9.3. Соединения с угловыми швами

9.3.1. Расчетные сечения соединений

В соответствии с рекомендациями сварные соединения с угловыми швами при действии продольной и поперечной сил следует рассчитывать на срез (условный) по двум сечениям: по металлу шва (сечение Ш, рис. 9.1) и по границе сплавления (сечение Г).

Рис. 9.1. Сечения углового шва

Расчетные напряжения:

по металлу шва (сечение Ш)

(9.1)

- по границе сплавления (сечение Г)

(9.2)

(9.3)

где — расчетная длина шва; —размер катета шва; —коэффициенты, учитывающие геометрию шва; — расчетные сопротивления металла шва (см. табл. 1.5).

Для расчета соединения на срез достаточно рассматривать менее прочное сечение, рекомендации по назначению которого приведены в табл. 9.1, в зависимости от временного сопротивления стали сопрягаемых элементов растяжению , нормативного сопротивления металла шва и коэффициента , характеризующего вид сварки, положение шва и толщину свариваемых элементов.

Таблица 9.1 - Расчетные сечения соединений с угловыми швами

Временное сопротивление стали сопрягаемых элементов растяжению , МПа		Нормативное сопротивление ме­талла шва по временному сопро­тивлению , МПа
		410	450	490
345-380	1,1 0,9 0,7	Г Ш Ш	Г Г Ш	Г Г Ш
390-410	1,1 0,9 0,7	Ш Ш Ш	Г Ш Ш	Г Г Ш
430-460	1,1 0,9 0,7	Ш Ш Ш	Ш Ш Ш	Г Ш Ш
470-490	1,1 0,9 0,7	Ш Ш Ш	Ш Ш Ш	Ш Ш Ш

При автоматической и полуавтоматической сварке и при катетах швов, равных толщине свариваемых элементов, рекомендуется:

при ≤12 мм =1,1, =1,15;

=14...16мм =0,9, =1,05;

≥18 мм =0,7, =1,0.

При ручной сварке =0,7, =1,0.

Для фланговых швов, расположенных вдоль направления действия усилия, в связи с неравномерностью распределения касательных напряжений среза по длине значение расчетной длины ограничивается условием:

. (9.4)

Для швов, в которых усилие приложено по всей длине шва (например, поясные швы балок) расчетная длина не ограничивается.

9.3.2. Тавровые соединения

Поясные швы балок.

Проверка прочности швов, соединяющих пояса и стенки балок при отсутствии местной сосредоточенной нагрузки, выполняется по формуле

где Q — поперечная сила в рассчитываемом сечении; S_бр— статический момент полусечения балки брутто; J_бр — момент инерции сечения балки брутто.

При местной сосредоточенной нагрузке, в частности при расположении подтележного рельса над стенкой, давление колеса вызывает появление дополнительных касательных на­пряжений [19]:

, (9.6)

где Р — сосредоточенная нагрузка (например, давление колеса тележки); п — коэффициент, зависящий от харак­тера обработки кромок, при полном проваре можно при­нимать n=0,4; z — расчетная длина шва, по которому про­исходит передача давления с пояса на стенку,

, (9.7)

где J_Р, J_П — собственные моменты инерции рельса и поя­са; δп — толщина пояса.

Прочность шва при наличии местного давления опреде­ляется по условию:

(9.8)

Нагрузки в плоскости, перпендикулярной расположению швов.

Схема нагружения соединения показана на рис. 9.2.

Проверка прочности швов при действии момента М производится по условию:

(9.9)

(9.10)

Рис. 9.2. Схема нагружения таврового соединения

При действии отрывающей нагрузки N расчет швов выполняется по формуле

(9.11)

В зависимости от степени глубины провара при выполнении соединения рассматриваются схемы, показанные на рис. 9.3.

При полном проваре с разделкой кромок (рис. 9.3, а, б) швы принимаются равнопрочными с основным металлом.

При неполном проваре (рис. 9.3, в, г) швы проверяют с учетом условной толщины :

- по металлу шва

(9.12)

Рис. 9.3. Схема к расчету тавровых соединений:

а — с двухсторонней разделкой кромок с полным проваром; б — с односторонней разделкой кромок с полным проваром; в — с двухсторонней разделкой кромок с неполным проваром; г — без разделки кромок с неполным проваром

- по границе сплавления

где h_к — глубина разделки кромок (см. рис. 9.3, в) или проварка (см. рис. 9.3, г);

(9.14)

Дополнительно проверяются соединения по основному металлу в сечении А—А, перпендикулярном к направлению силы N:

(9.15)

где R_th — расчетное сопротивление растяжению основно­го металла в направлении толщины проката (см. табл. 1.2).

Условная толщина:

— для схемы рис. 9.3, а;

— для схемы рис. 9.3, б;

— для схемы рис. 9.3, в;

— для схемы рис. 9.3, г.

При действии изгибающего момента в плоскости, перпендикулярной сечению А-А, проверка производится по формуле (9.9) при

(9.16)