Сварные конструкции (часть 1) (Сварные конструкции), страница 3
Описание файла
Файл "Сварные конструкции (часть 1)" внутри архива находится в папке "Сварные конструкции". Документ из архива "Сварные конструкции", который расположен в категории "". Всё это находится в предмете "основы проектирования сварных конструкций" из 7 семестр, которые можно найти в файловом архиве РТУ МИРЭА. Не смотря на прямую связь этого архива с РТУ МИРЭА, его также можно найти и в других разделах. Архив можно найти в разделе "книги и методические указания", в предмете "основы проектирования сварных конструкций" в общих файлах.
Онлайн просмотр документа "Сварные конструкции (часть 1)"
Текст 3 страницы из документа "Сварные конструкции (часть 1)"
Алюминиевые сплавы разделяются на деформируемые и недеформируемые. В сварных конструкциях применяется первый из названных видов, недеформируемые — литейные сплавы — используются главным образом в отливках.
Алюминиевые сплавы не имеют площадки текучести, предел текучести определяется при остаточной деформации, равной 0,2 %. С понижением температуры σв, σт, и δ несколько повышаются, поэтому алюминиевые сплавы хорошо работают при низких температурах. С повышением температуры σв и σт резко снижаются.
Существенным преимуществом алюминиевых сплавов перед сталями является их коррозионная стойкость.
Сплав АМц и группа сплавов системы Al — Mg относятся к деформируемым сплавам, не упрочняемым термической обработкой. Эти сплавы свариваются наиболее хорошо. Они применяются в мягком отожженном состоянии, а также в слабо и сильно нагартованном, т. е. подвергнутом пластической деформации с целью повышения предела текучести. При нагартовке показатели прочности существенно повышаются (особенно σт при некотором снижении относительного удлинения.
Наиболее распространены алюминиевые сплавы, легированные магнием, особенно АМг6, который имеет предел прочности в ненагартованном состоянии около 0,8 от предела прочности СтЗ, предел текучести σт, ~ 0,5 ав, относительное удлинение δ = 18 ÷ 20 %. Остальные алюминиевые сплавы (см. табл. 1.7) упрочняются термической обработкой.
Сплавы, легированные медью, обладают повышенной прочностью, но плохо свариваются. Их применяют преимущественно в закаленном и искусственно состаренном состояниях. Сплав В92 дуговой сваркой сваривается значительно лучше, чем сплав Д16, но соединения чувствительны к коррозии под напряжением. Сварные соединения сплава Д16 по прочности ниже, чем основной металл, но удовлетворительно работают при повышенных и низких температурах.
Методом порошковой металлургии получают теплопрочные материалы САП (спеченная алюминиевая пудра). САП обладают прочностью до 330 МПа при комнатной температуре и 70—80 МПа при Т = 500 °С.
При соответствующей дегазации материалы САП свариваются удовлетворительно.
В сварных конструкциях начали применять титановые сплавы. Они пока еще дороги, но обладают многими ценными свойствами. Титановые сплавы, как и алюминиевые, имеют малую плотность (около 4500 кг/м3) и высокие механические показатели.
Пределы прочности и текучести основного металла могут иметь значения до 1000 МПа и выше, причем отношение σт/σв = 0,85 ÷ 0,95. У технического титана ВТ1-0 это отношение приближается к 0,75. Близость значений σт и σв является причиной повышенной чувствительности к концентраторам напряжения, что отрицательно сказывается на работе конструкций из титановых сплавов. Пределы прочности сварных соединений составляют от 0,8 до 1 прочности основного металла.
Конструкции, изготовленные из титана, при относительно малой массе обладают высокой стойкостью против коррозии, хорошими механическими свойствами и красивым внешним видом. Они применяются в химическом машиностроении, в некоторых видах летательных аппаратов, в судостроении, приборостроении, а также при возведении монументов.
Конструкции из магниевых, медных и других сплавов встречаются редко. Магниевые сплавы обладают малой плотностью и невысокими прочностными характеристиками. Разработаны методы их сварки различными способами. Медные сплавы обладают высокой плотностью, хорошей электропроводностью; свариваются различными способами.
Ряд ценных свойств имеют сплавы на основе бериллия. Они обладают высокой прочностью, пластичностью, высоким модулем упругости, но используются крайне редко ввиду, с одной стороны, своей высокой стоимости, а с другой — сложностью их обработки. Бериллиевые сплавы очень токсичны и без применения особых мер предосторожности могут принести большой вред здоровью человека.
В промышленности широко применяются никелевые сплавы. Никелевые сплавы хорошо свариваются под флюсом, аргонодуговым способом. Разработан ряд марок электродов для ручной дуговой сварки. Механические свойства швов при сварке никелевых сплавов имеют достаточно высокие показатели, часто не уступают свойствам основного металла.
Развивается применение полимеров. Полимеры используются в декоративных изделиях, в ряде деталей машин, например подшипников, в деталях транспортных конструкций.
Термопластичные полимеры (термопласты) — высокомолекулярные материалы, которые при нагреве до некоторой температуры переходят в вязкотекучее состояние, а при последующем охлаждении возвращаются в исходное. Эти материалы хорошо соединяются сваркой. К хорошо свариваемым материалам относятся полистирол, полиметилметакрилат, полиэтилен и многие другие. В сварных конструкциях целесообразно применять винипласт и полистирол, которые обладают относительно высокой прочностью, легко обрабатываются и свариваются, хотя и имеют несколько повышенную чувствительность к надрезу.
Механические свойства полимеров разнообразны, они нередко достаточно высоки. Полимеры часто склонны к старению — ухудшению физико-механических свойств с течением времени. В слабо-нагруженных конструкциях полимеры заменяют металл.
В последние годы получили развитие конструкции из составных композитных материалов, представляющих компактную массу с разнородными составляющими, в частности с вкраплением в матрицу высокопрочных или тугоплавких составляющих. Разрабатываются методы сварки композитных материалов.
Созданы порошковые материалы. Из них легко выполняются изделия любой формы. Порошковые материалы получают спеканием, прессованием. Многие порошковые материалы имеют хорошие механические свойства и могут свариваться.
§ 3. Сортамент
В сварных конструкциях применяют металл в виде проката, отливок, поковок и штампованных изделий. Наиболее часто сварные конструкции изготовляют из проката. Его разделяют на группы: листовой, простой сортовой, фасонный и периодический.
Листовой прокат. Листовую сталь получают прокаткой между валками, без бокового давления. Сортамент на толстую листовую сталь (ГОСТ 5681—57) включает листы толщиной от 4 до 160 мм. Листовой прокат приобретает все большее значение в промышленности. Стоимость проката зависит от его сорта и размеров. Наименьшую стоимость имеют профили типовых размеров.
К простому сортовому прокату относят сталь круглую, шестигранную, полосовую. Круглую сталь (ГОСТ 2590—71) широко используют в качестве арматуры железобетонных сооружений, а также в строительных конструкциях, работающих под небольшими нагрузками, например в фермах легкого типа.
Фасонные профили общего назначения. Если элемент конструкции подвергается изгибу, то рациональность профиля с позиции минимальной массы при заданной несущей способности определяется отношением W/F, где W — момент сопротивления изгибу, F— площадь поперечного сечения. Чем больше W/F, тем эффективнее используется профильный прокат.
Двутавровые балки (двутавры) — профильные элементы с большими моментами инерции при относительно небольших площадях поперечного сечения. Номер двутавра указывает его высоту в сантиметрах. Начиная с № 18 и выше, двутавры прокатывают с различной площадью поперечного сечения при одной и той же высоте профиля (ГОСТ 8239—72).
Более экономичны двутавры с параллельными гранями полок (так называемые широкополочные двутавры), широко применяемые за рубежом. С пуском в 1978 г. нового универсального балочного стана в Нижнем Тагиле такие двутавры выпускаются в СССР по ТУ 14-2-24—72. Двутавры применяют в различных строительных и машиностроительных конструкциях.
Угловая сталь (уголки) состоит из двух полок равной или неравной ширины. Сортамент угловой стали определяют ГОСТ 8509—72 и 8510—72. Уголки широко применяют в конструкциях ферм и рам.
Швеллеры используют при конструировании станин, рам, элементов ферм и других видов конструкций. Сортамент швеллеров определяет ГОСТ 8240—72.
Фасонные профили отраслевого назначения применяют в различных областях народного хозяйства: для изготовления рельсов железнодорожного транспорта, тавровых и зетовых элементов строительных конструкций и т. д. Сортамент фасонных прокатных профилей весьма разнообразен (рис. 1.3). Он включает периодические, штампованные, гнутые, прессованные и трубчатые профили.
Периодические профили (переменного сечения) целесообразно применять для арматуры железобетона. Винтообразная форма стержня увеличивает его поверхность и улучшает сцепление металла с бетоном. Применение периодического проката в машиностроении выгоднее, чем обычного, так как позволяет уменьшить массу конструкций.
Штампованные профили (толщина s = 5 ÷ 6 мм) получают из листовой стали холодной штамповкой. Особенность этих профилей — большой момент инерции при относительно малых площадях поперечного сечения, а следовательно, и малой массе. Размеры штампованных элементов зависят от конструкции прессов. Имеются прессы, которые позволяют обрабатывать элементы длиной до 5 — 6 м. Штампованные элементы находят широкое применение в авиастроении, автомобилестроении, строительстве.
Гнутые профили изготовляют из горячекатаной и холоднокатаной отожженной листовой ленточной и полосовой стали обыкновенного качества и из низколегированной стали.
Разработаны гнутые уголки, специальные корытообразные профили, неравнобокие, С-образные и многие другие, которые применяются в тонкостенных конструкциях. Гнутые профили экономичны, гак как при относительно малой площади поперечного сечения и малой массе они обладают повышенной жесткостью, что является существенно важным при работе элементов на изгиб, продольное сжатие, кручение.
Прессованные профили изготовляют из алюминиевых сплавов. Примеры гнутых (а) и прессованных (б) профилей приведены на рис. 1.4.
Трубчатые профили различных очертаний постоянного и переменного поперечного сечения изготовляют сваркой, горячей прокаткой, прессованием, горячим и холодным волочением и раздувкой. Помимо круглого профиля, наиболее распространенного в промышленности, изготовляют также фасонные трубы (рис. 1.5).
Трубы выпускают с широким диапазоном диаметров и толщин стенок. Их используют при монтаже трубопроводов, а также при изготовлении решетчатых конструкций типа вышек, мачт и башен. При проектировании следует учитывать, что стоимость 1 т труб выше, чем стоимость сортового проката, а трубы малого диаметра дороже, чем большого.
ГЛАВА 2
СВАРНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ И РАСЧЕТ ИХ ПРОЧНОСТИ ПРИ
СТАТИЧЕСКИХ НАГРУЗКАХ
§ 1. Принципы расчета сварных соединений
Оценка несущей способности конструкций и соединений производится по предельным состояниям.
Так, согласно СНиПу, строительные конструкции и основания следует рассчитывать на силовые воздействия по методу предельных состояний, при которых конструкция, основание, здание или сооружение перестают удовлетворять заданным эксплуатационным требованиям и требованиям при возведении.
Предельные состояния подразделяются на две группы.
К первой группе, соответствующей потере несущей способности или непригодности к эксплуатации, относятся общая потеря устойчивости формы, потеря устойчивости положения; хрупкое, вязкое, усталостное или иного характера разрушение; разрушение под совместным воздействием силовых факторов и неблагоприятных влияний внешней среды; качественное изменение конфигурации; резонансные колебания; состояния, при которых возникает необходимость прекращения эксплуатации в результате текучести материала, сдвигов в соединениях, ползучести и чрезмерного раскрытия трещин.
Ко второй группе относятся предельные состояния, затрудняющие нормальную эксплуатацию конструкции или снижающие долговечность их вследствие появления недопустимых перемещений (прогибов, осадок, углов поворота), колебаний, трещин и т. п.
В строительных организациях в основу расчета по методу предельного состояния положены так называемые нормативные сопротивления. В качестве нормативного сопротивления принято наименьшее значение предела текучести стали. С учетом неоднородности свойств стали расчетные сопротивления R получают делением значений нормативных сопротивлений на коэффициент безопасности по материалам kм. Для низкоуглеродистой стали расчетное сопротивление R составляет примерно 0,9 σт.
При расчете по этому методу находят величины допускаемых усилий в элементах. Допускаемые усилия определяют с учетом коэффициента надежности kм и коэффициента условий работы m, учитывающих специфический характер работы конкретных объектов рассматриваемой области техники. Коэффициенты kн и т определяют для стропильных ферм зданий, резервуаров, трубопроводов и т. п. на основе всестороннего изучения работы конструкции. Допускаемые усилия для элемента при продольной силе определяют по формуле
Nдоп ≤ RmF/kн (2.1)
где F—площадь поперечного сечения. Расчетное усилие N должно быть s^ Nдоп. Аналогичным путем находят допускаемый момент при изгибе
Mдоп ≤ RmW/kн (2.2)
где W—момент сопротивления сечения.
Легко видеть, что величина Rm/kн представляет собой, по существу, допускаемое напряжение. Коэффициенты и m и kн неодинаковы не только для разных изделий, но в некоторых случаях и для элементов одной конструкции. Таким образом, по этому способу для разных конструкций расчет производится по различным допускаемым напряжениям.
Коэффициенты условий работы некоторых элементов, согласно СНиПу, имеют следующие значения: для балок и сжатых элементов ферм, перекрытий т=0,9; для сжатых основных элементов (кроме опорных) решетчатых ферм при их гибкости λ≥60, т=0,8; для сжатых раскосов пространственных решетчатых конструкций из одиночных уголков, прикрепляемых к поясам одной полкой, т = 0,9; для сжатых элементов из одиночных уголков плоских ферм т=0,75; для колонн жилых и общественных зданий, а также в подкрановых балках для кранов грузоподъемностью G>5 т т=0,9. Ниже, в табл. 2.1, даны значения расчетных сопротивлений R прокатной стали.