Зварні зєднання -посібник

РОЗДІЛ 3. ПРИКЛАДИ РОЗРАХУНКІВ ЗВАРНИХ З’ЄДНАНЬ

Приклад 3.1. Розрахунок таврового з’єднання із стиковим швом.

Вихідні дані: t = 1,2см ; l=10см; h=10см; P=20кН; Р1=10кН. Матеріал

з’єднуваних елементів (фасонки та конструкції)– сталь С245 (Ry = 240МПа =

см

рис. 3.1. Перевірити міцність стикового шва.

1

б

а2

в

Рис. 3.1. Таврове з’єднання із стиковим швом: а - навантаження на з’єднання; б – з’єднання в плані (1-1); в – переріз стикового шва (2-2) та епюри напружень у ньому

Розв’язок. 1. Визначаємо внутрішні зусилля, що виникають у стиковому шві. При цьому, фасонку розглядаємо, як консоль, розрахункову схему якої ма-

44

ємо на рис. 3.2. За рис. 3.2 знаходимо опорні реакції консолі, які створює у з’єднанні власне стиковий шов (вони ж є внутрішніми зусиллями, що діють у шві): N=P1=10кН; Q=P=20кН; M = P × L = 20 ×10 = 200кН × см .

2. Геометричні характеристики шва (рис. 3.1, переріз 2-2) визначаємо за (2.10), (2.20):

Aω = L ω × t = 7,6 ×1,2 = 9,12см2 ,

3. Обчислюємо фактичні напруження, що виникають у шві, відповідно від окремо діючих зусиль N, M та Q, та перевіряємо міцність шва.

За (2.9) обчислюємо розтягуючі нормальні напруження, що мають одна-

печена з великим запасом.

За (2.19) обчислюємо максимальні розтягуючі нормальні напруження, що мають місце у точці А (рис. 3.1, а):

печена.

Якщо у шві діють одночасно зусилля М та Q, то відповідно до (2.18) пе- ревіряємо міцність шва у точці А за приведеними напруженнями:

45

у точці А забезпечена.

Якщо у шві діють одночасно зусилля N та Q:

точці А забезпечена.

Якщо у шві діють одночасно зусилля N, M та Q:

ність шва у точці А забезпечена.

Зауважимо, що в інших точках по висоті шва напруження будуть мен- шими і напруження в них не перевіряють.

Приклад 3.2. Розрахунок кутових швів у випадку дії моменту у площині, перпендикулярній їх розміщенню.

Вихідні дані: Маємо таврове з’єднання, як і прикладі 3.1. Товщина фасон-

ки, що приварюється до конструкції - t ф = 1,2см ; товщина елементу конструк-

ції, до якої приварюється фасонка - t к = 2см ; розміри фасонки та значення на-

вантажень, як і у прикладі 1, - l=10см; h=10см; P=20кН; Р1=10кН. Матеріал з’єднуваних елементів (фасонки та конструкції)– сталь С245 ( R un = 370МПа= =37кН/см2; Rωz = 0,45×Run = Rωz = 0,45×Run = 0,45×370 =166,5МПа=16,65 кН/см2);

зварювання ручне електродами типу Е46 ( R ωf = 200МПа = 20кН / см2 ; βf =0,7;

γωf = 1; γωz = 1; γ c = 1 ). З’єднання зображене на рис. 3.3. Необхідно розраху-

вати кутові шви.

Розв’язок. 1. Визначаємо внутрішні зусилля, що виникають у кутових швах (їх два – з обох боків фасонки); при цьому, фасонку, як і у попередньому прикладі, розглядаємо, як консоль, розрахункову схему якої маємо на рис. 3.2:

N = P1 = 10кН; Q = P = 20кН; M = P × L = 20 ×10 = 200кН × см - вони такі ж, як і

46

у попередньому прикладі.

1

в г Рис. 3.3. Таврове з’єднання із кутовими швами: а - навантаження на

з’єднання; б – з’єднання в плані (1-1); в – вузол А; г – розрахунковий переріз кутового шва (2-2) по металу шва та епюри напружень у ньому

2. Перевіряємо умову (2.7):

1,1×16,65 = 18,315 < 20,0 < 16,65 ×1,0 / 0,7 = 23,78кН / см2 - розрахунки достатньо виконувати лише за металом шва (зауважимо, що при електродах типу Е42 ця умова була б не виконана!).

Але в навчальних цілях розрахунки проведемо як за металом шва, так і за металом границі сплавлення!

3. Обчислюємо геометричні характеристики перерізу шва.

За металом шва (рис. 3.3, переріз 2-2) за формулами (2.28), (2.41):

Aωf = bf × K f × L ω = 0,7 × 0,7 ×9 = 4,41см2 ;

47

де за (2.30): L ω = h -1см = 10 -1 = 9см ; K f = K f ,min = 7мм = 0,7см - див.

табл. 2.5.

За металом границі сплавлення за формулами (2.29), (2.41):

3. Обчислюємо фактичні напруження, що виникають у шві, відповідно від окремо діючих зусиль N, M та Q та від їх можливих комбінацій, та перевіряємо міцність шва.

3.1. За металом шва за виразами (2.26), (2.40):

а) від окремо діючих зусиль N, M та Q -

48

< R ωf × gωf × gc = 20 кН2 - запас міцності складає (100-16,4/20·100) =18%.

см

3.2. За металом межі сплавлення за виразами (2.27), (2.40):

а) від окремо діючих зусиль N, M та Q -

Як бачимо, запас міцності за металом межі сплавлення є більшим, ніж за мета- лом шва, тобто при виконанні умови (2.7) дійсно розрахунки достатньо було виконати лиш по металу шва.

Приклад 3.3. Розрахунок з’єднання з кутовими швами при дії моменту у площині розміщення швів.

Вихідні дані: Полоса товщиною t = 1,2см прикріплена до конструкції то-

49

вщиною t1 = 2см двома горизонтальнми та одним вертикальним кутовими швами (рис. 3.4). Розміри полоси (фасонки): L1 = 0,1м ; h = L 2 = 0,1м , як і у при-

кладах 1, 2. Виліт консолі фасонки L = 0,1м. Згинаючий момент, що діє на фа-

= 0,45×370 =166,5МПа=16,65 кН/см2); зварювання ручне електродами типу Е46

жене на рис. 3.4. Необхідно розрахувати кутові шви.

Ц.В

Хц

Рис. 3.4. З’єднання з кутовими швами при дії моменту М у площині розміщення швів

Розв’язок. 1. Перевіряємо умову (2.7):

1,1×16,65 = 18,315 < 20,0 < 16,65 ×1,0 / 0,7 = 23,78кН / см2 - розрахунки достатньо виконувати лише за металом шва (зауважимо, що при електродах типу Е42 ця умова була б не виконана!).

2.Назначаємо катет шва: Kf = Kf ,min = 7мм = 0,7см − див. табл. 2.5.

3.Обчислюємо геометричні характеристики периметру швів.

За (2.37) знаходимо координату X ц положення центру ваги периметру швів:

50

ють місце, якщо варити неперервно, починаючи з т. А і закінчуючи на проти- лежному їй кінці, симетричному до т. А відносно осі ОХ:

=154,25см4.

Координати найбільш віддаленої від центру ваги периметру швів точки А:

см

рмулою

(2.36):

Оскільки запас міцності значний, зменшимо розмір L1 , наприклад, у двічі,

51

безпечена.

Відмітимо, що напруження у шві від дії моменту М діють перпендикуля-

рно до радіусу-вектора ОА, тобто під кутом α до осі ОУ, який знаходимо за фо-

рмулою:

Приклад 3.4. Вихідні дані за прикладом 3.3 при L1 = 5,0см , але наванта-

ження фасонки виконано силами Р=20кН та Р1=10кН (рис. 3.5), як і у прикладах

3.1, 3.2.

Ц.В

Хц

Рис. 3.5. Навантаження, що викликає момент, діючий у площині розміщення швів

Розв’язок. Пункти 1 та 2 – див. приклад 3.3.

52