.
Предполагаемая приложенная нагрузка равна прочности более тонкой пластины: N = Ry • t1. Модуль упругости: E = 2105 МПа. Тогда
N • L( 1 1 'ї 230 10 • 200
|
2 • 2 105 |
|
2 • E |
-1 --11 = 0,057 мм. 10 20/
Пластическое проскальзывание углового шва в обычных условиях на 6 сотых долей миллиметра безопасно для конструкции. Однако если шов сварен плохими (например, меловыми) электродами, может произойти разрушение.
|
Рис. 7.19 Схема сварного соединения листов разных толщин лобовыми швами и изгибом тонкого листа в пределах нахлестки |
На рис. 7.19 показано сварное соединение, аналогичное рис. 7.18, в котором тонкий лист изогнут в пределах нахлестки до прогиба f.
Здесь для того, чтобы натянуть тонкий лист, его нужно предварительно распрямить. Необходимое для такого распрямления перемещение в наиболее слабом шве равно удлинению от выпрямления пластины, изогнутой по уравнению у = y(x). В данном случае это дуга окружности, и по С. П. Тимошенко удлинение составит:
|
8 • f2 _р2 • L 3 • L 6 , |
L
|
(7.28) |
М) * 2 • J (у')2 •dx:
где у' — производная от функции, по которой изогнута пластина; Р — угловая деформация швов № 1 и № 2.
В этом случае упругую податливость по формуле (7.27) нужно суммировать с результатом вычисления по формуле (7.28).
