Для сварных соединений при ручной сварке, МПа

			Расчетные сопротивления при марке стали
Вид	Напряженное	Расчетные	С235	С345
сварного шва	состояние	Сопротивления	Электроды
			Э4,2, Х42А	Э50, Э50А
Стыковой	Сжатие Растяжение, изгиб Сдвиг	Rwy = Ry Rwy = 0,85 Ry Rws = Rs
Угловой	Срез: по металлу шва по металлу границы сплавления	Rwf Rwz = 0,45 Ryn

 

Стыковые соединения рассчитывают на центральное растяжение (сжатие) из условия

N /(l_w t) < Rwy·γ_с, (3.1)

где N - расчетная продольная сила; l_w - расчетная длина шва; t - расчетная толщина шва, равная наименьшей толщине соединяемых элементов; R_wy - расчетное сопротивление стыкового шва.

Если прочность углового шва недостаточна, его делают косым (рис. 3.2, г).

Угловые соединения рассчитывают на срез (условный) по двум сечениям: по металлу шва и по металлу границы сплавления, по формулам

N /(β· _f k_f l_w) < Rwf·γwf·γ_c , (3.2)

N /(β _z k_f l_w) < Rwz· γ c, (3.3)

где k_f - катет углового шва; l_w - расчетная длина шва, принимаемая меньше его полной длины на 10 мм; R_wf - расчетное сопротивление углового шва; γ _wf, γ _wz - коэффициенты условий работы, равные единице во всех случаях, кроме конструкций, возводимых в суровых климатических условиях (климатические районы I₁, I₂, II₂ и II₃), γ _wf = 0,85 при металле шва с нормативным сопротивлением R_wun = 410 МПа, а γ _wf = 0,85 для всех сталей; β _f и β _z - коэффициенты, зависящие от вида сварки и положения шва (табл. 3.3); γ _с - коэффициенты условий работы.

Толщину стыкового шва принимают равной толщине соединенных элементов “ t ”. Толщина углового шва k_f (катет шва) должна быть не более 1,2 t, где t - наименьшая толщина элемента. Минимальная толщина углового шва при толщине t более толстого из свариваемых элементов должна быть не менее следующих величин: k_f = 4, 5, 6, 7, 8, 9 мм; t = 4-5, 6-11, 11-16, 17-22, 23-32, 33-40 мм.

 

Таблица 3.3. Коэффициенты для расчета угловых швов

Вид сварки при диаметре	Положение	Коэф- фици-	Значения коэффициентов при катетах швов, мм
сварочной проволоки, мм	Шва	ент	3...8	9...12	14..16	18 и более
Автоматическая	В лодочку	β f		1,1		0,7
при d = 3...5		β z		1,15		1,0
	Нижнее	β f	1,1	0,9
		β z	1,15	1,05
Автоматическая	В лодочку	β f	0,9	0,8	0,7
и полуавтомати-		β z	1,05	1,0
ческая при	Нижнее	β f	0,9	0,8	0,7
d = 1,4...2		β z	1,05		1,0
Ручная; полуавтоматическая прово-	В лодочку	β f	0,7
локой сплошного сечения при d < 1,4 или порошковой проволокой	Нижнее, горизонтальное, вертикальное, потолочное	β z	1,0

П р и м е ч а н и е. Значения коэффициентов соответствуют нормальным режимам сварки.

 

Расчет сварных соединений с угловыми швами на действие изгибающего момента М в плоскости, перпендикулярной плоскости расположения швов (рис. 1.7), производят по двум сечениям:

по металлу шва М / W_f < , (3.4)

по металлу границы сплавления М / W_z < , (3.5)

где W_f = (β _f k_f l_w ²)/6 - момент сопротивления расчетного сечения металла шва; W_z = (β _z k_f l_w ²)/6 - момент сопротивления расчетного сечения по металлу границы сплавления.

Расчет сварных соединений с угловыми швами на одновременное действие поперечной силы Q и момента М (рис.) производят по формулам:

<R_wf·γ_wf·γ_c, (3.6)

<R_wzγ·_wzγ_c. (3.7)

На действие продольной силы N и момента М (рис.) расчет швов производят по формулам

N /β _f k_f l_w + 6 M /β _f k_f l_w ² < R_wf ·γ _wf ·γ _c , (3.8)

N /β _z k_f l_w + 6 M /β _z k_f l_w ² < R_wz γ· _wz γ _c . (3.9)

Расчет длины шва по обушку и перу уголка (рис.) производят на усилия равными:

у обушка Н_о = 0,7 Н (3.10)

у пера Н_р = 0,3 Н

Рис.3.3

К расчету сварных швов на действия различных сил:

а) продольной силы; б) изгибающего момента;

в) изгибающего момента и поперечной силы;

г) изгибающего момента и продольной силы; д) крепление уголка;

1 - лобовой шов, 2 - фланговые швы, 3 - обушок, 4 - перо.

5 – по моменту границы сплавления; 6 – по металлу шва.

Болтовые соединения

В металлических конструкциях для рабочих и монтажных соединений элементов применяют болты нормальной, грубой и повышенной точности, а также высокопрочные диаметром от 16 до 30 мм. Для крепления конструкций и различных элементов к фундаменту используют анкерные (фундаментные) болты диаметром до 90 мм (ГОСТ 24379.1-80).

Обычные болты (ГОСТ 22356-77) изготавливают различных классов точности А, В и С соответственно для болтов повышенной, нормальной и грубой точности.

Для рабочих соединений, воспринимающих расчетные усилия, применяют болты класса А и В, для монтажных - класса С.

Болты грубой и нормальной точности (и гайки к ним) изготавливают из углеродистой стали и вводят в отверстия, просверленные в соединяемых элементах. Для болтов классов С, В и А обычно отверстия в элементах по отношению к диаметру болта делают больше соответственно на 2-3, 1-1,5, 0,25-0,35 мм.

Разница в диаметрах болта и посадочного отверстия повышает деформативность соединения и упрощает установку болта и образование соединения.

С повышением класса точности болтов снижается деформативность соединения, однако повышает требования увеличения точности исполнения отверстий.

Кроме того, болты различаются по прочности. Класс прочности обычно указан на головке болта выпуклыми цифрами.

Для болтов повышенной точности (из углеродистой или легированной стали) поверхность ненарезной части обтачивается строго цилиндрической формы, а отверстия сверлятся в собранных элементах с помощью специальных шаблонов - кондукторов.

Высокопрочные болты изготавливают из углеродистой стали 35 или легированных сталей 40Х, 40ХФА, 38ХС. (табл. 3.8). Они подвергаются термической обработке уже в готовом виде. Высокопрочные болты ставят в отверстия элементов большего диаметра, чем у болта; гайка должна плотно стягивать элементы, препятствовать их сдвигу. Это достигается путем затягивания гайки до большего натяжения болтов.

Заклепочные соединения в настоящее время применяются в ограниченном количестве. В основном приходится сталкиваться с уже ранее построенными сооружениями (мосты и др.). Заклепки изготавливают из круглой калиброванной стали диаметром 13-31,5 мм с интервалом 2 мм. Форма головки зависит от назначения заклепки. В соединениях заклепки ставят горячим (800⁰С) и холодным способом. Работа ведется с помощью специального оборудования (на заводах) или наскального молотка (на монтажных площадках). При остывании заклепка стягивает соединяемые элементы и обеспечивает передачу внешних усилий через трение. Для заклепок применяют специальные стали: заклепочная Ст2 и Ст3 или низколегированная 09Г2С с пределом текучести 300 МПа.

Рис. 3.4.

Вид болта нормальной точности

Рис. 3.5. К работе высокопрочного болта.

Схема работы болтов

Рис. 3.6. Работа заклепок на срез и смятие.

Рис. 1.11. Типы заклепок, а – в – стальные.

До тех пор, пока не преодолены силы трения между местами соединяемых элементов (рис.3.6), конструкция работает упруго как одно целое. Стержень заклепки более пластичен, чем материал соединяемых элементов. После преодоления сил трения происходит сдвиг соединяемых элементов, стержень искривляется и разрушается от среза при незначительном растяжении. Кроме того, стержень заклепки работает на смятие.

Расчет болтовых соединений (кроме высокопрочных) производится для двух случаев работы. Когда внешнее усилие направлено поперек оси болта, соединение работает на сдвиг, а болты работают на срез и смятие. Если же усилие действует вдоль оси стержня болта, то болты работают на растяжение, а разрушение соединения наступает после больших пластических деформаций, в результате чего усилие распределяется поровну между всеми болтами. Число болтов, необходимое для прикрепления какого-либо элемента, определяется из условия

n ≥ N /(γ _c · N_min), (3.11)

где N - усилие в элементе; N_min - меньшее из значений расчетных усилий для одного болта, определенное по формулам (3.12...3.14) (односрезные болты рассчитывают только на срез).

Расчетное усилие на один болт по срезу, по смятию и по растяжению вычисляют соответственно по формулам:

N_ob = R_bs ·γ _b An_s, (3.12)

N_b = R_bp ·γ _c·dΣt, (3.13)

N_b = R_bt A_bn, (3.14)

где R_bs, R_bp, R_bt - соответственно расчетные сопротивления болтовых соединений на срез, смятие и растяжение, зависящие от марки сталей болтов и соединяемых элементов, от вида болтов; (опр. по табл 3.6; 3.7); для болтов класса 4.6 R_bs = 150 МПа, R_bt = 175 МПа. Расчетные сопротивления на смятие элементов, соединяемых болтами нормальной и грубой точности при марках сталей соединяемых элементов соответственно будут равны: ВСт32кп R_bp = 365 МПа, ВСт3пс6 и ВСт3сп5 R_bp = 370 МПа, 09Г2С R_bp = 535 МПа, γ _b - коэффициент условий работы (табл. 3.5) соединения принимается в соответствии со СНиП II-23-81*, табл. 35. Для многоболтового соединения в расчетах на срез и смятие при болтах повышенной точности γ _b = 1, при болтах грубой и нормальной точности γ _b = 0,9; d - наружный диаметр стержня; n_s - число расчетных срезов одного болта; Σt - наименьшая суммарная толщина элементов, сминаемых в одном направлении; А = π·d²/4 - расчетная площадь сечения стержня болта; А_bn - площадь сечения болта нетто (табл. 3.4) (для болтов с метрической резьбой это значение принимается в соответствии с ГОСТ 22356-77 по СниП II-23-81*, для остальных А_bn ~ 0,79А).

Подсчет необходимого количества болтов производится для соединения согласно рис. 1.9. и 1.11 а, б, на основании формул (3.12) и (3.13) и принимается большим из значения

n = N /(n_s R_bs ·γ _b ·γ _c) или

n = N /(d Σ tR_bp ·γ _b ·γ _c). (3.15)

Обычно в расчете диаметрами болтов задаются, имея в виду, что наиболее употребительные диаметры - 20, 24, 30 мм.

Соединения на высокопрочных болтах (рис 3.5) работают за счет трения поверхностей соединяемых элементов, и расчетное усилие, которое может быть воспринято поверхностями трения соединяемых элементов, стянутых одним высокопрочным болтом, определяют по формуле

Q_bn = , (3.16)

где R_bn = 0,7 R_bun - расчетное сопротивление растяжению высокопрочного болта; R_bun - временное сопротивление разрыву (принимается по табл 3.8) (напри-мер, для болтов из стали 40Х “селект” R_bun = 1100 МПа); А_bn - площадь сечения болта (по табл 3.4) нетто; n - количество поверхностей трения; - коэффициент трения (принимается по табл 3.9) (при обработке соединяемых поверхностей стальными щетками = 0,35); _h - коэффициент надежности (табл. 3.9) (при номинальной разности диаметров болтов и отверстий 5...6 мм _h = 1,25); _b - коэффициент условий работы, зависящий от количества n болтов, необходимых для восприятия расчетного усилия; γ _b = 0,8 при n ≤ 4, γ _b = 0,9 при n = 5...9, у_b = 10 при n ≥ 10.

При действии момента на соединение распределение усилий на болты следует принимать пропорционально расстояниям от центра тяжести соединения до рассматриваемого болта. Болты, работающие одновременно на срез и растяжение, рассчитываются отдельно на срез и на растяжение. Болты, работающие на срез от одновременного действия силы и момента, рассчитываются на равнодействующее усилие. Количество n высокопрочных болтов в соединении определяют по формуле

Необходимое осевое усилие высокопрочного болта, проверяемое при затяжке тарировочным ключом, равно

Болты в соединениях размещают в рядовом или шахматном порядке в соответствии с рис. 1.12.

Болты размещают в соответствии со следующими требованиями.

1. Минимальное расстояние между центрами болтов в любом направлении должно быть равно 2,5 d (3 d для элементов из стали с пределом текучести свыше 380 МПа), максимальное - в крайних рядах при отсутствии окаймляющих уголков при растяжении и сжатии 8 d или 12 t.

2. Минимальное расстояние от центра болта до края элемента вдоль усилия должно быть равно 2 d, минимальное - поперек усилия при прокатных кромках - 1,2 d; максимальное - 4 d или 8 t (d - диаметр отверстия для болта, t - толщина наиболее тонкого наружного элемента); минимальное для высокопрочных болтов при любой кромке и любом направлении усилий - 1,3 d.

3. В расчетных стыках и узлах следует размещать болты на
минимальных расстояниях.

4. При размещении болтов в шахматном порядке расстояния между их центрами вдоль усилия принимают минимально (а + 1,5 d), где d - диаметр отверстия для болта, а - расстояние между рядами поперек усилия.

5. В соединениях с болтами грубой, нормальной и повышенной точности необходимо предусмотреть постановку пружинных шайб или контргаек для предупреждения развинчивания гаек.

Контрольные вопросы к главе 3

1. На каких принципах основаны соединения элементы МК?

2. Преимущества и недостатки сварных соединений.

3. То же, болтовых соединений.

4. То же, заклепочных соединений.

5. Виды сварки.

6. Виды сварных соединений.

7. Как расчитать угловые швы.

8. Как расчитать стыковые швы.

9. Как рассчитать комбинированное соединение на одновременное действие продольной и поперечной силы и крутящего (изгибающего) момента?

10. Какие виды болтов применяются в строительных металлоконструкциях?

11. Какие разновидности имеют болтовые соединения и чем они отличаются от сварных?

12. Как расчитать болтовые соединения при срезе.

13. То же, при смятии металла.

14. То же, при растяжении.

15. Особенности работы высокопрочных болтов.

16. Какими соображениями следует руководствоваться при проектировании болтовых соединений?

Резюме к главе 3

В главе 3 расмотрены виды соединений металлических конструкций: сварные, болтовые и на заклепках, а также область их применения.

Приведены виды сварки и типы сварных соединений. Даны способы расчета сварных, болтовых соединений и на заклепках Приведены особенности расчета высокопрочных болтов.

⇐ Предыдущая123456Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: