Электрогазосварка. Электросварка. Газосварка

§ 56. Расчет сварных соединений на прочность

Методы расчета на прочность. Существует два метода расчета на прочность: по допускаемым напряжениям и по предельному состоянию.

Расчет по допускаемым напряжениям сводится к сопоставлению расчетных напряжений с допускаемыми:

Допускаемые напряжения устанавливают в зависимости от следующих факторов: свойств материалов, степени точности расчета, характера нагрузки, рода усилия (растяжение, сжатие, срез, смятие).

Допускаемое напряжение на растяжение в машиностроительных конструкциях, работающих при статических нагрузках, определяют по формуле

где стх — предел текучести металла;

п3— коэффициент запаса прочности.

Коэффициент запаса прочности учитывает возможность перегрузки, отклонения от норм качества материала и качества монтажа, условия эксплуатации конструкции. Для деталей из стального проката поковок и штамповок п3 = 1,2-4-1,6.

Допускаемое напряжение на сжатие [осж] равно или меньше допускаемого напряжения на растяжение [ор], в зависимости от формы и размеров сжатого элемента:

Для сварных соединений допускаемые напряжения выбирают в зависимости от вида технологического процесса. Зависимости для определения допускаемых напряжений в сварных соединениях машиностроительных конструкций из низко- и среднеуглеродистых сталей приведены в табл. 178. Так, например, допускаемые напряжения для швов, выполненных автоматической дуговой сваркой под флюсом или электродами Э42А, при допускаемом напряжении основного металла [Ор] = 1600 кгс/см2 будут иметь следующие значения: [сг ] = = 1600 кгс/см2, [о'ж] = 1600 кгс/см2, [т'] = 1000 кгс/см2.

Если швы сварены электродами Э42, то соответственно [о'p ] = = 1440 кгс/см2, [о'сж] = 1600 кгс/см2, [т']= 960 кгс/см2.

Допускаемые напряжения в сварном соединении, которое должно работать в тяжелых условиях, например при высокой температуре, в кислотной или щелочной средах, назначают после проведения специальных исследований, воспроизводящих условия эксплуатации.

Расчет по предельному состоянию позволяет раздельно учитывать влияние нагрузки, качество материала, условия работы сварной конструкции. Сущность этого метода заключается в следующем. Конструкцию при расчете рассматривают не в рабочем состоянии, а в предельном, т. е. в таком состоянии, за пределами которого дальнейшая нормальная эксплуатация конструкции недопустима. Сварные конструкции рассчитывают по двум предельным состояниям: по несущей способности и по развитию чрезмерных деформаций. При расчете по несущей способности расчетное напряжение от расчетных усилий не должно превышать расчетного сопротивления металла

Расчетное усилие (осевое усилие N, изгибающий момент М и др.) находят по общим правилам сопротивления материалов и строительной механики от расчетных нагрузок Р. Расчетную нагрузку определяют как произведение нормативной нагрузки на коэффициент перегрузки;

Коэффициент перегрузки учитывает опасность превышения нагрузки по сравнению с ее нормативным значением. Значения коэффициентов перегрузки зависят от вида нагрузки. Например, для нагрузки от собственного веса п = 1,0-г-1,1, для полезной нагрузки мостовых кранов п= 1,2-г-1,3, для снеговой нагрузки п—1,4 и т. д.

Следовательно, при расчете по первому предельному состоянию рассматривают воздействие на конструкцию не эксплуатационных (нормативных) нагрузок, а расчетных.

Расчетное сопротивление R характеризует несущую способность конструкции. Оно зависит от механических свойств металла, геометрических характеристик сечения (площади сечения F,момента сопротивления W и т. д.) и условий работы конструкции.

Расчетное сопротивление определяют по формуле

где RH— нормативное сопротивление металла, равное наименьшему значению предела текучести от. Для стали ВСтЗRn= 2100 кгс/см2, k— коэффициент однородности металла, учитывающий опасность снижения сопротивления металла по сравнению с нормативным его значением. Для обычных углеродистых сталей k—0,9, для низколегированных сталей и алюминиевых сплавов k= 0,85;т— коэффициент условий работы, который учитывает возможные отклонения от нормальных условий эксплуатации, а также особенности работы конструкции. Например, при расчете резервуаров для хранения нефтепродуктов принимают т— 0,8, при расчете подкрановых балок с тяжелым режимом работы т —0,9.

Значение расчетных сопротивлений для различных сталей при т —1 приведены в табл.179.

В отдельных случаях для материалов, не обладающих свойствами текучести, нормативное сопротивление принимают равным пределу прочности.

Для сварных швов расчетные сопротивления зависят от технологического процесса сварки и методов контроля качества швов. Значения расчетных сопротивлений для сварных швов даны в табл. 180. Основные формулы для расчета по несущей способности: при растяжении

где сг — напряжения в элементе конструкции от расчетных нагрузок; N, М — расчетные усилия;FHT— площадь сечения нетто (за вычетом отверстий); W— момент сопротивления нетто; R— расчетное сопротивление материала.

Метод расчета по несущей способности более совершенен по сравнению с расчетом по допускаемым напряжениям, так как при этом методе более точно учитывают факторы, влияющие на прочность соединения.

Условием расчета по развитию чрезмерных деформаций является

Предельные деформации элементов конструкций приведены в табл. 181.

Расчет прочности основных типов сварных соединений. При расчете предполагают, что напряжение в основном шве распределяется равномерно. Формулы расчета прочности приведены в табл. 182.


Расчет сварных соединений на выносливость.При этом расчете допускаемые напряжения или расчетные сопротивления основного металла и сварных соединений, работающих при повторно-переменных (усталостных) нагрузках, определяют путем умножения соответствующих допускаемых напряжений или расчетных сопротивлений, принятых при статических нагрузках, на коэффициент который для строительных конструкций определяют по формуле

Верхние знаки в знаменателе формулы для определения коэффициента у, берут в случае, когда наибольшее по абсолютной величине напряжение является растягивающим, нижние знаки — когда наибольшее по абсолютной величине напряжение является сжимающим.

вверх страницы