§ IX.2. СОЕДИНЕНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ КОНСТРУКЦИЙ
Сварные соединения
Элементы стальных конструкций соединяют в основ ном электродуговой сваркой плавящимися электродами: между изделием и электродом возбуждается электриче ская дуга, расплавляющая электрод и изделие, металлы которых в жидком состоянии взаимосмешиваются и за стывают при охлаждении как единое целое.
Сварка может быть ручная и механизированная: ав томатическая и полуавтоматическая. Чтобы защитить расплавленный металл от вредного воздействия окружа ющего воздуха, электроды при ручной сварке снабжают специальными обмазками, которые образуют на поверх ности шва защитную корку шлака (электроды тйпов Э42, Э42А, Э50А и др.). При механизированной сварке электрод не имеет обмазки, а защита шва осуществляется слоем флюса (гранулированного ш лака), который засы пается сварочным автоматом перед электродом. В пос леднее время находит применение газоэлектрическая сварка с защитой шва струей углекислого газа. Рекомен дуемые сварочные материалы (марки электродов, флю сов, сварочной проволоки) для каждого класса стали в зависимости от группы конструкций, температуры и вида сварки приведены в СНиП II-B.3-72.
Алюминиевые сплавы сваривают в струе аргона. При толщине элементов более 6 мм используют плавящиеся электроды, а при меньшей толщине — неплавящиеся, ко торые только возбуждают электрическую дугу, а для соз дания шва между изделием и электродом вводят плавя щуюся (присадочную) проволоку.
По конструктивному признаку швы разделяют на стыковые (рис. IX .2,а), которыми соединяют элементы, расположенные в одной плоскости (наплавленный ме талл заполняет зазор между ними), и угловые (валино вые), накладываемые в угол, образованный элементами, расположенными в разных плоскостях (рис. IX. 2,6). Применение стыковых швов дает возможность получить простое и качественное соединение элементов, однако при толщине стыкуемых элементов 6 > 8 мм требуются до полнительные затраты на разделку кромок. Нормальный
146
Рис. IX.2. Типы сварных швов и сварных соединений
угловой шов имеет вид равнобедренного треугольника усиленного наплывом в 0,1 размера его катета Лщ.
За расчетную толщину стыкового шва принимают толщину соединяемых элементов б. Расчетная толщина углового шва составляет {5йш, где {5— коэффициент, за висящий от вида сварки: для ручной сварки {5=0,7, для полуавтоматической и автоматической в зависимости от
числа |
проходов {$=0,7— 1. Расчетную длину сварного |
шва |
принимают равной его полной длине I, уменьшен |
ной на 1 см, учитывая возможный непровар по концам: /ш =/— 1 см.
Сварные соединения выполняют, четырех основных ти пов: 1) встык, когда соединяемые элементы расположены в одной плоскости и сварены стыковым швом (рис. IX.
2 ,в); 2) встык с накладками, |
которые приваривают |
угло |
выми швами к соединяемым |
элементам (рис. IX. |
2 ,г); |
3) внахлестку, когда стыкуемые элементы непосредствен но накладывают_друг на друга и сваривают угловыми швами (рис. IX. 2,д ), и 4) втавр, когда стыкуемые эле-1
1 Для конструкций из высокопрочных сталей, испытывающих воздействие динамических и вибрационных нагрузок и работающих при низких температурах, валнковый шов выполняют пологим — от ношение размеров катетов 1: 1,5.
147
ТАБЛИЦА IX.3. РАСЧЕТНЫЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ СВАРНЫХ ШВОВ Яс®*«гс/см» (МПа)
00
|
|
|
|
|
|
ДЛЯ |
|
Вид шва |
|
Напряженное состояли |
Условное |
|
стали 1класса |
|
|
|
обозначение |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
С 38/23 |
С 44/29 |
С 46/33 |
С 52/40 |
Стыковой |
Сжатие |
*сСВ |
2100 (210) |
2600 (260) |
2900 (290) |
3400 (340) |
|
|
Растяжение при ручной |
RCp |
1800 (180) |
2200 (220) |
2500 (250) |
— |
|
|
и |
полуавтоматической1 |
|
|
|
|
|
|
сварке |
|
|
|
|
|
|
|
Срез |
ПСВ |
1300(130) |
1500(150) |
1700(170) |
2000 (200) |
|
|
^ср |
||||||
Угловой |
|
|
R$■ |
1500(150) |
1800(180) |
2000 (200) |
2200 (220) |
1 При автоматической, полуавтоматической и ручной сварке с применением физических методов контроля швов (рентген, ультразвук и т. д.) R£в = Я£в
менты примыкают друг к другу под углом и свариваются уг ловыми швами (рис. IX. 2, е).
Прочность сварных швов характеризуется их расчет ным сопротивлением (табл. IX. 3).
Стыковые швы рассчитывают по формуле
- Г 7 </?СВ; |
4IX.1) |
1т О |
|
где N — расчетная продольная сила; ReB— расчетное сопротивление стыкового шва; /ш— расчетная длина шва; б — расчетная толщина ш ва.
Угловые швы — по формуле
N |
(IX.2) |
< дсув, |
где рЛш— расчетная толщина углового шва; RcyB— расчетное со*
противление углового шва.
Пример IX. 1. Требуется рассчитать соединение встык с накладками (см. рис. IX.2, г) и определить требуемую длину накладок /я Сталь класса С 38/23, толщина накладок 8, ширина 160 мм. Расчетное рас тягивающее усилие N=80 тс=800 кН.
Решение: находим по табл. IX.3: /?“ = 1500 кгс/см2. Толщину
швов примем равной толщине накладок: Лш=0,8 см. Определим тре буемую длину швов на полунакладках из формулы (IX.2) при р= 0,7:
N |
80 000 |
(IX.3) |
/ш =■ |
= 94 см. |
|
/?У° 0,7АЦ |
1500-0,7.0,8 |
|
Так как накладок две, то на каждой из них /ш = 94/2 = 47 см.
При ширине накладки 16 см требуемая длина швов, располо женных вдоль полунакладки, составит (47—16)/2=15,5 см, а с уче том непровара по концам: 15,5+1 = 16,5 см.
При зазоре между стыкуемыми листами, равном 1 см, полная длина накладок составит:
/„ = 2-16,5+1 =34 см.
Заклепочные и болтовые соединения
Заклепки (рис. IX.3, а) имеют ограниченное при менение. Их используют для соединения элементов кон струкций, испытывающих динамические воздействия или выполненных из стали и алюминиевых сплавов, кото рые плохо свариваются. Болты (рис. IX.3, б) применяют главным образом для монтажных соединений конструк ций. Болты, изготовленные штамповкой прокатйых прут-
149
|
|
ков, |
называют |
болта |
||||
|
|
ми |
нормальной |
|
точ |
|||
|
|
ности, или черными, а |
||||||
|
|
выточенные по диамет |
||||||
|
|
ру отверстия на токар |
||||||
|
|
ном |
станке — болтами |
|||||
|
|
повышенной |
точности, |
|||||
|
|
или |
чистыми. |
|
|
|
||
|
|
Отверстия |
для |
за |
||||
Рис. 1Х.З. Схемы заклепочных |
и |
клепок |
и болтов |
могут |
||||
быть |
продавлены |
на |
||||||
болтовых соединений |
|
|||||||
J —срез; 2 —смятие |
|
специальных |
прессах |
|||||
|
|
(группа |
С) |
или |
выс |
|||
верлены (групппа В). Сверленые отверстия обеспечи вают более качественное соединение, однако стоимость их выше. Как правило, заклепки и черные болты ставят в продавленные отверстия, а чистые болты — в сверле ные.
По линии сопряжения соединяемых элементов за
клепки и болты |
работают на срез, а по боковым |
поверх |
||
ностям — на смятие (рис. IX.3, в, г). |
Площадь |
среза |
||
равна площади |
поперечного |
сечения |
заклепки (болта), |
|
площадь смятия |
принимают |
равной |
диаметру |
заклеп |
ки (болта) d, умноженному на наименьшую суммарную толщину элементов 26, сминаемых в одном направле нии.
Заклепки и болты рассчитывают по следующим фор мулам:
на срез
N |
<ЯСР» |
(IX .4) |
|
ппсР ■nd? |
|||
|
|
на смятие |
|
|
N |
(IX.5) |
|
ndZ6 < Ясм. |
||
|
В этих формулах N — расчетная продольная сила, действующая на соединение; п — число заклепок (болтов) в соединении; яСр — число плоскостей среза одной заклепки (болта); Rcр и RCu — расчетные со противления соответственно срезу и смятию, которые зависят от марки стали заклепок (болтов) и соединяемых элементов, а также от способа образования отверстий (группа С или В).
Эффективным методом соединения элементов метал лических конструкций являются также соединения на
150