Нагрузки действующие на сварные конструкции. Классификация сварных конструкций

Большое разнообразие сварных конструкций затрудняет их единую классификацию. Сварные конструкции можно классифицировать:

по способу получения заготовок (листовые, литосварные, кованосварные, штампосварные);

целевому назначению (вагонные, судовые, авиационные и др.);

характерным особенностям их работы (балки, рамы, фермы, емкости, сосуды, работающие под давлением, трубы и трубопроводы, корпусные конструкции и т. п.).

Типы сварных конструкций .

Балки - конструктивные элементы, работающие в основном на поперечный изгиб; жестко соединенные между собой балки образуют рамные конструкции.

Колонны - элементы, работающие преимущественно на сжатие или сжатие с продольным изгибом.

Решетчатые конструкции - система стержней, соединенных в узлах таким образом, что они испытывают главным образом растяжение или сжатие; к решетчатым конструкциям относятся фермы, мачты, арматурные сетки и каркасы.

Конструкции, испытывающие избыточное давление - конструкции, к которым предъявляют требование герметичности соединений; к этому типу конструкций относятся различные емкости, сосуды и трубопроводы.

Корпусные транспортные конструкции - конструкции, подвергающиеся динамическим нагрузкам, поэтому к ним предъявляют требования высокой жесткости при минимальной массе (основные конструкции данного типа - корпуса судов, вагонов, кузова автомобилей).

Детали машин и аппаратов работают преимущественно при переменных, многократно повторяющихся нагрузках, поэтому характерным требованием для них является получение точных размеров, обеспечиваемое главным образом механической обработкой заготовок или готовых деталей (примерами таких конструкций являются станины, валы, колеса).

При изготовлении сварных конструкций выполняют сварные соединения различных видов:

Стыковые соединения элементов плоских и пространственных конструкций наиболее распространены. Такие соединения имеют высокую прочность при статических и динамических нагрузках и могут быть выполнены практически всеми видами сварки плавлением. При сварке элементов различной толщины кромку более толстого элемента выполняют со скосом для обеспечения равномерности нагрева кромок и исключения прожогов в более тонком элементе.

Тавровые соединения элементов широко распространены при изготовлении пространственных конструкций. Их выполняют как без разделки, так и с односторонней или двусторонней разделкой кромок. При выполнении сварки в разделку должен быть обеспечен провар и высокая прочность соединений при любых нагрузках. Тавровые соединения могут быть выполнены всеми видами сварки плавлением.

Нахлесточные соединения часто применяют при сварке листовых заготовок при необходимости простой подготовки и сборки изделий под сварку. Такие соединения менее прочны, чем стыковые.

Угловые соединения обычно являются связующими и не предназначены для передачи рабочих нагрузок. Угловые соединения могут быть выполнены всеми видами сварки плавлением.

Иногда выполняют прорезные, торцовые и другие соединения .

П р и м е ч а н и е: 1. Для проволок Св-08Г2С следует принимать

кН/см 2 и

кН/см 2 , кроме угловых швов с катетом

мм. 2. При соответствующем технико-экономическом обосновании для сварки конструкций допускается использовать материалы, не указанные в настоящей таблице. При этом свойства металла шва должны удовлетворять требованиям технических условий.

Использование данного материала уточнить по СНиП.

В отдельных случаях, например, при вибрационной нагрузке, рассчитывают и косые швы, разложив действующее усилие на перпендикулярное оси шва и действующее вдоль шва, находим (рис.4.5,б )

- перпендикулярно шву,

- вдоль шва,

где

- расчетная длина косого шва.

Сварные стыковые соединения, выполненные без применения физических методов контроля качества, при одновременном действии в одном и том же сечении шва нормальных напряжений

и

, действующих по взаимно

Рис. 4.5. К расчету стыковых швов

а – на продольную силу; б – на продольную силу стыка с косым швом; в – на изгиб

перпендикулярным направлениям «Х» и «У» и касательных напряжений

следует проверять по формуле:

Разрушение сварных соединений с угловыми лобовыми и фланговыми швами происходит как по металлу шва, так и по металлу границы сплавления (рис.4.6). В соответствии с этим расчет выполняют по одному из двух сечений: сечению 1 по металлу шва и сечению 2 – по металлу границы сплавления (рис.4.7), в зависимости от того какое сечение более опасно. Угловые швы всегда работают в условиях сложного напряженного состояния и срезывающее напряжение доминирует. Поэтому СНиП допускает производить расчет на срез, названный “условным” срезом.

Расчетная площадь сечения шва при разрушении по металлу шва равна

, при разрушении по металлу границы сплавленияA wz = z k f l w

Расчетным является сечение по металлу границы сплавления. В этом случае расчетная длина шва

.

Если

, то расчетным сечением является сечение по металлу

шва и напряжение . (4.3)

Если

, то проверка прочности соединения выполняется по металлу границы сплавления, тогда:

где

- усилие проходящее через центр тяжести соединения;- расчетная длина шва в сварном соединении, равная суммарной длине всех его участков за вычетом 1 см;и- коэффициенты, принимаемые по табл.4.3 и учитывающие проплавление металла при сварке. Физический смысл коэффициентови- отношение минимальных размеров в сечении шва к катету шва (см. рис.4.7). При ручной сварке, когда глубина проплавления невелика и заштрихованную площадь на рис.4.7,б можно считать равносторонним прямоугольником, а

.

Из формулы (4.3) и (4.4) можно определить катет шва “”, который должен

быть не меньше величин, указанных в табл.4.4. СНиП. Однако, чем меньше

отношение катета шва (или толщина шва) к толщине свариваемого металла

, тем более хрупким становится металл шва, что ведет к образованию

Рис 4.6. К расчету угловых швов

а - на разрушение соединений с фланговыми швами; б – с лобовыми швами; в – работающих на изгиб

трещин. Поэтому СНиП диктует, что катеты угловых швов должны быть не более

, где- наименьшая толщина соединяемых элементов.

Сварные соединения с угловыми швами при действии “

” в плоскости, перпендикулярной плоскости расположения швов, рассчитывают на срез:

Рис. 4.7 Расчетные сечения шва

1 – по металлу шва;2 – по металлу границы сплавления

по металлу шва

(4.5)

по металлу границы сплавления

(4.6)

где и- моменты сопротивления расчетных сечений сварного соединения соответственно по металлу шва и металлу границы сплавления;и

- коэффициенты условия работы шва,

и

во всех случаях, кроме конструкций, возводимых в климатических районах, указанных в СНиП 2.01.07-85;

и

- расчетные сопротивления металла шва и металла границы сплавления (см. табл.4.2 и прил.2).

При действии момента в плоскости расположения швов их рассчитывают на срез по формулам:

по металлу шва

(4.7)

по металлу границы сплавления

(4.8)

где x иy - коэффициенты точкиА сварного соединения, наиболее удаленные от центра тяжести;и- моменты инерции расчетного сечения сварного соединения по металлу шва относительно его главных осей“ x ” и“ y ” ;и- то же, по металлу границы сплавления.

При расчете сварного соединения с угловыми швами на одновременное действие продольной силы, поперечной силы и момента

должны выполняться условия

и

;

где и- напряжения в точке расчетного сечения сварного соединения соответственно по металлу шва и металлу границы сплавления, определяемые по формуле:

(4.9)