Проектування зварних з’єднань зі стиковими швами

При проектуванні стикових з'єднань у першу чергу призначають роз­міри шва і тип з'єднання згідно стандарту на спосіб зварювання. Наступ­ним кроком проектування стикового з'єднання в основному є або пере­вірка міцності (розрахунок руйнуючої сили), або визначення потрібної довжини зварного шва.

Під розрахунком міцності маємо на увазі складання відповідної умови міцності. Для скорочення запису приймемо методику за граничними напруженнями. Розглянемо три варіанти навантаження зварних з'єднань: осьовою силою, моментом та одночасно силою і моментом.

Навантаження має статичний характер. Як уже було розглянуто, за статичного навантаження концентрація напружень до уваги не прийма­ється. Приймається також, що руйнування буде мати місце по металу зварного шва.

Залежно від того, як взаємно орієнтовані стиковий шов і зусилля, стиковий шов може руйнуватися під впливом нормальних (рис.) дотичних (рис.) та одночасної дії цих напружень (рис.).

Далі наведені відповідні умови міцності.

Осьове навантаження (рис.). У цьому випадку руйнування відбу­деться внаслідок нормальних напружень в будь-якій точці поздовжнього перерізу шва (всі точки перерізу напружені однаково).

Рис. Рис.

Отже, умова міцності має вигляд:

де F_ш - площа руйнування шва, l_Ш - довжина шва, δ - товщина шва.

Іноді_ використовують стикові шви, орієнтовані під кутом до лінії дії сили. Тоді в поздовжньому перерізі зварного шва (рис.) діятимуть нормальні й дотичні напруження:

Тоді умова міцності:

Якщо діють сили, як показано на рис. (без урахування моменту), руйнування буде наслідком

дотичних напружень.

Рис. Рис.

В разі одночасної дії сил у двох напрямках (рис.) у зварному шві діятимуть як нормальні, так і дотичні напруження. Тому умова міцності має вигляд:

У випадку дії сил, як показано на рис. (сила Р₂ прикладена по осі шва), в металі зварного шва будуть діяти нормальні напруження у двох напрямках, тобто має місце плоский напружений стан, і тоді умова міцності:

Навантаження моментом (рис. 3.10). Під дією моменту у зварно­му шві утворяться нормальні напруження, нерівномірно розподілені по довжині шва. Максимальні напруження діють в точці А. Тоді умова міц­ності буде:

де σ_M^max- максимальні напруження від моменту; σ_M^max = M / W_ш; W_ш - осьо­вий момент опору перерізу шва, що руйнується відносно осі x: (прямокут­ник довжиною l_ш і шириною δ); W_ш =δl²_ш/6.

Рис.

Для зварного з'єднання навантаженого як вказано на рис., умова міцності набуває вигляду:

де W_ш - осьовий момент опору перерізу шва відносно осі у.

Рис.

Навантаження силою і моментом (рис.). Аналізуючи наванта­ження і використовуючи принцип незалежності дії сил, необхідно в пер­шу чергу визначити, які напруження виникають окремо від дії сили та моменту.

В даному випадку від сили і моменту діятимуть нормальні напружен­ня. Це означає, що умову міцності необхідно записати за нормальними напруженнями:

де σ_С0М - сумарні напруження від дії сили і моменту,

σ_р- нормальні напруження від сили Р, σ_р = Р / l _шδ ;σ_М - нормальні напру­ження від моменту, σ_м = 6 М/δl²_ш.

Отже:

Якщо навантаження викликає нормальні та дотичні напруження

(рис.), умову міцності треба записати за еквівалентними напру­женнями:

Для сталевих конструкцій при статичному навантаженні, використан­ні відповідних зварювальних матеріалів, повному проварі і фізичному

контролі якості зварних з'єднань допускається розрахунки на міцність стикових швів не проводити через високу міцність зварного з'єднання, яка в багатьох випадках не поступається міцності основного металу.