Примеры расчета заклепочных, болтовых, сварных и клеевых соединений

Расчет сварных соединений.

При изготовлении металлических конструкций часто применяется сварка с помощью электрической дуги.

В настоящее время сварочное оборудование и технология сварки усовершенствованы и получили широкое распространение во всем мире. Соединение элементов при помощи электросварки наиболее прогрессивно. Сварные соединения менее трудоемки, чем заклепочные, они не ослабляют сечений соединяемых элементов, упрощают конструкцию и по надежности не уступают заклепочным соединениям.

Наиболее простым типом сварного соединения является соединение встык, при котором зазор между двумя соединяемыми элементами заполняется наплавленным металлом. В зависимости от толщины соединяемых элементов зазорам между ними придают V -образную или X -образную форму. При малой толщине листов их кромки перед сваркой не обрабатываются (рис.22.1). Проверка сварного соединения на растяжение или сжатие производится из условия прочности

Рис. 22.1. Схемы сварки элементов конструкций встык

,

где [ σ_τ ] – допускаемое напряжение при электросварке, зависит от вида сварки (ручная или автоматическая) и типа электродов (с тонкой или толстой обмазкой);

l – расчетная длина шва;

δ – толщина свариваемых элементов.

Сварное соединение элементов встык с косым швом (рис. 22.2), как показывают экспериментальные исследования, является равнопрочным целому сечению.

Рис. 22.2. Схемы сварки элементов конструкций встык косым швом

Другими типами соединения листов являются соединения внах-лестку, с накладными, в тавр и др., выполняемые при помощи валко-вых или угловых швов. Расчет на прочность угловых швов производится условно на срез по сечению, расположенному в биссектронной плоскости прямого угла (рис. 22.3).

Рис. 22.3. Схемы сварки элементов конструкций внахлестку,

с накладками, тавром валковыми и угловыми швами

Угловой шов, параллельный направлению усилия, называется фланговым. Швы, перпендикулярные к действующему усилию, назы-ваются лобовыми, швы, идущие под углом к направлению силы, – косыми.

Площадь среза сварного шва (рис. 22.4) определим по формуле:

А _ср = δ cos45^о l = 0, 7δl.

При расчете сварных швов на прочность предполагают, что касательные напряжения по плоскости среза распределяются равномерно. Из условия прочности можно определить расчетную длину сварного шва:

.

В некоторых элементах металлических конструкций растягивающая сила не проходит посредине привариваемой полки. Например, в уголке растягивающая сила проходит через центр тяжести сечения (рис. 22.5).

Рис. 22.4. Схема для расчета

площади среза сварного шва

Рис. 22.5. Схема для расчета длины швов

при приложении растягивающей силы

в центре тяжести привариваемого элемента

Усилия, приходящиеся на каждый шов, обратно пропорциональны расстояниям h₁ и h₂. Чтобы обеспечить одинаковые условия работы обоих швов, длина их должна быть разной и определяться из условия

.

При одинаковой толщине шва условие прочности имеет вид:

.

Из последних двух уравнений находится расчетная длина каждого шва.

Клеевые соединения.

Рис.22.6. Виды клеевых соединений

При расчете на прочность нахлесточного клеевого соединения (рис. 22.6, а) размер нахлестки может быть определен из условия равно прочности соединяемых деталей и клеевого шва:

где: δ - толщина склеиваемых деталей;

[σ_p] - допускаемое напряжение на растяжение этих деталей;

[τ_c] - допускаемое напряжение на срез клеевого шва

Расчет на прочность клеевых соединений аналогичен расчету сварных соединений. Обычно размер клеевого шва назначают в зависимости от размеров соединяемых деталей и расчет шва на прочность осуществляют как проверочный. Соответственно расчет на прочность клеевого шва нахлесточного соединения (рис. 22.6, а) производят по формуле:

где: расчетное напряжение на срез в клеевом шве; F сила, действующая на соединение; b ширина соединяемых деталей.

Допускаемое напряжение на срез шва можно принимать для клея БФ-2 [ ] =15...20 МПа, для клея БФ-4 [ ] = 25...30 МПа.