Сварные конструкции. Расчет и проектирование

СОПРЯЖЕНИЯ БАЛОК РАЗЛИЧНЫХ ПРОФИЛЕЙ

При дальнейшем рассмотрении прочности сопряжении, работающих на изгиб, будем предполагать, что угловые швы имеют форму равнобедренного треугольника. При этом расчет прочности шва при ручной сварке производится
всегда на срез по плоскости, совпадающей с биссектрисой прямого угла и равной р/Са (К — катет шва, а — его длина).

Определим напряжения в сварном сеченин, прикрепляю­щем балку прямоугольного поперечного сечения, работаю­щую на изгиб (рис. 11.6, а).

Соединение сконструировано с угловыми швами, обва­ривающими периметр. Такое соединение удобно при пово­роте конструкции и при наложении швов в нижнем и вер­тикальном положениях.

Нормальные напряжения в балке вызывают касатель­ные напряжения т в швах:

т = £<[т']. (11.35)

Момент сопротивления

(11.36)

Утіх

где У0 — расчетный момент инерции периметра швов. Он определяется умножением момента инерции сечения швов

на коэффициент Р=0,7 с учетом возможного разрушения швов по наименьшему сечению:

Уе = 0,7[^(^)‘.2+^.2 + Щ^/С-2];

И»„=4+/С (11.37)

(Л и К указаны на рис. 11.6, в).

Дія круглого поперечного сечения (рис. 11.6,6)

I - о тГя(^4-2Д:)« mf«l.

[ 64 64 J *

Л..-Т+*- <1138*

Если элемент работает при сложном сопротивлении — изгибающем моменте Af и продольной силе N, то суммарное напряжение в соединении

v "• ± - J - Утп +7" . О* -39)

ЛС

где у4с — расчетная площадь швов, определяемая с учетом возможного разрушения по наименьшему сечению умноже­нием площади поперечного сечения на р:

лс=р/а, (11.40)

где L — длина периметра швов.

Расчет прочности прикрепления произвольных профилей двутавровых, коробчатых (рис. 11.6, в, г, тавровых и т. п.) при помощи швов производится так же, как в случаях, рас­смотренных выше, на основе формулы

т=7^га„<[т'], (11.41)

где J0 — расчетный момент инерции периметра швов, кото­рый определяют умножением величины момента инерции сечения контура шириной К на р.

Если элементы нагружены поперечными нагрузками, то в них возникают изгибающие моменты М и поперечные силы Q. Напряжения в сварных швах от Q определяют при следующих допущениях:

поперечная сила воспринимается только вертикальными швами;

распределение напряжений подлине вертикальных швов равномерно.

Таким образом, среднее напряжение в шве от попереч­ной силы

Т# = Х,-

где Ав — расчетная площадь вертикальных швов.

На уровне верхней кромки вертикального листа в швах следует проверить результирующие напряжения от vVf и Q. Напряжение от момента

м

Т==7Г^

где уа — расстояние от оси, проходящей через центр тя­жести сечения, до горизонтальной верхней кромки (рис. 11.6, в).

В частном случае y»=hl2

(11.44)

(11.45)

Практика расчетов показывает, что проверка прочности по формуле (11.41) является решающей.

Вид А

Рис. 11.7. Расчет соединений на М и N

Пример расчёта (рнс. 11.7). Консольная балка двутаврового профиля прикреплена сваркой по периметру угловыми швами с ка­тетом К—В мм; продольная сила P=N‘= 50 кН; поперечная сила Q=25 кН; (1=0,7,

£^м+2(^+19.„.8.,2,9.)+

+2 ( - -+ 2■ 8,6• 0.6• 11,7* ) = 8000 см*.

Расчетный момент инерции угловых швов с учетом разрушения по опасной плоскости 7е= 0,7-8000= 5600 см*. Ордината ув=12см. Плошадь всего периметра угловых швов составляет А=2-24-0,6+ +2-19 -0,6+4 -8,6 -0,6= 72,2 см*.

Расчетная площадь с учетом разрушения по опасной плоскости

Ис = 0,7-72,2 - 50,5 см*.

Расчетная площадь вертикальных швов с учетом разрушения по опасной плоскости

/4„ =з 2 • 0,7 • 0,6 -24 — 20,2 см*.

Напряжения от изгиба на крайней кромке вертикального листа т= (25-10“ */5600-10-*)-0,12 = 53,6 МПа.

Напряжения от продольной силы в угловых швах соединения N 50-10-* Т*“Х-50>16~~9,9МПа-

Суммарное напряжение от изгиба и продольной силы в зоне ра=120мм составляет 53,6+9,9=63,5 МПа.

Среднее касательное напряжение в вертикальных швах соеди­нения

Q 25-10-® 10,ип

Т«“СИВ— 20,2-10-* -12-4МПа-

Результирующее напряжение в зоне у„=120мм Трсз = У63,5* +12,4* = 64,7 МПа.

Максимальное напряжение в зоне от изгиба, где утах=132 мм, Т~7Г*'»“*= 5600*н£* •13,2-10-»=58,8МПа.

Суммарное напряжение от изгиба и продольной силы в зоне, где Ушах* 132 мм,

т2 = 58,8 + 9,9 = 68,7 МПа,

что меньше допускаемого, принимаемого для стали Ст2 равным 0,6*140=84 МПа.

Таким образом, решающим для определения прочности кон­сольной балки является проверка на изгибающий момент совместно с продольной силой без учета поперечной силы в волокнах швов, наиболее удаленных от центра тяжести сечения,

f «1.7. СОПРЯЖЕНИЯ БАЛОК МЕЖДУ СОБОЙ С ДОПОЛНИТЕЛЬНЫМИ УСИЛЕНИЯМИ

Конструкции сопряжений двутавровых балок показаны на рис. П.8, а. ..в.

Иногда балки небольшой высоты прикрепляют к высокой путем обваривания периметра поперечного сечения угловы­ми швами. В этом случае рационально усилить сопряжение

а) ..................

Рис. 11.8. Сопряжения сварных балок между собой:

а — высота балок разная, косынки вертикальные: б — то же, косынки горизон­тальные: а — высота балок одинаковая

балок косынками трапецеидального очертания, как ука­зано на рис. 11.8, а. Толщины косынок и вертикальной стенки, как правило, равны. Остальные размеры устанав­ливаются с учетом требований жесткости сопряжения и прочности швов прикрепления. Подобная конструкция мо­жет быть рекомендована при статических нагрузках.

На рис. 11.8, а предусмотрена опора в виде столика. Подобного рода опоры очень облегчают монтаж балок.

Основную долю момента воспринимают швы, обвари­вающие поперечное сечение по периметру:

Мп= —.

Утлх

где Ма — момент инерции периметра шва с учетом его ширины, равной Р; ymix — расстояние от оси прикрепляе­мой балки до крайнего волокна шва.

Косынки повышают дополнительно прочность и надеж­ность соединения.

Для сварного сопряжения балок, воспринимающих пере­менные нагрузки, более рационален тип конструкции, при­веденный на рис. 11.8,6. Увеличением длины шва можно значительно повысить несущую способность конструкции, а устройством выкружек с радиусом г достигнуть снижения

РР

SHAPE * MERGEFORMAT

концентраторов напряжений. Стыковые соединения в от­ветственных конструкциях необходимо механически обра­батывать.

Для сопряжений балок одинаковой высоты, восприни­мающих статические и переменные нагрузки, может быть рекомендована конфигурация (рис. 11.8, в), которая обес­печивает жесткость, устраняет концентраторы напряжений и позволяет накладывать швы в требуемом количестве.

На рнс. 11.9 показаны примеры сопряжений швеллеров, двутавров и уголков. Узлы сконструированы с применением фигурной резки. Во всех случаях при работе балки на изгиб

соблюдается следующее условие прочности: момент внут­ренних сил относительно центра тяжести сопряжения ра­вен расчетному моменту.