3. Расчет сварных соединений

3.1. Расчет сварных стыковых соединений на центральное растяжение и сжатие следует проводить в соответствии с п. 11.1 главы СНиП II-23-81.

3.2. С целью повышения эффективности использования наплавленного металла в соединениях с расчетными угловыми швами предусмотрено применение электродных материалов, обеспечивающих повышенные прочностные свойства металла шва. При этом возникает необходимость проверки прочности соединений по двум опасным сечениям: по металлу шва и по металлу границы сплавления.

3.3 (11.2). Сварные соединения с угловыми швами при действии продольной и поперечной сил следует рассчитывать на срез (условный) по двум сечениям:

по металлу шва

N / (β_f k_f l_w) ≤ R_wf γ_wf γ_c;                                           (1) [120]

по металлу границы сплавления

N / (β_z k_f l_w) ≤ R_wz γ_wz γ_c.                                         (2) [121]

где l_w - расчетная длина шва, принимаемая меньше его полной длины на 10 мм; β_f и β_z - коэффициенты, принимаемые при сварке элементов из стали: с пределом текучести до 580 МПа (5900 кгс/см²) по табл. 1 (34); с пределом текучести свыше 580 МПа (5900 кгс/см²) независимо от вида сварки, положения шва и диаметра сварочной проволоки β_f = 0,7 и β_z = 1; γ_wf и γ_wz - коэффициенты условий работы шва, равные 1 во всех случаях, кроме конструкций, возводимых в климатических районах I₁, I₂, II₂ и II₃, для которых γ_wf = 0,85 для металла шва с нормативным сопротивлением R_wun = 410 МПа (4200 кгс/см²) и γ_wz = 0,85 для всех сталей.

При сварке с использованием технологических приемов, направленных на повышение производительности наплавки, которые сопровождаются снижением глубины проплавления (например, сварка при удлиненном вылете электрода, при прямой полярности постоянного тока, с применением дополнительного присадочного материала и т.п.), значения коэффициентов рекомендуется принимать β_f = 0,7 и β_z = 1.

3.4 (11.2). Для угловых швов, размеры которых установлены в соответствии с расчетом, в элементах из стали с пределом текучести до 285 МПа (2900 кгс/см²) следует применять электроды или сварочную проволоку согласно табл. 2 прил. 1 настоящего пособия, для которых расчетные сопротивления срезу по металлу шва R_wf должны быть более R_wz, а при ручной сварке не менее чем в 1,1 раза превышают расчетные сопротивления срезу по металлу границы сплавления R_wz, но не превосходят значений R_wz β_z / β_f

1,1 R_wz < R_wf ≤ R_wz β_z / β_f;                                                  (3)

в элементах из стали с пределом текучести свыше 285 МПа (2900 кгс/см²) допускается применять электродные материалы, для которых выполняется условие

R_wz < R_wf ≤ R_wz β_z / β_f.       

Вид сварки при диаметре сварочной проволоки d, мм	Положение шва	Коэффициент	Значения коэффициентов βf и βz при катетах швов, мм
			3-8	9-12	14-16		18 и более
Автоматическая при d = 3 - 5	В лодочку	βf	1,1			0,7
		βz	1,15			1
	Нижнее	βf	1,1	0,9		0,7
		βz	1,15	1,05		1
Автоматическая и полуавтоматическая при d = 1,4 - 2	В лодочку	βf	0,9		0,8		0,7
		βz	1,05		1
	Нижнее, горизонтальное, вертикальное	βf	0,9	0,8	0,7
		βz	1,05	1
Ручная; полуавтоматическая проволокой сплошного сечения при d < 1,4 или порошковой проволокой	В лодочку нижнее, горизонтальное, вертикальное, потолочное	βf	0,7
		βz	1

Примечание. Значения коэффициентов соответствуют нормальным режимам сварки.

При выборе электродных материалов следует учитывать группы конструкций и климатические районы, указанные в табл. 55 (В Пособии табл. 1 прил. 1).

3.5. Левая часть выражений (3) и (4) 1,1 R_wz < R_wf и R_wz < R_wf означает необходимость применения электродных материалов, обеспечивающих высокую прочность металла шва. Правая часть этих выражений R_wf ≤ R_wz β_z / β_f указывает верхний предел значения R_wf, выше которого увеличение прочности металла шва нецелесообразно, поскольку несущую способность соединения будет определять сечение по металлу границы сплавления.

При проектировании сварных соединений возможны исключения из требований, указанных в выражениях (3) и (4), которые определяются дискретностью значений входящих в них параметров, ограниченностью ассортимента сварочных проволок для механизированной сварки и условиями организации производства. Поэтому в ряде случаев для расчетных угловых швов целесообразно применять сварочную проволоку, при которой R_wf ≤ R_wz β_z / β_f.

Например, проволоку марки Св-08Г2С целесообразно применять при сварке в углекислом газе однопроходных швов (/г/<8 мм) в конструкциях из стали ВСт3, которая обеспечивает минимальный расход наплавленного металла из всех возможных вариантов полуавтоматической и ручной сварки; проволоку марок Св-08А и Св-08ГА - при автоматической сварке под флюсом конструкций из стали ВСт3 (применение проволоки Св-08ГА обосновано в случаях, когда на одном производственном участке одновременно выполняется сварка конструкций из малоуглеродистой и низколегированной стали).

3.6. В зависимости от значений R_wf, R_wz и β_f, характеризующих соединение с угловыми швами, прочность одного из двух расчетных сечений меньше прочности другого сечения. Поэтому для расчета такого соединения на срез (условный) достаточно произвести проверку менее прочного сечения. Расчетные сечения, по которым следует производить проверку прочности соединения с угловыми швами, в зависимости от параметров R_wun, R_un и β_f, указаны в табл. 2 (для конструкций во всех климатических районах, кроме I₁, I₂, II₂, II₃) и табл. 3 (для конструкций в климатических районах I₁, I₂, II₂, II₃).

Примечание. Коэффициенты β_f и β_z связаны зависимостью , поэтому в табл. 2 и 3 значения β_z не приводятся.

3.7. Предельные усилия на сварные соединения с угловыми швами для наиболее распространенных сочетаний электродных материалов, условий сварки и катетов швов приведены в табл. 1 и 2 прил. 2.

3.8. Расчет сварных соединений с угловыми швами на действие момента, на одновременное действие сил и момента, а также поясных соединений с угловыми швами в составных двутавровых балках следует производить по двум сечениям в соответствии с требованиями пп. 11.3, 11.5 и 11.16 главы СНиП II-23-81.

При этом в общем виде расчетные формулы представляют собой сравнение напряжений, возникающих от действия усилий в расчетном сечении по шву (τ_f) и по металлу границы сплавления (τ_z), с соответствующими расчетными сопротивлениями с учетом коэффициентов условий работы:

τ_f ≤ R_wf γ_wf γ_c;

τ_z ≤ R_wz γ_wz γ_c.

Rwun	Run = 345 (3500) Run = 355 (3600)				Run = 365 (3700) Run = 370 (3800)				Run =380 (3900)
	βf				βf				βf
	1,1	0,9	0,8	0,7	1,1	0,9	0,8	0,7	1,1	0,9	0,8	0,7
410 (4200)	Г	Ш	Ш	Ш	Г	Ш	Ш	Ш	Г	Ш	Ш	Ш
450 (4600)	Г	Г	Г	Ш	Г	Г	Ш	Ш	Г	Г	Ш	Ш
490 (5000)	Г	Г	Г	Ш	Г	Г	Г	Ш	Г	Г	Г	Ш
590 (6000)	Г	Г	Г	Г	Г	Г	Г	Г	Г	Г	Г	Ш
≥ 685 (7000)	Г	Г	Г	Г	Г	Г	Г	Г	Г	Г	Г	Г

Таблица 2а

Rwun

Run = 390 (4000) Run = 410 (4200)

Run =430 (4400) Run = 440 (4500) Run = 450 (4600) Run = 460 (4700)

Run = 470 (4800) Run = 480 (4900) Run = 490 (5000)

βf

βf

βf

1,1

0,9

0,8

0,7

1,1

0,9

0,8

0,7

1,1

0,9

0,8

0,7

410 (4200)

Ш

Ш

Ш

Ш

Ш

Ш

Ш

Ш

Ш

Ш

Ш

Ш

450 (4600)

Г

Ш

Ш

Ш

Ш

Ш

Ш

Ш

Ш

Ш

Ш

Ш

490 (5000)

Г

Г

Ш

Ш

Г

Ш

Ш

Ш

Ш

Ш

Ш

Ш

590 (6000)

Г

Г

Г

Ш

Г

Г

Ш

Ш

Г

Ш

Ш

Ш

685 (7000)

Г

Г

Г

Г

Г

Г

Г

Ш

Г

Г

Г

Ш

835 (8500)

Г

Г

Г

Г

Г

Г

Г

Г

Г

Г

Г

Г

Run = 500 (5100) Run = 510 (5200)

Run = 520 (5300) Run = 530 (5400)

Run = 540 (5500) Run = 570 (5800) Run = 590 (6000)

βf

βf

βf

1,1

0,9

0,8

0,7

1,1

0,9

0,8

0,7

1,1

0,9

0,8

0,7

≤ 490 (5000)

Ш

Ш

Ш

Ш

Ш

Ш

Ш

Ш

Ш

Ш

Ш

Ш

590 (6000)

Г

Ш

Ш

Ш

Ш

Ш

Ш

Ш

Ш

Ш

Ш

Ш

685 (7000)

Г

Г

Ш

Ш

Г

Г

Ш

Ш

Г

Ш

Ш

Ш

835 (8500)

Г

Г

Г

Г

Г

Г

Г

Ш

Г

Г

Г

Ш

Примечания: 1. Значение нормативных сопротивлений R_un и R_wun указаны в МПа (кгс/см²). 2. Буквы Ш и Г указывают, что при данном сочетании R_un, R_wun и β_f расчет соединения с угловыми швами должен производиться соответственно по металлу шва или по металлу границы сплавления. 3. Для стального проката с R_un = 685 МПа (7000 кгс/см²) расчет соединения с угловыми швами должен производиться по металлу шва.

Таблица 3

Rwun	Run = 345 (3500) Run = 355 (3600) Run = 365 (3700)				Run = 370 (3800) Run = 380 (3900)				Run = 390 (4000)
	βf				βf				βf
	1,1	0,9	0,8	0,7	1,1	0,9	0,8	0,7	1,1	0,9	0,8	0,7
410 (4200)	Г	Ш	Ш	Ш	Г	Ш	Ш	Ш	Ш	Ш	Ш	Ш
450 (4600)	Г	Г	Г	Г	Г	Г	Г	Ш	Г	Г	Г	Ш
≥ 490 (5000)	Г	Г	Г	Г	Г	Г	Г	Г	Г	Г	Г	Г

Таблица 3а

Rwun	Run = 410 (4200) Run = 430 (4400)				Run = 440 (4500)				Run = 450 (4600) Run = 460 (4700) Run = 470 (4800) Run = 480 (4900)
	βf				βf				βf
	1,1	0,9	0,8	0,7	1,1	0,9	0,8	0,7	1,1	0,9	0,8	0,7
410 (4200)	Ш	Ш	Ш	Ш	Ш	Ш	Ш	Ш	Ш	Ш	Ш	Ш
450 (4600)	Г	Г	Г	Ш	Г	Г	Г	Ш	Г	Ш	Ш	Ш
490 (5000)	Г	Г	Г	Ш	Г	Г	Г	Ш	Г	Г	Ш	Ш
590 (6000)	Г	Г	Г	Г	Г	Г	Г	Ш	Г	Г	Г	Ш
≥ 685 (7000)	Г	Г	Г	Г	Г	Г	Г	Г	Г	Г	Г	Г

	Run = 490 (5000)				Run = 500 (5100) Run = 510 (5200)				Run = 520 (5300) Run = 530 (5400)
	βf				βf				βf
	1,1	0,9	0,8	0,7	1,1	0,9	0,8	0,7	1,1	0,9	0,8	0,7
410 (4200)	Ш	Ш	Ш	Ш	Ш	Ш	Ш	Ш	Ш	Ш	Ш	Ш
450 (4600)	Г	Ш	Ш	Ш	Ш	Ш	Ш	Ш	Ш	Ш	Ш	Ш
490 (5000)	Г	Ш	Ш	Ш	Г	Ш	Ш	Ш	Г	Ш	Ш	Ш
590 (6000)	Г	Г	Г	Ш	Г	Г	Ш	Ш	Г	Г	Ш	Ш
685 (7000)	Г	Г	Г	Г	Г	Г	Г	Г	Г	Г	Г	Ш
835 (8500)	Г	Г	Г	Г	Г	Г	Г	Г	Г	Г	Г	Г

Таблица 3в

Rwun	Run = 540 (5500) Run = 570 (5800)				Run = 590 (6000)
	βf				βf
	1,1	0,9	0,8	0,7		1,1	0,9	0,8	0,7
≤ 490 (5000)	Ш	Ш	Ш	Ш		Ш	Ш	Ш	Ш
590 (6000)	Г	Ш	Ш	Ш		Г	Ш	Ш	Ш
685 (7000)	Г	Г	Г	Ш		Г	Г	Ш	Ш
835 (8500)	Г	Г	Г	Г		Г	Г	Г	Г

Примечания: 1. Обозначения даны в табл. 2а, б. 2. Таблица составлена с учетом коэффициентов γ_wf и γ_wz, значения которых указаны в п. 11.2 главы СНиП II-23-81. 3. Для стального проката с R_un = 685 МПа (7000 кгс/см²) расчет соединения с угловыми швами должен производиться по металлу шва

Примеры расчета соединений приведены в прил. 3 (примеры 1-4).

3.9. Расчет таврового соединения с разделкой кромок элемента с неполным его проваром (рис. 1) на действие продольной и поперечной сил рекомендуется производить по двум сечениям по формулам:

по металлу шва

N / (2,6 hl_w) ≤ R_wf γ_wf γ_c;                                                     (5)

по металлу границы сплавления

N / (2,8 hl_w) ≤ R_wz γ_wz γ_c,                                                    (6)

где h - глубина разделки кромок, значения которой следует принимать согласно соответствующему стандарту на основные типы, конструктивные элементы и размеры сварных соединений; l_w - расчетная длина шва, равная полной его длине, уменьшенной на t_m, или полной его длине в случае вывода концов шва за пределы стыка.

В формулах (5) и (6) учтено наличие двух швов в соединении.

Тавровые соединения с разделкой кромок (рис. 1) целесообразно применять в случаях, когда катеты швов должны быть k_f > 14 мм. При этом назначение разделки кромок должно производиться с учетом технологических возможностей производства.

Пример расчета соединения в соответствии с рекомендациями настоящего пункта приведен в прил. 3 (пример 5).

Рис. 1. К расчету таврового соединения с разделкой кромок элемента и неполным его проваром

3.10. Тавровые соединения с лобовыми угловыми швами, рассчитываемые на действие растягивающей силы (пп. 3.3 и 3.9) по двум сечениям, следует рассчитывать также на растяжение по основному металлу в сечении, перпендикулярном направлению действия силы (рис. 2, сечение 3-3).

В соединении с двухсторонним швом без разделки кромок (рис. 2а) расчет по сечению 3-3 следует производить по формуле

N / (2,8 β_f k_f l_w) ≤ R_th γ_c;                                                     (7)

в соединении с двухсторонним швом и k-образной разделкой кромок расчет по сечению 3-3 следует производить по формулам:

при полном проваре прикрепляемого элемента (рис. 2, б)

N / (1,3 tl_w) ≤ R_th γ_c;  

при частичном проваре прикрепляемого элемента (рис. 2, в)

N / [2 (h + 0,15t) l_w] ≤ R_th γ_c;                                             (9)

в соединении с односторонним швом и разделкой кромок при полном проваре прикрепляемого элемента (рис. 2, г) расчет по сечению 3-3 следует производить по формуле

N / (1,15 tl_w) ≤ R_th γ_c.                                                         (10)

В формулах (7) - (10): l_w - длина шва, принимаемая равной его полной длине; t - толщина прикрепляемого элемента; h - глубина разделки кромок; R_th - расчетное сопротивление растяжению в направлении толщины проката, которое следует принимать R_th = 0,5 R_u.

Рис. 2. К расчету таврового соединения по основному металлу в сечении, перпендикулярном направлению растягивающей силы

Расчет соединений по сечению 3-3 не следует производить в следующих случаях:

в соединениях с двухсторонним угловым швом без разделки кромок (рис. 2, а), а также с разделкой кромок и частичным проваром прикрепляемого элемента (рис. 2, в) - при соблюдении соотношения между значениями временного сопротивления свариваемых элементов R^A_un ≤ R^Б_un;

в соединениях с двухсторонним угловым швом и k-образной разделкой кромок (рис. 2, б) - при соблюдении соотношения значений характеристик прочностных свойств R^A_yn ≤ 0,65 R^Б_un.