Несущая способность сварных соединений при переменных нагрузках

Расчет прочности сварных конструкций, работающих под пере­менными нагрузками, производится по марке металла, характе­ристике цикла r, эффективным коэффициентам концентрации на­пряжений Кэ и продолжительности эксплуатации, определяемой числом циклов нагружений.

Следует подчеркнуть, что сварные соединения при переменных нагрузках рассчитываются, во-первых, с учетом прочности основ­ного металла, находящегося в зоне сварных швов, где в результате концентрации напряжений прочность существенно снижается, а во-вторых, с учетом прочности самого шва. Единая методика опреде­ления прочности сварных конструкций при переменных нагрузках отсутствует.

При проектировании строительных конструкций руководству­ются нормами СНиПа; разработаны нормативные данные для судо­строения, конструирования подъемно-транспортных машин, мосто­строения. Указанные нормы имеют некоторые различия, учитываю­щие особые условия работы.

При расчете по СНиПу основное внимание при переменных нагрузках уделяют расчету прочности основного металла в зоне сварных швов, считая, что прочность швов достаточно обеспечена расчетом на равнопрочность основному металлу при статическом нагружении. При этом эффективные коэффициенты концентрации напряжений учитываются косвенным путем. Каждый тип соедине­ния причисляется к одной из восьми условных групп. Номера этих групп для характерных сварных соединений приведены в табл. 4.6.

 

 

Таблица 4.6

Эффективные коэффициенты концентрации напряжений для элементов конструкций в краностроении

Схема соединения и расположение расчетного сечения   Характеристика сечения   Группа элемента или соединения   Кэ
  Основной металл с необработанной прокатной поверхностью и с прокатны­ми, обрезанными или обработанными ме­ханическим путем кромками в сечениях вне сварных швов, заклепок и болтов То же, но с кромками обрезанными газовой резкой: машинной ручной     2 1     1,0/1,0 1,2/1,2 1,8/1,4
  Основной металл с необработанной прокатной поверхностью и обработанны­ми механическим путем кромками при разной ширине и радиусе перехода: r = 200 мм r = 10 мм     1 4   1.0/1.0 2.0/1.6
  Основной металл в месте перехода к необработанному стыковому шву с уси­лением, имеющим достаточно плавный переход: а) при стыковании листов одинако-­ вой толщины и ширины; б) при стыковании листов разной ширины или листов разной толщины с плавным переходом       1,8/1,4 2,5/2,0
  Основной металл в месте перехода к стыковому шву обработанному в этом месте абразивным кругом или специаль­ной фрезой: а) при стыковании листов одинако- вой толщины и ширины б) при стыковании листов разной толщины или ширины     2 3     - -    

В строительных конструкциях расчет прочности наряду со СНиП II-23-81 производят с учетом расчетных сопротивлений R основного металла. Значения расчетных сопротивлений при переменных нагрузках умножают на коэффи­циент γ (γ ≤ 1):

в случае, если наибольшее напряжение растягивающее: γ = , (4.47)

 

и, если наибольшее напряжение сжимающее: γ = , (4.48)

где r - характеристика цикла; коэффициенты а, b и с находят из табл. 4.7.

 

Таблица 4.7

Коэффициенты а, b и с

Класс стали Группа соедине- ния а b c при N=5∙105 c при N=1∙106 c при N=2∙106 c при N=3∙106 c при N=5∙106
C235 1,20 1,30 0,6 0,7 1,2 1,1 1,0 0,95 0,9
C235 1,55 1,85 2,10 0,95 1,25 1,50 1,3 1,1 1,0 0,95 0,9
C235 2,75 3,50 4,80 2,15 2,90 4,20 1,4 1,2 1,0 0,95 0,85
C345 1,25 1,45 0,65 0,85 1,2 1,1 1,0 0,95 0,9
C345 1,80 2,40 2,75 1,20 1,80 2,15 1,4 1,2 1,0 0,95 0,9
C345 3,80 4,80 6,00 3,20 4,20 5,40 1,6 1,3 1,0 0,95 0,85

 

Пример 1. Определить несущую способность прикрепления полосы шири­ной 200 мм и толщиной s = 10 мм к косынке лобовым швом длиной L1 = 20 см и двумя фланговыми L2 = 15 см; r - 0,2; сталь С235 (С 38/23); расчетное сопротивление R = 210 МПа для основного металла при растяжении и RY = 150 МПа при срезе для угловых швов. Допускаемое напряжение находим при условии, что коэф­фициент условий работы m = 0,9; коэффициент безопасности k= 1,1; число нагружений N > 5·106.

Допускаемые напряжения при статическом нагружении [σ]Р = R·m/k = 210·0,9/1,1 = 172 МПа; в угловых сварных швах [τ']=Rym/k= 150 • 0,9/1,1 = 122 МПа.

Согласно табл. 4.6, соединение относится к группе 8.

По табл. 4.7 находим коэффициенты с = 0,85 (N=5·106); а = 4,8; b = 4,2;

γ= 0,85/(4,8 -0,2-4,2) =0,215, [σ]Р·γ = 36,9 МПа.

Несущая способность сварного соединения по основному металлу в зоне сварных швов при данном циклическом нагружении:

P = b·s[σ]Р·γ = 0,2·0,01· 36,9=0,0738 МН.

Проверяем равнопрочность сварных швов основному металлу при статиче­ском нагружении.

Для основного металла P1 = b·s [σ]Р = 0,2·0,01 ·172 =0,344 МН.

Для угловых швов при β = 0,7 и катете К = 1 см

Р2 = βК(L1+2L2)[τ']= 0,7·0,01 (0,2 + 2·0,15)· 122 = 0,426 МН.

Так как Р21 , то равнопрочность обеспечена и несущая способность сварного соединения при переменных нагрузках определяется найденным значением Р = 0,07380 Мн.

 

Пример 2. Проверить выполнение условия прочности сварного соединения в швах, прикрепляющих уголок 100х100х10 мм из стали С345 (С46/33) одним лобовым LЛ =10 см (размер уголка) и двумя фланговыми швами LФЛ1=20 см и LФЛ2= 8 см; Р = 250 кН; расчетное сопротивление на растяжение металла R = 290 МПа; на срез в угловых швах Ry = 200 МПа; число нагружений N = 106. Характеристика цикла r = 0,6. Преобладающее напряжение сжимающее. Коэффициент условия работы m= 0,8, коэффициент безопасности k = 1,2.

Допускаемое напряжение в основном металле при статических нагружениях



[σ]P = R·m/k = 290 • 0,8/1,2 = 193 МПа.

В угловом шве [τ']= Ry m/k = 200·0,8/1,2= 133 МПа.

Соединение относится к группе 8. Согласно табл. 4.6 и 4.7,

y = c/(b - a·r) =0,722.

Допускаемое напряжение в основном металле

[σ]P ·γ= 193 • 0,722= 139,5 МПа.

Напряжение от силы Р в уголке (площадь сечения F = 19,6 см2) σ = P/F = 0,25/0,00l96= 127,5 МПа < 139,5 МПа. Таким образом, прочность соединения по основному металлу обеспечена.

При статическом нагружении несущая способность уголка

Р1 = F· [σ]P = 0,00196· 193 = 0,378 МН.

Соответственно несущая способность угловых швов

Р2 = β·К(LЛ + LФ1 + LФ2)· [τ']= 0,7·0,01(0,1+ 0,2+ 0,08)·133 = 0,354 МН.

Так как Р1 ≈ Р2, то при переменных нагрузках проверка прочности сварных швов не требуется.

 

Выше приведена упрощенная методика расчета несущей способности при переменных (циклических) нагрузках.

СНиП II-23-81 «Стальные конструкции» предусматривает использование другой, более совершенной методики (Приложение п. 9. Расчет элементов стальных конструкций на выносливость):

σmax ≤ α·Rv·γv, (СНиП II-23-81, стр. 35, формула 115),

где Rv - расчетное сопротивление усталости (СНиП II-23-81 табл. 32) в зависимости от временного сопротивления стали и группы элемента конструкции по концентрации напряжений (СНиП II-23-81 табл. 83) это минимальный уровень Rv для анализируемой конструкции;

α - коэффициент, учитывающий количество циклов нагружений (СНиП II-23-81 формулы 116 и 117);

γv - коэффициент, определяемый по (СНиП II-23-81 табл.33) в зависимости от вида напряженного состояния (растяжение или сжатие) и коэффициента асимметрии цикла нагружения - ρ.

Значения α и γv могут быть больше единицы увеличивая σmax по сравнению с Rv.

 

<== предыдущая лекция | следующая лекция ==>
Определения и термины | Сварные соединения, выполненные контактной сваркой


Дата добавления: 2018-03-02; просмотров: 253; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ


Поиск по сайту:

При помощи поиска вы сможете найти нужную вам информацию, введите в поисковое поле ключевые слова и изучайте нужную вам информацию.

Поделитесь с друзьями:

Если вам понравился данный ресурс вы можете рассказать о нем друзьям. Сделать это можно через соц. кнопки выше.
helpiks.org - Хелпикс.Орг - 2014-2018 год. Материал сайта представляется для ознакомительного и учебного использования. | Поддержка
Генерация страницы за: 0.009 сек.