Сварные соединения металлических конструкций

Сварка – процесс получения неразъемных соединений посредством установления межатомных связей между соединяемыми частями при их нагревании или пластической деформации.

Виды сварных соединений.

Стыковые - соединения, в которых элементы соединяются торцами или кромками, и один элемент является продолжением другого; наиболее рациональны, т.к. имеют наименьшую концентрацию напряжений при передаче усилий, экономичны и удобны для контроля. Толщина сварива­емых элементов в таких соедтнениях не ограничена. Стыко­вое соединение листового металла может выполнено быть прямым или ко­сым швом.

Внахлестку - соединения, в которых поверхности свариваемых элементов частично находят друг на друга; широко примнняются при сварке листовых конструкций из стали небольшой толщины (2-5мм), в решетчатых и других видах конструкций.

Разновидность - соед-я с накладками применяют для соединения элементов из профильного металла и для усиления стыков. Внахлестку и с накладками - простота обра­ботки элементов под сварку, но по расходу металла они менее эконо­мичны, чем стыковые; вызывают резкую концентрацию напряжений, из-за чего они нежелательны в конструкциях, подвергающихся действию нагрузок и работающ при низкой t.

Угловые - соединения, в которых свариваемые элементы расположены под углом.

Тавровые соединения (соединения впритык) отличаются от угловых тем, что в них торец одного приваривается к поверхности дру­гого элемента. Угловые и тавровые соединения выполняются угловыми швами, которые отлича­ются простотой исполнения, высокой прочностью и экономичностью. В ответственных конструкциях в тавровых соединениях же­лательно полное проплавление соединяемых элементов.

Виды сварных швов: по конструктивному признаку: 1. стыковые - соединение деталей в 1 плоскости; наиболее рациональны, т.к. имеют наименьшую концентрацию напряжений, но требуют дополнительной разделки кромок. При сварке элементов толщиной > 8мм для проплавления металла по всей толщине сечения необходимы зазоры и обработка кро­мок изделия. 2. угловые (валиковые) - швы наваривают в угол, образованный элементами, расположенными в разных плоскостях.

По направлению действующих усилий угловые швы, расположенные параллельно действующему осевому усилию, называют фланговыми, а перпендикулярно усилию — лобовыми.

По назначению: рабочие, связующие (конструктивные)

По протяженности: сплошные, прерывистые (шпоночные).

По положению в про­странстве во время их выполнения: нижние, вертикальные, горизонтальные, потолочные.

Сварка нижних швов наиболее удобна, легко поддается механизации, дает лучшее качество шва, а потому при проектировании следует предусматривать возмож­ность выполнения большинства швов в нижнем положении. Вертикаль­ные, горизонтальные и потолочные швы в большинстве выполняются при монтаже. Они плохо поддаются механизации, выполнить их вручную трудно, качество шва получается хуже, потому применение их в конструкциях следует по возможности ограничивать. Рис: а – стыковые; б – внехлестку (1-лобовые 2- фланговые); в – комбинированные; г- угловые; д- тавровое.

Расчет соединений, выполняемых угловых швами. У гловые швы применяют в торцевых, угловых и внахлест соединениях и определяютют катетом k₁, k₂, вогнутостью m и выпуклостью g. Могут быть как фланговыми, так и лобовыми.

Фланговые швы, расположенные по кромкам прикрепляемого элемента, параллельно действ-му усилию, вызывают большую нерав­ном-ть распред-ия напряж-й по ширине эл-та. Нерав­номерно работают они и по длине

Лобовые швы передают усилия равномерно по ширине эл-та, но неравномерно по толщине шва. Неравномерность работы шва по длине заставляет ограничивать расчетную длину шва на величину ≥4 катетов шва:

4k_f ≤ l_ω ≤ 85βk_f, где k_f – катет, принимаемый не больше величины 1,2t (k_f < 1,2t) и не меньше значений, указанных в табл. 38 СНиП, t – толщина наиболее тонкого из свариваемых элементов.

Угловые швы рассчитывают независимо от ориентации шва по отношению к действующему усилию. Усилие принимается равномерно распределенным вдоль шва и рассматривается возможность разрушения шва от условного среза по одному из двух сечений: по металллу шва f и по металлу границы сплавления z. β_z, β_f – коэф-т качества шва по металлу границы сплавления и по металлу шва.

Условный срез по металлу шва:

где τ_f – напряжения в расчетном сечении по металлу шва;

b_f – коэф-т качества шва по металлу шва по табл. 34 [5];

R_wf – расчетное сопротивление углового шва срезу по металлу шва;

g_wf - коэф-т условия раб шва; принимается =1, кроме швов констр-й экспл-мых при низкой t;

g_c – коэф-т условиия работы;

g_n – коэф-т надежности по назначению;

l_w – расч длина шва: (1см на непроварку шва).

Расчет шва на условные разрез по металлу границы сплавления, где k_f=1,2t:

Расчет сварных соединений с угловыми швами на действие момента в плоскости, перпендикулярной плоскости расположения этих швов, производится по 2 сечениям. Для пространственных строительных конструкций - на длину шва в нескольких плоскостях. Требуемая длина шва обушка (прикрепляющие уголки к фасонке):

Требуем длина шва пера:

k_f = t-2, α – коэф-т распределения напряжения между швом пера и швом обушка, принимается в зависимости от расположения уголка на фасонке.

При расчете следует определить, какая из 2 проверок (по металлу шва или металлу границы сплавления) будет иметь решающее значение. Для этого необходимо сравнить: β_f·R_ωf и β_z·R_ωz. Решающее значение будет иметь меньшее из величин.

5. Болтовые соединения металлических конструкций