СВАРОЧНЫЕ ДЕФОРМАЦИИ И НАПРЯЖЕНИЯ

СКРУЧИВАНИЕ БАЛОЧНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

Деформации скручивания конструкций наименее изучены. Объяснение этого явления в некоторых работах [101] было не­точным. Очевидно, что если исключить такую причину появления скручивания как неправильную сборку, выполненную со сдвигом листовых элементов, то действительную причину закручивания балочных конструкций следует искать в зоне/ пластических де­формаций при сварке. Например, в балке коробчатого сечения, получившей в результате сварки скручивание (рис. 89, а), листо­вые элементы, кроме зоны сварки, испытывают упругие деформа­ции. Если разрезать балку по швам, то каждый из четырех листо­вых элементов выпрямится и закручивание исчезнет. При выпрям­лении происходит продольное смещение Д, листов относительно друг друга (рис. 89, б). Такое же явление будет наблюдаться, если нагруженную крутящим моментом сплошную трубу разрезать вдоль по одной образующей (рис. 89, в).

Таким образом, закручивание сварных балок происходит вслед­ствие остаточных сдвиговых деформаций в угловых сварных сое­динениях. При однопроходной сварке возникают три основных вида остаточных сварочных деформаций: продольная усадка,
поперечная усадка и сдвиг. Измерения продольны* перемещений Д* в околошовной зоне непосредственно в процессе сварки (рис. 90, а, кривая 1) показывают, что металл при подходе источника тепла перемещается вперед по ходу сварки, достигает максимального перемещения вблизи источника тепла, а затем постепенно сме­щается назад, переходит через нулевое значение и дает оста­точное перемещение Д*10. При сварке угловых сварных соеди­нений условия образования пе­ремещений Д^ различные в стен­ке н полке как в процессе сварки, так и после остыва­ния.

Допустим, процесс переме­щения полки описывается кри­вой 1, а процесс перемещения края стенки — кривой 2 (см. рис. 90, а). В момент сварки в точ­ке О будет зафиксировано взаимное смещение элементов Д*12. Дальнейший ход кривой 2 по отношению к кривой I будет осуществляться по кривой 3, которая эквидистантна кривой 2.

В результате появится остаточное взаимное смещение элемен­тов Д*0, которое приведет к тому, что стенка сдвинется вперед относительно пояса:

Д^О = (Д*2й _ Д*2о) _ ~ Ajclo)> (1 36)

где Д*2в — временное перемещение края стенки в момент сварки;

Д*20 — остаточное перемещение края стенки при остывании без связи с полкой;

АХ[в — временное перемещение точек пояса в зоне шва в мо­мент сварки;

Дд.10 — остаточное перемещение точек пояса в зоне шва после остывания его без связи со стенкой.

Так как Д*20 и Ах,0 — величины отрицательные, то выражения в скобках в формуле (136) означают суммы абсолютных значений временного и остаточного перемещений.

Рассмотрим механизм образования закручивания на примере коробчатой балки, которая перед сваркой собрана на прихватках. При заварке шва 1 (рис. 90, б) возникнет смещение стенки относи­тельно пояса, которое обнаружится после остывания конструк­ции. Смещение АХо приводит к закручиванию балки. Для опреде­ления угла закручивания пользуемся методом фиктивных сил. Условно разрезаем балку по сварному соединению и приклады­ваем фиктивные силы Т, вызывающие смещение АХо (рис. 90, в). При этом в балке возникают касательные напряжения т, распре­деление которых аналогично случаю приложения фиктивного мо­мента М к неразрезной балке (рис. 90, г). Момент М определяем

из условия, что суммарный окружной сдвиг но всему

периметру балки равен Л*0. Так как т — то

М ds М С ds

,-§Т - <137)

Угол закручивания балки равен

ML GJ,

где

L = -,-V' <139>

й

Получив М из (137) и подставив его в (138) с учетом (139), найдем

дх L

ч> = -£-■ (14°)

где юк — удвоенная площадь, охватываемая средней линией тон­костенного сечения. Например сечение, представленное на рис. 90, б, имеет — 2-30-40 = 2400 см2.

Так как швы в балках сварены неодновременно, закручивание, вызываемое последующими швами, не компенсирует полностью возникшие ранее деформации.

Если швы 1 и 4 сварены в одном направлении, а швы 2 и 3 — в противоположном, то закручивание суммируется от всех четы - 122
рех швов, так как швы / и 4 при сварке в одном направлении про­изводят закручивание балки в одну сторону. Структура формулы (140) указывает на то, что значительному закручиванию должны подвергаться элементы, у которых мало юк, т. е. элементы с малой площадью, охватываемой средней линией, а также конструкции с большой длиной L.

Открытые тонкостенные профили могут получать скручивание вследствие неодновременной поперечной усадки шва по его длине. Например, при сварке полки и стенки в двутавровой балке проис­ходит поворот элементов относительно друг друга в результате того, что угловые деформации на заваренных участках вызывают поворот незаваренной части на некоторый угол 1108].

Помимо деформаций скручивания, вызываемых смещением од­них элементов относительно других, в процессе сварки возможны деформации потери устойчивости с крутильной формой равновесия. Стойка с поперечным сечением в виде креста при определенных геометрических соотношениях элементов может скручиваться вслед­ствие потери устойчивости. Подвержены кручению также листовые нахлесточные соединения, полученные роликовой или точечной сваркой.