Примеры расчета сварных соединений по СНиП II-23-81

Пример 1. Проверить прочность стыкового соединения. Полоса растянута силой N. Физические методы контроля качества сварного соединения отсутствуют. Ось шва наклонена к оси полосы х (см. рис. 4.2) под углом 60°. Материал полосы - сталь С345. Сварка полуавтоматическая, выполняется в среде углекислого газа проволокой Св-08Г2С с применением технологических планок. Нормативное сопротивление металла шва R_wun = 490 Н/мм² = 49 кН/см². Расчетное сопротивление стыковых сварных соединений на рас­тяжение по пределу текучести R _wy = 0,85 R_y. Для толщины полосы t= 10 мм R_y.= 33,5 кН/см². Предельное значение усилия, которое может выдержать полоса в сечении по ос­новному металлу, равно N = R_vbtγ_c. Коэффициент условия работы γ_c = 1, ширина полосы b = 300 мм, толщина полосы t = 10 мм. Следовательно, N= 33,5 · 30 · 1 · 1 = 1005 кН.

Раскладываем усилие N на составляющие:

- усилие, перпендикулярное оси шва (нор­мальное), N_n = Nsinα = 1005·0,866 = 870,33 кН;

- усилие, направленное вдоль оси шва (тангенциальное), N _t = N cosα = 1005 · 0,5 = 502,5 кН.

Площадь расчетного сечения шва А_w = tb/sinα= 1 · 30/0,866 = 34,64 см².

Расчетное сопротивление металла стыкового шва растяжению для стали С345 (без физического контроля качества)

R_wv = 0,85 R_v = 0,85 · 33,5 = 28,48 кН/см².

Напряжения σ = N_σ/A_w = 870,33/34,64 = 25,12 < R _wy = 28,48 кН/см².

Напряжения от сдвигающего усилия τ = N_τ / A_w = 502,5/34,64 = 14,51 кН/см²< R _ws = 19,52 кН/см².

Расчетное сопротивление металла стыкового шва сдвигу

R_ws = R_S = 0.58 R_un /γ_m = (0,58 · 34.5//1,025) = 19,52 кН/см².

Стыковой шов, выполненный под углом 60° к оси полосы, удовлетворяет условиям прочности без физического контроля качества.

Рис. 4.2. Расчетные схемы стыковых швов: а – на продольную силу; б – на продольную силу стыка с косым швом; в – на изгиб

Пример 2. Рассчитать прикрепление растянутого стержня из стали С345, состоящего из двух равнополочных уголков ++ 80x7 мм, к фасонке из такой же стали толщиной t = 12 мм (рис. 4.3). Сварка полуавтоматическая в углекислом газе проволокой Св-08Г2С.

Рис. 4.3. Прикрепление уголков к фасонке: а – равнополочных (равнобоких);

б – неравнобоких, соединенных большими полками вместе; в – неравнобоких, соединенных малыми полками вместе; г – соединение уголков с фасонками

Усилие N, проходящее через центр тяжести сечения стержня, равно 700 кН. На один уголок действует N₁ = 0,5 N = 350 кН. Распределяем усилие, приходящееся на один уголок между швами на обушке уголка и на пере.

При равнополочных уголках на обушок действует усилие 0,7· N₁= 0,7 · 350 = 245 кН (усилия распределяются в соотношении, обратно пропорциональном расстояниям от центра тяжести сечения стержня до швов, см. рис. 4.3, г). Усилие на пере 0,3·N₁ = 105 кН. Определяем расчетное сечение соединения.

По границе сплавления R_wzβ_Z = 0,45 R_un β_Z = 1,05 · 0,45 · 47 = 22,21 кН/см²; для фасонки толщиной 12 мм R_un = 47 кН/см². По металлу шва β_f R_wf= 0,9 · 21,5 = 19,35 кН/см².

Коэффициенты β_f и β_Z определяем по табл. 34*СНиП II-23-81*. Расчетное сопротив­ление R_wf по табл. 56 СНиП равно 21,5 кН/см²; β_Z.R_wz= 22,21 > β_f R_wf = 19,35. Расчетным сечением является сечение по металлу шва, согласно табл. 38 *СНиП при толщине фасонки t = 12 мм минимальный катет шва k_fmin = 6 мм. При толщине уголка 7 мм максимальное значение катета шва k_fnim = 0,9t = 0,9 · 7 = 6,3 мм. Принимаем катеты швов на обушке и пере одинаковыми: k_f= 6 мм. Требуемая длина шва на обушке уголка l_w1 = 0,7 N₁,/ β_f k_f R_wf = 245/0,9·0,6·21,5 = 21,1см.

Требуемая длина шва на пере уголка

l_w2 = 0,3 N₁/ β_f k_f R_wf = 105/0,9 · 0,6·21,5 = 9,0 см.

Предельная расчетная длина должна быть не более

85 β_f k_f = 85 · 0,9 · 0,6 = 45,9 см = 459 мм > 211 мм.

Можно считать, что шов работает равномерно на всей длине.

Учитывая непровар и кратер в концевых участках шва, имеем: на обушке l_w1+ 1 = 22 см; на пере l_w2 + 1 = 10 см (см. рис. 4.3, г).

Как правило, катеты швов на обушке и пере уголков принимаются одинаковыми. Разная величина катетов усложняет изготовление конструкций, так как при этом необ­ходимо менять режим сварки.