Сварные конструкции1 134-199стр. (Сварные конструкции), страница 3

В зависимости от знака остаточных напряжений действие их также различно. Например, предел выносливости образца из стали СтЗ с надрезами на кромках при действии отнулевых нагрузок составлял 74 МПа. При нагреве образца по оси, т. е. при создании в надрезе остаточных сжимающих напряжений, предел выносливости повысился до 110 МПа. В то же время при проковке образца по оси — создании в надрезе растягивающих остаточных

н апряжений — усталостная прочность понизилась до 56 МПа. Таким образом, остаточные напряжения могут быть не только вредными, но и полезными. Если в зоне наибольших растягивающих напряжении от внешних нагрузок создать остаточные сжимающие напряжения, то последние будут способствовать повышению усталостной прочности сварных соединений. Благоприятные остаточные напряжения сжатия можно создать местной пластической деформацией. С этой целью сварные соединения иногда подвергают поверхностной механической обработке: прокатке роликами или, что является более простым и удобным, обдувке дробью, об-

работке пневматическим молотком или пучком проволок ударными методами. При этом в поверхностных слоях металла происходит пластическая деформация, которая вызывает наклеп металла, сопровождающийся повышением σт, и, кроме того, образуются остаточные напряжения сжатия. Чем выше коэффициент концентрации напря-

жений в сварном соединении, тем более эффективно применение поверхностной обработки швов.

Эффект повышения предела выносливости сварных точечных соединений достигается их обжатием ковочным давлением при осты-







вании. Проковка повышает сопротивляемость усталостным разрушениям в 1,4—2 раза, а при обработке специальными инструментами и скоростной проковке — в 2,2—3 раза.

Институтом электросварки им Е. О. Патона разработан способ повышения усталостной прочности сварных соединений обжатием посредством взрыва. Вдоль швов укладывают трубки со взрывчатым веществом. В результате действия взрывной волны усталостная прочность повышается.

Выносливость сварных соединений может быть увеличена предварительным их нагружением при одновременном устранении вредных растягивающих остаточных напряжений в зоне концентрации. Иногда считают полезным создавать предварительные напряжения в тонкостенных конструкциях и подвергать их вибрации. При этом остаточные растягивающие напряжения уменьшаются на несколько десятков процентов, а сопротивление усталостным нагрузкам повышается.

§ 5. Несущая способность сварных соединений при переменных нагрузках

Расчет прочности сварных конструкций, работающих под переменным нагрузками, производится по марке металла, характеристике цикла r, эффективным коэффициентам концентрации напряжений Кэ и продолжительности эксплуатации, определяемой числом нагружений.

Следует подчеркнуть, что сварные соединения при переменных нагрузках рассчитываются, во-первых, с учетом прочности основного металла, находящегося в зоне сварных швов, где в результате концентрации напряжений прочность существенно снижается, а во-вторых, с учетом прочности самого шва. Единая методика определения прочности сварных конструкций при переменных нагрузках отсутствует.

При проектировании строительных конструкций руководствуются нормами СНиПа; разработаны нормативные данные для судостроения, конструирования подъемно-транспортных машин, мостостроения. Указанные нормы имеют некоторые различия, учитывающие особые условия работы.

При расчете по СНиПу основное внимание при переменных нагрузках уделяют расчету прочности основного металла в зоне сварных швов, считая, что прочность швов достаточно обеспечена расчетом на равнопрочность основному металлу при статическом нагр ужении. При этом эффективные коэффициенты концентрации напряжений учитываются косвенным путем. Каждый тип соединения причисляется к одной из восьми условных групп. Номера этих групп для характерных сварных соединений приведены в табл. 4.6.

Целая полоса металла относится к группе 1, при наличии в ней выреза — к группе 1 или 4 в зависимости от радиуса выреза. Металл в стыковых соединениях в месте перехода к необработанному стыковому шву относят к группе 4 или 5, а то же соединение при обработке стыкового шва — к группе 2 или 3.

Таблица 4.6

Группы элементов и соединений при расчете на усталость по СНиПу.

Эффективные коэффициенты концентрации напряжений К,э по нормам Минтяжмаша для краностроения

Примечание. В числителе даны значения Кэ для сталей С 44/29, С 46/33, С 52/40, в знаменателе — для стали С 38/23.

Основной металл в месте соединения с лобовым швом относят к группе 4 или 7 в зависимости от наличия или отсутствия обработки.

В строительных конструкциях расчет прочности производят с учетом расчетных сопротивлений (см. гл. 2). Значения расчетных сопротивлений при переменных нагрузках умножают на коэффициент

γ=c/(a-br) (4.4)

в случае, если наибольшее напряжение растягивающее, и

γ=c/(b-ar), (4.5)

если наибольшее напряжение сжимающее, где r— характеристика цикла; коэффициенты а, b и с находят из табл. 4.7.

Таблица 4.7

Коэффициенты а, Ь и с

Пример 1. Определить несущую способность прикрепления полосы шириной 200 мм и толщиной s = 10 мм к косынке лобовым швом длиной l1=20см и двумя фланговыми l2 = 5 см; r= 0,2; сталь С 38/23; расчетное сопротивление R = 210 МПа для основного металла при растяжении и Rу = 150 МПа при срезе для угловых швов. Допускаемое напряжение находим при условии, что коэффициент условия работы т = 0,9; коэффициент безопасности k= 1,1; число нагружений N > 5-10⁶.

Допускаемые напряжения при статическом нагружений

в угловых сварных швах

Согласно табл. 4.6, соединение относится к группе 8. По табл. 4.7 находим коэффициенты с = 0,85; а = 4,8; b = 4,2;

Несущая способность сварного соединения по основному металлу в зоне сварных швов

Проверяем равнопрочность сварных швов основному металлу при статическом нагружений.

Для основного металла

Для угловых швов при β = 0,7 и катете К = 1 см

Так как Р2 > P1, то равнопрочность обеспечена и несущая способность сварного соединения при переменных нагрузках определяется найденным значением Р = 0,0738 МН.

Пример 2. Определить напряжения в швах, прикрепляющих уголок 100 Х Х 100 Х 10 мм из стали С 46/33 одним лобовым lл = 10 см (размер уголка) и двумя фланговыми швами lфл1 = 20 см и lфл2 = 8 см; Р = 250 кН; расчетное сопротивление на растяжение в металле R = 290 МПа; на срез в угловых швах Ry = 200 МПа; число нагружений N = 10⁶. Характеристика цикла r =0,6. Преобладающее напряжение сжимающее. Коэффициент условия работы т = 0,8, коэффициент безопасности k = 1, 2.

Допускаемое напряжение в основном металле при статических нагружениях

В угловом шве

Соединение относится к группе 8. Согласно табл. 4.6,

Допускаемое напряжение в основном металле

Напряжение от силы Р в уголке (площадь сечения F = 19,6 см²)

Таким образом, прочность соединения по основному металлу обеспечена. При статическом нагружений несущая способность уголка

Соответственно несущая способность угловых швов

Так как Р1 ≈ Р2 то при переменных нагрузках проверка прочности сварных швов не требуется.

Расчет сварных соединений при проектировании кранов конструкции Мннтяжмаша имеет ряд особенностей но сравнению с расчетом по СНиПу.

При определении предела выносливости значения эффективных коэффициентов концентрации напряжений Кэ используют непосредственно, причем не только применительно к основному металлу вблизи шва, но и при расчете самих сварных швов. Изменяется и оценка долговечности. Если по СНиПу долговечность рассчитывают

изменением коэффициентов а, b, с (см. табл. 4.7) через значительные интервалы чисел нагружений: 0,5·10⁶; 10⁶ и т.д., то по нормативам Минтяжмаша долговечность оценивают по отношению числа ожидаемых крановых нагруженнй к числу нагружений, определяющих предел выносливости. Иначе оценивают и значение полезной нагрузки в зависимости от режима работы крана (тяжелый, средний). Не анализируя глубоко особенности расчета прочности крана как целого сооружения, рассмотрим методы расчета

сварных соединений в крановых конструкциях.