2.2 Расчет швов встык в элементах, воспринимающих осевую силу.
Напряжение в шве прямого стыка (рисунок 1, а) проверяется по формуле:
при сжатии
(1)
или при растяжении
(2)
где : N- расчетная осевая продольная сила;
δmin – наименьшая толщина соединяемых элементов;
ℓш – расчетная длина стыкового шва, принимаемая в соответствии с приведенными выше указаниями.
Таблица 1. Расчетные характеристики сварных швов
Прочность швов косых стыков может быть проверена условным расчетом на действие нормальных и касательных напряжений (рисунок 1, б) по формулам:
на растяжение
(3)
на срез
(4)
При устройстве косого стыка с углом наклона α < 65° (0,36π) шов как равнопрочный с основным металлом может не рассчитываться (за исключением случая многократно повторяющейся знакопеременной нагрузки, когда коэффициент γ меньше единицы).
2.3 Расчет швов встык в элементах, воспринимающих изгибающий момент.
При действии изгибающего момента расчет шва встык (рисунок 2) производится так же, как и расчет самого изгибаемого элемента, но при расчетном сопротивлении сварного шва, принимаемом по таблице 1. При этом нормальные напряжения в шве проверяются по формуле:
(5)
где Wш – момент сопротивления шва, равный
;
δmin – наименьшая толщина соединяемых элементов.
При изгибе часть шва испытывает растяжение, а часть — сжатие, поэтому расчетную характеристику для шва следует принимать в зависимости от при-нятых способов сварки и контроля качества шва в соответствии с указаниями, приведенными выше.
Рисунок 2. Распределение напряжений в стыковом шве при изгибе.
Соединения внахлестку.
Соединения внахлестку осуществляются при помощи угловых швов. Угловые швы могут быть фланговые (рисунок 3, а) и лобовые (рисунок 3, б).
Фланговые швы работают на срез, и разрушение их происходит от среза. Лобовые швы испытывают одновременно срез, растяжение (или сжатие) и изгиб, вызванный эксцентриситетом приложенных к нему сил. Но так как лобовые швы разрушаются так же, как и фланговые, от среза, то это дает основание рассчитывать и те и другие только на срез.
Лобовые швы с равными катетами могут быть: нормальные — с ровной поверхностью, с вогнутой поверхностью к с выпуклой поверхностью (рисунок 4). Чем более плавным сделан переход от шва к основному металлу, тем вибрационная прочность соединения выше; поэтому вогнутые швы обладают наилучшей вибрационной прочностью.
В конструкциях, воспринимающих статические нагрузки, соотношения размеров катетов для фланговых и лобовых швов следует принимать 1:1, а в конструкциях, воспринимающих динамические и вибрационные нагрузки,—для фланговых швов 1 : 1 и для лобовых швов 1 : 1,5; при этом большой катет должен быть направлен вдоль усилия, воспринимаемого лобовым швом.
Рисунок 3. Соединения внахлестку посредством угловых швов:
а – фланговых; б – лобовых.
Соединения фланговыми швами дают наиболее высокие эффективные коэффициенты концентрации напряжений (β = 3,4 для Ст. 3; β = 4,4 для низколегированных сталей), что объясняется сосредоточенностью передачи усилий в этих соединениях и неравномерностью работы фланговых швов по их длине: чем длиннее шов, тем неравномернее передача усилия по его длине. По-этому наибольшая расчетная длина флангового шва ограничивается величиной, равной 60hш (hш — катет углового шва), за исключением сопряжений, в которых усилие, воспринимаемое фланговым швом, возникает на всем его протяжении (например, поясные швы балок); в последнем случае длина шва не ограни-чивается.
Во избежание непровара в начале шва и кратера в конце шва, а также из-за трудности обеспечения хорошего провара на малой длине, расчетная длина флангового и лобового шва должна быть не менее 4 hш и не менее 40 мм.
С увеличением толщины шва прочность фланговых швов несколько уменьшается, поэтому катет угловых швов hш не должен превышать l,2δmin. Минимальная толщина углового шва составляет 4мм, за исключением швов в деталях толщиной менее 4 мм.
В зависимости от толщины свариваемых элементов катет угловых однопроходных швов hш рекомендуется принимать не менее указанных в
таблице 2 величин.
Толщина более толстого из свариваемых элементов, мм |
h (в мм) в конструкциях из стали |
|
углеродистой |
низколегированной |
|
До 10 |
4 |
6 |
11—20 |
6 |
8 |
21—30 |
8 |
10 |
31—50 |
10 |
12 |
51 и более |
12 |
— |
|
|
|