какой основной вид напряжений возникает в угловых швах при восприятии нагрузки

Расчет угловых сварных швов на прочность, общие положения

Расчет угловых сварных швов на прочность обязателен при любом напряженно- деформированном состоянии элемента. Как уже отмечалось при рассмотрении основных видов сварных швов, и при растяжении, и сжатии, и при изгибе, и в любом другом напряженном состоянии рассматриваемого элемента конструкции на одном из катетов углового сварного шва всегда будут действовать касательные напряжения.

При этом на второй катет сварного шва могут действовать растягивающие (сжимающие) нормальные напряжения и (или) касательные напряжения в зависимости от напряженно деформированного состояния рассматриваемого элемента конструкции и положения шва в пространстве.

В целом основные положения, принимаемые при расчете угловых сварных швов, такие же как и при расчете остальных элементов конструкции.

Так как сопротивление металла сдвигу или срезу при действии касательных напряжений значительно меньше сопротивления растяжению, сжатию или изгибу при действии нормальных напряжений, то расчет угловых сварных швов (расчет на условный срез) сводится к определению касательных напряжений, которые должны быть меньше расчетного сопротивления.

Предполагается, что разрушение углового сварного шва может произойти в двух плоскостях: по металлу шва и по границе сплавления, поэтому расчет угловых швов производится для этих двух сечений:

Рисунок 529.3. Расчетные сечения угловых швов

А теперь рассмотрим возможные напряженные состояния элементов, соединяемых угловыми швами, более подробно.

Расчет угловых сварных швов производится по следующим формулам:

1. Расчет угловых швов при центральном растяжении (рисунок 529.2.д)) или сжатии (действии силы N)

Рисунок 529.2. Основные виды сварных соединений с угловыми швами.

И лобовые и фланговые швы рассчитываются на условный срез

1.1. по металлу шва (сечение 1 на рисунке 529.3):

Таблица 529.2. (согласно СНиП II-23-81* «Стальные конструкции»)

Примечание: почему при расчетах я рекомендую пользовать именно этой таблицей, а не таблицей из актуализированной редакции указанного СНиПа, достаточно подробно объясняется в статье, посвященной рассмотрению основных видов сварных швов.

Таблица 530.2. Расчетные сопротивления сварных соединений (согласно СП 16.13330.2011 «Стальные конструкции»)

Примечания:

1. Значения коэффициентов надежности по металлу шва γ_wm следует принимать:

Значения R_wun и R_f определяются по следующей таблице:

Таблица 531.1. (согласно СП 16.13330.2011 «Стальные конструкции»)

Примечание:

В ныне неактуальном СНиП II-23-81* и старых справочниках, таблица вида 530.2 сопровождалась следующими примечаниями:

1. Для угловых швов, выполняемых ручной сваркой, значения R_wun принимают равными значениям временного сопротивления разрыву металла шва (σ_в) согласно ГОСТ 9467-75*.

— для электродов Э38 R_wun = σ_в = 38 кгс/мм 2 (3800 кгс/см 2 )

— для электродов Э42А R_wun = σ_в = 42 кгс/мм 2 (4200 кгс/см 2 ) и так далее вплоть до Э150 (сейчас такие марки электродов даже и не рассматриваются).

На мой взгляд это учень удобно, тем не менее сейчас все принято выражать в единицах системы СИ, что и отображено в таблице 531.1.

Таблица 530.3. Коэффициенты условий работы элементов и соединений стальных конструкций (согласно СП 16.13330.2011 «Стальные конструкции»)

1.2. По металлу границы сплавления (сечение 2 на рисунке 529.3):

Таблица 171.8. (согласно ГОСТ 27772-88 для стальных конструкций зданий и сооружений)

Примечание: заменяемые марки стали приводятся отдельно.

Тут добавлю, что при центральном растяжении или сжатии элемента из свариваемых деталей во фланговых швах на обеих катетах шва будут действовать касательные напряжения. В лобовых швах на одном из катетов будут действовать растягивающие или сжимающие нормальные напряжения, имеющие такое же значение, как и касательные напряжения на втором катете.

Я это все к тому, что иногда в справочниках напряжения, определяемые для других видов напряженно-деформированного состояния обозначаются как нормальные, т.е. литерой «σ». Формально тут большой ошибки нет и делается это больше для того, чтобы различать напряжения, возникающие при действии изгибающего момента и других возможных воздействий. Но все равно нельзя забывать, что расчет производится именно на условный срез, т.е. на действие касательных напряжений, имеющих, впрочем, такое же значение, как нормальные на втором катете. А вот направления действия касательных напряжений действительно могут быть разными, что мы вскоре и увидим.

2. Расчет сварных соединений с угловыми швами при действии изгибающего момента М в плоскости, перпендикулярной плоскости расположения швов

Т.е. в данном случае имеется в виду, что через рассматриваемые швы можно провести одну плоскость и эта плоскость будет перпендикулярна плоскости действия момента. К положению плоскости, в которой может произойти разрушение шва, данная формулировка никакого отношения не имеет.

Как правило такая ситуация возникает при расчете сварного соединения втавр двухсторонними швами (рисунок 529.2.г)) или односторонними швами (рисунок 529.3). При этом угловые швы рассчитываются на условный срез

2.1. по металлу шва (сечение 1 на рисунке 529.3):

2.2. по металлу границы сплавления (сечение 2 на рисунке 529.3):

Например при соединении втавр двухсторонними швами моменты сопротивления составят:

Как правило, разделив момент М на момент сопротивления W, мы определяем нормальные напряжения, поэтому в некоторых старых учебниках и справочниках (например: А.П.Мандриков, Примеры расчета металлических конструкций, М.-1991) формулы (531.3) и (531.4) имеют другую форму записи, примерно такую:

Но сути это не меняет.

Примечания:

1. В СНиП II-23-81* и старых справочниках значение расчетного сопротивления R_wf и R_wz при всех возможных расчетных случаях дополнительно умножалось на коэффициенты условий работы шва γ_wf или γ_wz соответственно.

На мой взгляд данное ограничение значения расчетного сопротивления вводилось с целью уменьшения риска хрупкого разрушения сварного соединения при низких температурах. Сейчас оно не действует, но думаю, знать о нем надо.

2. Вообще-то это примечание следовало сделать при рассмотрении первого раздела, но он и так получился перенасыщенным информацией, поэтому оставлю это примечание здесь.

3. Расчет угловых швов при действии изгибающего момента М в плоскости, перпендикулярной плоскости швов и действии продольной силы N

Подобная ситуация часто встречается при расчете разного рода опорных площадок, поэтому я выделил ее в отдельный раздел, хотя в СП 16.13330.2011 такой вариант загружения отдельно не рассматривается.

Тем не менее, при загружении опорной площадки некоторой силой, приложенной с эксцентриситетом, возникает следующая ситуация, которую я решил проиллюстрировать картинкой из все того же А.П.Мандрикова:

Рисунок 531.1.

В этом случае угловые швы рассчитываются на условный срез

3.1. по металлу шва:

3.2. по металлу границы сплавления:

Примечание:

Конечно же согласно требований ныне действующих нормативных документов более правильно вести речь только о касательных напряжениях относительно осей х и у. Т.е. т_wf = т_y, σ_wf = т_х и так далее, но как уже говорилось, на окончательные результаты расчета это ни как не влияет, при этом старый подход выглядит более наглядным.

4. Расчет угловых швов при действии изгибающего момента М в плоскости сварных швов

Подобная ситуация часто встречается при расчете стыковых соединений с накладками, т.е. при одновременном использовании и лобовых и фланговых швов (см. рисунок 529.2.в)), а также при соединении внахлест лобовыми или фланговыми швами (см. рисунок 529.2.а) и б)). Это означает, что как и в предыдущем случае касательные напряжения действуют как вдоль оси х, так и вдоль оси у. Соответственно задача сводится к определению равнодействующей этих двух напряжений. Расчет в этом случае выполняется по следующим формулам:

4.1. по металлу шва:

4.2. по металлу границы сплавления:

Так как рассчитываемые швы находятся в одной плоскости с действующим моментом, то для определения указанных моментов инерции необходимо кроме катета, длины шва и соответствующих коэффициентов также знать расстояние между швами, чего не требовалось при рассмотрении швов, находящихся в плоскости, перпендикулярной плоскости действия момента.

В нормативных документах вопросу определения моментов инерции для угловых сварных швов внимания не уделяется, но на мой взгляд это достаточно сложный вопрос и вообще его рассмотрению следует посвятить отдельную статью, а пока ограничимся следующим примером:

При соединении внахлест только лобовыми швами и при расстоянии между центрами тяжести лобовых швов, равном l (центры тяжести и расстояние l на рисунке 529.2.а) не показаны), значения моментов инерции для сечения металла шва составят:

5. Расчет угловых швов при действии момента М, продольной N и поперечной V сил в плоскости сварных швов

Это наиболее общий случай напряженно-деформированного состояния, проиллюстрированный в СП 16.13330.2011 следующим образом:

Рисунок 531.2. Расчетная схема сварного соединения с угловыми швами в общем случае загружения.

Расчет в этом случае выполняется по следующим формулам:

5.1. по металлу шва:

5.2. по металлу границы сплавления:

Но и это еще не все. При проектировании строительных конструкций необходимо также соблюдать конструктивные требования, предъявляемые к сварным соединениям.

Доступ к полной версии этой статьи и всех остальных статей на данном сайте стоит всего 30 рублей. После успешного завершения перевода откроется страница с благодарностью, адресом электронной почты и продолжением статьи. Если вы хотите задать вопрос по расчету конструкций, пожалуйста, воспользуйтесь этим адресом. Зараннее большое спасибо.)). Если страница не открылась, то скорее всего вы осуществили перевод с другого Яндекс-кошелька, но в любом случае волноваться не надо. Главное, при оформлении перевода точно указать свой e-mail и я обязательно с вами свяжусь. К тому же вы всегда можете добавить свой комментарий. Больше подробностей в статье «Записаться на прием к доктору»

Для терминалов номер Яндекс Кошелька 410012390761783

Номер карты Ymoney 4048 4150 0452 9638 SERGEI GUTOV

Рассчитать формулу нахлесточное соединения

Доктор, как увязать формулы 531.7(8) с формулами 531.14 и 531.15. Судя по всему в знаменателе должна быть сумма моментов инерции тМх = М*х/(Iy+Ix) и тМу = М*у/(Iy+Ix). В подтверждение предлагаю книгу: Металлические конструкции (вопросы и ответы), Бирюлев В.В., страница 56

Судя по чему? Будьте добры, распишите более подробно. Можете цитировать Бирюлева В.В.

При N=0 и Q=0 формула (531.13) т = ((тN + тМх)^2 + (тV + тМу)^2)^1/2 при знаменателе (Iy+Ix) примет вид т = ((М*х/(Iy+Ix))^2 + (М*х/(Iy+Ix))^2)^1/2 и сведется к формуле (531.7) тМ = М(х^2 + у^2)^1/2/(Ix + Iy). У господина Бирюлева (книга есть на двг.ру) тxM = M*r*cos(a)/(Ify+Ifx), тyM = M*r*sin(a)/(Ify+Ifx), где r=(х^2 + у^2)^1/2, cos(a)=y/r, sin(a)=x/r, соответственно тxM = M*r*(y/r)/(Ify+Ifx), тyM = M*r*(x/r)/(Ify+Ifx). Хмм. не заметил даже, что x и y наоборот у него, так что по Бирюлеву тМх = М*y/(Iy+Ix) и тМу = М*x/(Iy+Ix)

Примечание: Возможно ваш вопрос, особенно если он касается расчета конструкций, так и не появится в общем списке или останется без ответа, даже если вы задатите его 20 раз подряд. Почему, достаточно подробно объясняется в статье «Записаться на прием к доктору» (ссылка в шапке сайта).

Источник

Введение. Рис. 4.9 – Схема расчетных сечений сварного соединения с угловым швом

Содержание

Рис. 4.9 – Схема расчетных сечений сварного соединения с угловым швом

Рис 4.8 – Распределение напряжений в соединении с угловыми швами

Рис. 4.7 – Соединения с угловыми швами

Рис. 4.6 – К расчету стыковых швов

Рис. 4.5 – Смещение кромок в стыковом сварном шве

Рис. 4.4 – Распределение напряжений в стыковом сварном шве

Коэффициент концентрации напряжений к_ф зависит от высоты усиления шва d и радиуса перехода r. Концентрация резко возрастает при уменьшении радиуса r до долей миллиметра и увеличении высоты усиления d. Концентрация напряжений возникает также в корне шва при его непроваре.

Другим источником концентрации напряжений в стыковом соединении может служить смещение кромок одного элемента относительно другого (рис.4.5 а). Коэффициент концентрации напряжений k_см зависит от смещения Δ и может быть вычислен по формуле

,

где — относительное смешение кромок. Поэтому при сварке элементов разных толщин необходимо обеспечить плавный переход от более толстого металла к тонкому, выполнив скос с уклоном 1:5 (рис.4.5, б).

Результирующий коэффициент концентрации напряжений в стыковых соединениях вследствие нерационального очертания шва и наличия смещения кромок будет равен

Необходимо отметить, что в стыковых швах при всех видах сварки плавлением концентрация напряжений имеет минимальные значения. Расчет стыковых сварных соединений выполняют в предположении, что распределение напряжений в поперечном сечении сварного шва равномерно.

Условие прочности шва при действии на соединение продольной силы N (рис. 4.6, а) имеет вид

, (4.1)

l_w — расчетная длина сварного шва;

R_wy — расчетное сопротивление сварного стыкового шва;

Расчетную длину сварного шва принимают равной полной ширине соединяемых элементов l при условии выполнения шва с применением выводных планок (рис.4.6, б), которые после сварки срезают. В том случае, если выводные планки не применяют, нужно учесть низкое качество шва в зонах зажигания и прерывания сварочной дуги, поэтому в этом случае расчетная длина шва равна .

Расчетное сопротивление сварного стыкового шва равно расчетному сопротивлению основного металла R_y при сжатии, а также при растяжении, если применяют физические методы контроля качества сварного шва, позволяющие обнаружить внутренние дефекты в шве. О применении физических методов контроля качества сварных швов обязательно должна быть сделана запись в рабочих чертежах КМ. Если физические методы контроля качества шва, работающего на растяжение, не используют, то следует принимать R_wy =0,85 R_y. При работе стыкового шва на сдвиг его расчетное сопротивление назначают равным расчетному сопротивлению срезу R_s основного металла. Так как расчетное сопротивление стали зависит от толщины проката, то в расчетах следует принимать R_y наиболее толстого из свариваемых элементов.

В том случае, если невозможно обеспечить полный провар по толщине свариваемых деталей путем подварки корня шва, например при односторонней сварке или использовании остающейся стальной подкладки, в формуле (4.1) вместо t следует принимать 0,7t.

В тех случаях, когда условие прочности не выполняется, рекомендуется применять косой шов (рис.4.6, в). При этом расчет прочности шва производят по нормальным напряжениям:

(4.2)

где — расчетная длина косого шва.

Для наиболее простого случая, чаще всего встречающегося в практике, при α=45° условие прочности косого шва имеет вид:

(4.3)

Косые швы с наклоном реза 1:2 (а=60°) считаются равнопрочными основному металлу и поэтому не требуют проверки прочности при действии на соединение статической нагрузки.

Если сварное соединение испытывает воздействие изгибающего момента М (рис.4.6, г), то его несущую способность определяют из выражения

или (4.4)

где — момент сопротивления шва.

Пример 4.1. Два листа из стали С345 сечением 250×12 мм необходимо соединить прямым сварным швом встык при расчетном значении растягивающего усилия N=690 кН. Определить, каким образом должна быть выполнена сварка, и выбрать необходимые сварочные материалы.

Так как шов короткий, то его целесообразно выполнять ручной или полуавтоматической сваркой в среде С0₂.

Листовой прокат из стали С345 толшиной t =12 мм имеет расчетное сопротивление R_y=31,5 кН/см 2 (CHиП).

Сварной шов выполняем с полным проваром без применения физических методов контроля качества шва. Поэтому расчетное сопротивление сварного стыкового шва принимаем равным R_wy =0,85 R_y =0,85·31,5=26,8 кН/см 2 .

Проверяем прочность сварного стыкового шва по формуле (4.1), для чего вычислим напряжения в шве:

690 /(25-2·1,2) 1,2=25,4 кН/см 2 .

Отношение 25,4 / 26,8=0,95 2 ) — по табл. 4.4; с пределом текучести свыше 530 МПа (5400 кгс/см 2 ) независимо от вида сварки, положения шва и диаметра сварочной проволоки β_f=0,7 β_z = 1;

и -коэффициенты условий работы шва, равные 1 во всех случаях, кроме конструкций, возводимых в климатических районах I₁, I₂, II₂ и II₃, для которых y_wf = 0,85 для металла шва с нормативным сопротивлением R_wun = 410 МПа (4200 кгс/см 2 ) и y_wz = 0,85 — для всех сталей.

Расчетное сопротивление металла границы сплавления R_wz, так же как и R_wt устанавливается по временному сопротивлению металла

где R_un — нормативное сопротивление металла границы сплавления, принимаемое равным нормативному сопротивлению основного металла по временному сопротивлению.

При механизированных способах сварки элементов с пределом текучести до 28,5 кН/см 2 следует использовать сварочную проволоку, которая бы обеспечивала условие

При сварке элементов из стали с пределом текучести свыше 28,5 кН/см 2 необходимо применять электроды или сварочную проволоку, для которых выполняется условие .

Перечисленные ограничения при сварке элементов из малоуглеродистых сталей обеспечивает в предельном состоянии разрушение соединения по металлу шва, а не по границе сплавления.

При проектировании сварного соединения с угловыми швами на действие продольной или поперечной силы удобнее определять необходимую длину шва из выражений (4.9) или (4.10). Расчетная длина углового шва будет равна

Минимальное значение катета шва k_f необходимо принимать по табл. 4.5 в зависимости от толщины свариваемых элементов, способа сварки, марки стали и вида соединения.

Вид соединения	Вид сварки	Предел текучести стали. МПа (кгс/см 2 )	Минимальные катеты швов kf, мм, при толщине более толстого из свариваемых элементов t, мм
4-5	6-10	11-16	17-22	23-32	33-40	41-80
Тавровое с двусторонними угловыми швами; нахлесточное и угловое	Ручная	До 430(4400)
Св. 430 (4400) до 530 (5400)
Автоматическая и полуавтоматическая	До 430 (4400)
Св. 430 (4400) ДО 530(5400)
Тавровое с односторонними угловыми швами	Ручная	До 380 (3900)
Автоматическая и полуавтоматическая

В нахлесточных соединениях (рис. 4.10) обычно катет шва k_f принимают равным меньшей из толщин соединяемых деталей, а расчетная длина швов равна сумме расчетных длин накладываемых швов. Если длина флангового шва оказалась больше допустимой расчетной длины, равной 85, то рациональнее определять уже не длину, а толщину шва k_f, исходя из его допустимой расчетной длины

Рис. 4.10 – К расчету угловых швов:
а— фланговые швы; б – лобовые швы

Пример 4.2. Рассчитать прикрепление внахлестку растянутого элемента из полосовой стали С285 сечением 200×10 мм к листу толщиной 12 мм. Определить наименьшую длину нахлестки при условии равнопрочности элемента и его прикреплении лобовым и двумя фланговыми швами (рис.4.11).

= 1·0,8·18·1,0·1,0= 14,4кН/см.

Из полученных значений несущей способности металла шва и металла зоны сплавления следует, что минимальную несущую способность имеет металл сварного шва.

Определим усилие, воспринимаемое одним лобовым швом с расчетной длиной l_w = 20-1 = 19 см, N_Л= 11,5/19 = 218,5 кН.

Определим усилие, приходящееся на каждый из фланговых швов:

Воспользовавшись формулой (4.11), вычислим расчетную длину флангового шва

Длина нахлестки l= 14+1 = 15 см, что больше 5 минимальных толщин и меньше 85·0,7·0,8 = 47,6 см.

Глава 1. Расчет площади и составление плана лесного питомника

1.1. Типы лесных питомников: временные, постоянные и базисные лесопитомники

1.2. Выбор места под питомник в соответствии с требованиями ОСТ 56-57-81 «Питомники лесные постоянные. Выбор участка и организация территории. Общие требования»

1.3. Структура лесного питомника: отделения и участки, предусмотренные проектом, их назначение и основные особенности

1.4. Расчет площади отделений питомника

1.5. План постоянного лесного питомника

1.6. План освоения продуцирующей площади питомника

1.7. Схемы посевов и посадок

Глава 2. Агротехника и технология выращивания посадочного материала в хозяйственных отделениях питомника

2.1. Система подготовки почвы

2.2. Способы и сроки предпосевной подготовки семян

2.3. Способы, сроки и нормы высева семян

2.4. Уходы за посевами

2.6. Полив в лесостепной и степной зонах

2.7. Органические и минеральные удобрения

2.8. Разработка системы применения гербицидов

2.9. Мероприятия по борьбе с вредителями и болезнями

2.10. Сроки и способы выкопки, сортировки и приколки посадочного материала

Глава 3. Проект создания лесных культур

Глава 4. Обоснование типов лесных культур, методов и способов их производства

Лесным Кодексом РФ предусматривается своевременное воспроизводство лесов на не покрытых лесной растительностью землях, улучшение породного состава лесов и увеличение их производительности; создание лесов и защитных насаждений на землях, не входящих в лесной фонд.

Решение этой проблемы возможно только путем реализации системы научно обоснованных мероприятий. Особую роль при этом отводят искусственному выращиванию лесов, т.е. созданию лесных культур. Это позволит выращивать высокопродуктивные насаждения необходимого видового состава и определенного целевого назначения, целенаправленно преобразовать ландшафт, а также сократить лесовосстановительный период хозяйственно-ценных пород. Вместе с тем, естественное возобновление леса после его рубки часто задерживается, идет возобновление нежелательными древесными породами или оно вообще отсутствует, это вызывает необходимость проведения работ по созданию лесных культур.

Лесные культуры, как правило, создают для получения древесины – наиболее значимого и перспективного вида сырья, потребление которого постоянно растет. Одновременно в еще большей степени увеличивается потребность человека в рекреационных, водоохранно-защитных и других функциях леса. Лес – незаменимый источник жизнеобеспечения, возобновляемое энергическое сырье. Особым видом лесных культур являются защитные лесные насаждения, основная задача которых не получение древесины, а сохранение, преобразование и эффективное использование ландшафтов. Лесные культуры создают для удовлетворения нужд народного хозяйства в древесине, защиты почв от ветровой и водной эрозии, повышения урожайности сельскохозяйственных культур, регулирования водного режима рек, водоёмов, создания благоприятных условий для культурного, здорового отдыха трудящихся и т.п. Целью курсового проекта является: научиться проектировать лесной питомник.

Питомником называют предприятие или специализированную его часть, предназначенную для выращивания посадочного материала, используемого в дальнейшем для искусственного выращивания насаждений, озеленения городов, населённых пунктов, и создания защитных лесных насаждений.

Источник