Расчет угловых швов при действии осевой силы.

В зависимости от ориентации углового шва относительно линии действия внешнего усилия швы могут быть лобовыми или фланговыми. Лобовые угловые швы при работе на срез обладают большей прочностью, чем фланговые, на 20÷15 %. Однако эта особенность в нормах не учитывается, и значения расчетного сопротивления углового шва R_wf установлены применительно к фланговым швам. Расчет сварных соединений с угловыми швами при действии продольных или поперечных сил делают на срез по двум сечениям (рис. 15.2):

	Рис. 15.2. Схема расчетных сечений сварного соединения с угловым швом 1 –сечение по металлу шва; 2 –сечение по металлу границы сплавления.

- по металлу шва (сечение 1)

(15.4)

- по металлу границы сплавления (сечение 2)

, где (15.5)

- катет шва;

l_w – расчетная длина шва с учетом непровара концевых участков;

- коэффициенты, зависящие от вида сварки, диаметра сварной проволоки (таблица 34 СНиП ІІ -23-81*);

- коэффициенты условий работы шва, равные 1, кроме климатических районов с наружными температурами ниже -40⁰ C, где

=0,85 для металла шва с нормативным сопротивлением = 410 м Па и = 0,85 – для всех сталей;

- коэффициент условий работы по таблице 6 СНиП ІІ -23-81*;

- расчетное сопротивление металла шва (принимается по таблице 56 СНиП ІІ -23-81*);

- расчетное сопротивление зоны сплавления, принимаемое равным 0,45 R_uп.

На практике не делают обе проверки. Предварительно вычисляют и сравнивают две величины: и , меньшая из двух величин определяет решающую проверку.

При прикреплении угловыми швами несимметричных профилей, например уголка к фасонке (рис. 15.3), необходимо учитывать неравномерное распределение усилия между швами, передающими его с уголка на фасонку. Усилие N распределяется обратно пропорционально расстояниям от сварных швов до оси элемента.

_{сварной шов по обушку}

Если обозначить через отношение расстояния z₀ к ширине полки в, то есть , то усилия, воспринимаемые сварными швами на обушке N₀ и пере N_п уголка, будут соответственно равны:

(15.6)

Значение зависит от номера и вида уголка и в расчетах может быть принята 0,7 для равнобоких уголков; = 0,75 – для неравнобокого уголка, прикрепляемого малой полкой.

Болтовые соединения. Классификация и характер работы болтовых соединений. Определение расчетных усилий, воспринимаемых одним болтом при работе на срез, смятие, растяжение. Соединения на высокопрочных болтах

Болтовые соединения появились раньше сварных. Простота соединения и надежность в работе способствовали их широкому распространению в строительстве при монтаже строительных конструкций. Однако болтовые соединения более металлоемки, чем сварные, т.к. имеют стыковые накладки и ослабляют сечения элементов отверстиями для болтов. Последнее обстоятельство компенсируется допущением упруго-пластической работы стыкуемых элементов по признаку R_и (времени) и введением условий работы, γ_с >1,0, а для элементов, стыкуемых на высокопрочных болтах, - уменьшение фактического ослабления компенсируется за счет восприятия части действующего усилия трением между соединяемыми элементами за пределами ослабленного сечения.

В соединениях стальных конструкций применяют болты грубой, нормальной и повышенной прочности, высокопрочные, самонарезающие и фундаментные.

Болты грубой точности (класс точности С) ставят в отверстия на 2÷3 мм больше диаметра болта. Такие соединения обладают наибольшей деформативностью, увеличивают неравномерность работы болтов в соединениях. Поэтому они применяются в монтажных соединениях, где болты работают на растяжение или являются крепежными.

Болты нормальной точности (класс точности В) устанавливают в отверстиях, диаметр которых на 1,0÷1,5 мм больше диаметра болта. Такие соединения мене деформативны по сравнению с классом С и требуют более высокой точности при образовании отверстий в соединяемых деталях. Такие болты применяются в соединениях более ответственных конструкций, чем болты грубой точности.

Болты повышенной точности (класс точности А) имеют min отклонения в диаметрах отверстий на 0,3 мм, что достигается сверлением отверстий в соединяемых элементах через специальные кондукторы-шаблоны.

Болты в таких отверстиях сидят плотно и хорошо работают на сдвигающие усилия. Однако, недостаточность сил, стягивающих пакет, ухудшает его работу по сравнению с соединениями на высокопрочных болтах или заклепках.

Расхождения сопротивления срезу R_bs и растяжению R_bt приведины в таблице 58* СНиП II-23-81* «Стальные конструкции».

Основной вид работы болтовых соединений – работа на сдвиг. При этом болты могут разрушаться от перерезывающих сил, действующих по плоскости среза, или от смятия поверхностей отверстий сопрягаемых элементов.

	а)		б)

Рис.16.1. Схема работы болтовых соединений

а) срез болта в односрезном соединении;

б) срез болта в двухсрезном соединении;

в) растяжение болтов;

г) работа высокопрочного болта

Силы смятия могут вызвать выкол между отверстием и краем элемента (например, фасонки). Кроме того, болтовые соединения могут работать на растяжение (рисунок 16.1.-в).

А) Расчет прочности болтовых (заклепочных) соединений производится в предположении равномерного распределения усилий между болтами.

В этом случае расчетное усилие, воспринимаемое одним болтом, определяются по формулам:

- из условий работы на срез

(16.1)

- из условия работы на смятие

(16.2)

- из условия работы на растяжение

, где (16.3)

R_bs, R_bp, R_bt – расчетные сопротивления болтовых соединений (таблица 58*, 59* СНиП II-23-81*);

A= - расчетная площадь сечения болта;

A_bn - площадь болта нетто (за вычетом глубины резьбы) – см.резьбовые соединения по ГОСТ 22356-77;

Σt – наименьшая суммарная толщина элементов, сминаемых в одном направлении;

n_s – число расчетных срезов одного болта (на единицу меньше количества сопрягаемых элементов);

γ_b – коэффициент условий работы болтового соединения (таблица 35* СНиП II-23-81*).

Общее количество болтов в соединении определяется по формуле:

, где (16.4)

N_min- минимальное расчетное усилие для одного болта из трех выше приведенных формул.

Условия применения болтов по классу прочности приведены в таблице 57* СНиП II-23-81*.

Б) Расчет соединений на высокопрочных болтах.

Расчет следует вести в предположении передачи действующих в стыках усилий через трение, возникающих по соприкасающимся плоскостям соединяемых элементов от натяжения высокопрочных болтов. При этом распределение продольной силы между болтами принимать равномерно.

Расчетное усилие Q_bh, которое может быть воспринято каждой поверхностью трения соединяемых элементов, стянутых одним высокопрочным болтом, определяют по формуле: где

, где (16.5)

R_bh – расчетное сопротивление высокопрочного болта (таблица 61* СНиП II-23-81* применительно для R_bun и принять R_bh=0,7 R_bun);

μ – коэффициент трения, принимаемый по таблице 36* СНиП II-23-81*;

A_bn – площадь сечения нетто по таблице 62* СНиП II-23-81*;

γ_b – коэффициент условий работы соединения принимать по таблице 35 СНиП II-23-81*.

Количество высокопрочных болтов в соединении при действии продольной силы определять по формуле:

, где (16.6)

k – количество поверхностей трения соединяемых элементов;

γ_с – коэффициент условий работы соединений (таблица 6* СНиП II-23-81*).

Натяжение высокопрочного болта следует производить осевым усилием

(16.7)

Регулирование натяжения болтов производить с помощью тарировочных ключей по моменту закручивания или по углу поворота гайки. Болты, в том числе высокопрочные, следует размещать в соответствии с таблицей 39 СНиП II-23-81*.

Балочные клетки. Расчет прокатных балок, изгибаемых в двух главных плоскостях с учетом развития пластических деформаций. Предварительный подбор балок при учете пластических деформаций

Прокатные балки применяют для перекрытия небольших пространств (при пролетах 8÷9 м) и ограниченных нагрузках до 10÷12 кПа. По сравнению с составными балками прокатные более металлоемки, но менее трудоемки в изготовлении. Стенки прокатных балок не требуют укрепления ребрами жесткости. Отсутствие сварных швов в областях контакта «стенка-полка» существенно уменьшает концентрацию напряжений и снижает уровень начальной дефектности.

При изгибе балки в двух главных плоскостях x и y проверку прочности выполняют по формуле с использованием упругопластической работы материала и ограничении касательных напряжений τ < 0,5 R_s:

, где (17.1)

M_x, M_y – изгибаемые моменты относительно главных осей x, y в рассматриваемом сечении балки;

C_x, C_y – коэффициенты, учитывающие развитие пластических деформаций, принимать по таблице 66 СНиП II-23-81*;

W_x, W_y – моменты сопротивления сечений нетто относительно главных осей x и y.

Предварительно, определим требуемый момент сопротивления балки «нетто» по одному из двух значений M_x или M_y (по max величине момента) по формуле чистого изгиба:

, (17.2)

затем производим проверку условия прочности по сложному напряженному состоянию в двух плоскостях по формуле (17.1) с учетом упругопластической работы материала.

При наличии зоны чистого изгиба в формуле (17.1) вместо коэффициентов C_x и C_y следует принимать:

C_x,m=0,5(1+C_x)

C_y,m=0,5(1+C_y)

Если условие (17.1) с новыми коэффициентами C_x,m, C_y,m удовлетворяется, то считаем подбор балки выполнен правильно.

В опорном сечении балки (при M_x=0,M_y=0) проверяют касательные напряжения:

- при расчете только стенки двутавра:

, (17.3)

- а в общем случае, с учетом работы поясов:

, где (17.4)

S_x – статический момент полусечения балки относительно главной оси х-х;

I_x – момент инерции всего сечения балки относительно главной оси х-х.

Проверка жесткости балки относится к проверкам по второй группе предельных состояний. Для однопролетной балки, нагруженной равномерно-распределенной нагрузкой определяется известной формулой:

, где

- предельно допустимая величина относительного прогиба, принимаемая по нормам СНиП 2.01.07-85 «Нагрузки и воздействия»;

qⁿ – нормативная (эксплутационная) нагрузка.

Дата добавления: 2015-07-19