Конспект (Часть 2) (Конспект лекций 4302)

СВАРНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ И РАСЧЕТ ИХ ПРОЧНОСТИ ПРИ

СТАТИЧЕСКИХ НАГРУЗКАХ

Сварные соединения рассчитывают по:

1. По предельным состояниям;

2. По допускаемым напряжениям.

Принцип расчета сварочных соединений по предельным состояниям.

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.

Потеря несущей способности или непригодности к эксплуатации – общая потеря устойчивости формы; потеря устойчивости положения; хрупкое, вязкое, усталостное или др. разрушения; разрушение над совместным воздействием силовых факторов и неблагоприятного влияния внешней среды; качественное изменение конфигурации; состояния 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 большинстве случаев расчет конструкций производится по первому предельному состоянию, т.е. по условию прочности (σ_B= P_max /F, где P_max – max нагрузка, достигается при нагружении; F- площадь поперечного сечения образца перед испытанием).

В основу расчету по этому методу положены нормативные так называемые нормативные сопротивления или расчетное сопротивление. В качестве нормативного сопротивления принято наименьшее значение предела текучести материала.

С учетом неоднородности свойств стали расчетные сопротивления R получают делением значений нормативных сопротивлений на коэффициент безопасности по материалам k_м. Для низкоуглеродистой стали расчетное сопротивление R составляет примерно 0,9 σ_т, [МПа].

σ_т – предел текучести, определяется величиной силы, вызывающей текучесть P_т, отнесенной к единице первоначальной площади поперечного сечения образца.

Значение величин расчетных сопротивлений можно найти в литературе [2;4;8]

При расчете по этому методу определяют величину допускаемых условий N_доп в элементах с учетом коэффициента возможной перегрузки конструкции n и коэффициента условий работы m. Данные коэффициенты определяют из всестороннего изучения условий работы конструкции, т.е. экспериментальным путем.

Коэффициент перегрузки n принимают равным

n = от 1,0 до 1,2

Коэффициент условий работы для балок, резервуаров и т.д.

m = от 0,8 до 0,9

Допускаемые усилия для элемента при продольной силе опреде­ляют по формуле

N_доп ≤ RmF/k_н

где F—площадь поперечного сечения.

Произведение Rm/k_н представляет собой по существу величину допускаемого напряжения [σ]= N_доп/F

[σ]_р= R m/k_н, [МПа]

Расчетное усилие N _р должно быть меньше или равно N_доп

N _р ≤ [N] _доп

Расчетные напряжения σ_р в сечении должны быть меньше или равно [σ]_р

σ_р≤[σ]_р

Аналогичным путем находят допускаемый момент при изгибе M_доп

M_доп ≤ RmW/k_н

где W—момент сопротивления сечения.

Легко видеть, что величина Rm/kн представляет собой, по существу, допускаемое напряжение. Коэффициенты m и n 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.

Таблицa2.1

Расчетные сопротивления сталей строительных конструкций, МПа

В табл. 2.2 приводятся расчетные сопротивления для сварных соединений.

Расчетные сопротивления R основного металла различных алю­миниевых сплавов, применяемых в строительстве, при сжатии, ра­стяжении, изгибе имеют следующие значения, МПа:

Таблица 2.2

Расчетные сопротивления сварных соединений в строительных конструкциях, МПа

Расчетные сопротивления для швов алюминиевых конструкций приведены в табл. 2.3.

Таблица 2.3

Расчетные сопротивления R, МПа, швов алюминиевых сплавов

Примечание. Цифры, указанные в числителе, относятся к сварке плавящимся электродом, в знаменателе — вольфрамовым.

В основу расчета машиностроительных конструкций и соедине­ний положены допускаемые напряжения, которые устанавливаются в зависимости от следующих факторов:

1. от свойств материалов — при улучшении механических
   свойств допускаемое напряжение повышается;

2. от степени точности расчета прочности — чем точнее произ­водится расчет прочности и полнее учитываются нагрузки, действующие на конструкцию, тем меньше принимаемый коэффици­ент запаса прочности, а следовательно, выше допускаемое напря­жение;

3. от рода усилий (растяжение, сжатие, изгиб и срез);

4. от качества технологического процесса — это обстоятель­ство имеет особенно большое значение при установлении допускае­мых напряжений в сварных соединениях;

5. от характера нагрузок — при переменных нагрузках допу­скаемое напряжение понижается по сравнению со статическими.

Допускаемое напряжение – это фактор технико-экономический. Если напряжения в конструкции существенно занижены относительно допускаемых σ<0,95 [σ]_р и нет мотивов для подобного занижения (требования жесткости, устойчивости и т.д.), то спроектированная таким путем конструкция имеет излишнюю несущую способность, а ……, излишнюю массу материала и неэкономична. Если, напротив, напряжения в конструкции σ<1,05 [σ]_р, то несущая способность спроектированной конструкции менее требуемой и ее следует признать неполноценной с позиции надежности. Наиболее желательным является случай, при котором σ = [σ]_р, это условие обеспечивает экономичность и требуемую прочность.