Соединения металлических конструкций

Сварные соединения

Основной вид соединений стальных конструкций подъемно­-транспортных машин - сварные. Лишь для монтажных соеди­нений сварка часто мало удобна и заменяется болтовыми соеди­нениями. Заклепочные соединения применяются в настоящее время редко.

Сварные швы встык, воспринимающие продольные силы и имеющие расчетное сопротивление наплавленного металла та­кое же, как у материала свариваемых элементов, должны выпол­няться прямыми c полным проваром и выводом концов шва за пределы стыка (на подкладки); такие швы считаются равнопроч­ными с основным металлом и не требуют проверки расчетом. При применении в стыковых швах наплавленного металла, рас­четное сопротивление которого ниже, чем у свариваемых эле­ментов, швы могут выполняться прямыми или косыми (рис. 66, а; аа обозначает направление, по которому развивается усталост­ная трещина). Соединение прямым стыковым швом, перпендикулярным к осевому усилию N, в этом случае неравнопрочно целому элементу, равнопрочным будет косой шов, направленный под определенным углом (α ≤ 60°) к осевому усилию. Однако применение косых швов в поясах и стенках балок не рекомендуется.

Расчет прямых швов встык на прочность производится по формуле

, (194)

где N – расчетное усилие; l_ш – расчетная длина шва, равная полной длине в случае вывода концов за пределы стыка, в ином случае – за вычетом участков в конце и начале шва общей длиной 10 мм; δ – толщина шва, равная толщине стыкуе­мых листов, а при листах разной толщины толщина шва, прини­маемая равной толщине наиболее тонкого из листов; R^CB - рас­четное сопротивление шва встык сжатию или растяжению.

Стыковые соединения, испытывающие одновременно действие нормальных и срезывающих напряжений, проверяются по фор­муле

, (195)

где σ_СВх и σ_СВу – нормальные напряжения в сварном соединении по двум взаимно перпендикулярным направлениям; τ_СВху – на­пряжение в сварном соединении от среза; R_p^CB – расчетное сопро­тивление сварного соединения встык растяжению.

а – стыковыми швами; б – угловыми: 1 – лобовой и 2 – фланговые швы

Рисунок 66 – Сварные соединения.

При работе в условиях переменных напряжений при нор­мальном качестве стыкового шва усталостная трещина разви­вается по основному металлу; для прямого стыкового шва ­вдоль его границы; для косого - от начала шва перпендикулярно к оси растяжения элемента. Поэтому стыковые швы, удовлетво­ряющие условию прочности, удовлетворяют одновременно и условию выносливости. Усталостная трещина развивается по шву только при наличии дефектов в сварном шве.

Стыковое соединение труб рекомендуется осуществлять с помощью плотно пригнанного подклад­ного кольца; при этом значение эффективного коэффициента концентрации К < 2 и близко к обычным значениям К для стыковых соединений.

Среди всех конструкций сварных соединений соединения сты­ковым швом обладают наилучшим сопротивлением усталости. Поэтому краны, рассчитываемые с учетом явлений усталости, как правило, конструируются в листовом исполнении, базирую­щемся на стыковых швах. Ферменные конструкции, базирующиеся на угловых швах, для этих кранов не рекомендуются.

Соединения с угловыми швами (рис. 66, 6) при работе на осевую продольную силу проверяются на срез по формуле

N/[Σ(βh)l_ш]≤m_KR_y^CB, (196)

где h - расчетная высота сечения шва, принимаемая равной катету вписанного в сечение углового шва равнобедренного тре­угольника, ограниченная из технологических соображений как по минимуму, так и по макси­муму; β – коэффициент, прини­маемый в зависимости от вида сварки, для однопроходной автоматической сварки β = 1, для ручной – β = 0,7; R_y^CB– расчетное сопротивление углового шва.

Рисунок 67 – Сварное соединение, воспринимающее момент и поперечную силу

При расчете соединений с угловыми швами не по действующим нагрузкам, а из условий равнопрочности соединения с сечением прикрепляемого элемента площадью F или при наличии отвер­стий площадью F_нтнаибольшее допускаемое усилие, если эле­мент растянут,

N =m_K RF_нт, (197)

а если сжат, N =φm_K RF, (198)

при этом, если φF > F_нт, для расчета сжатых элементов надо пользоваться формулой (197).

Сварные соединения, работающие на изгиб (рис. 67), рас­считываются по общим формулам для изгибаемых сечений. При этом для соединений впритык надо различать два случая: 1) при­соединение выполнено с проваром на всю толщину стенки, т. е. стыковым швом; 2) оно выполнено угловыми швами. При одно­временном действии в одном и том же сечении углового шва напря­жений среза в двух направлениях расчет производится на равно­действующую этих напряжений.

Лобовые швы подобно стыковым пересекают силовой поток нормально к его направлению. При плавном переходе от шва к основному металлу соединение лобовыми швами может созда­вать концентрацию напряжений, близкую к вызываемой стыко­вым соединением.

Соединения фланговыми швами дают наиболее высокие эффек­тивные коэффициенты концентрации, что объясняется сосредо­точенностью передачи усилий и неравномерностью работы флан­говых швов по длине. Зачистка концов фланговых швов прак­тически не уменьшает значения эффективного коэффициента кон­центрации, и выполнение ее нецелесообразно.