19. Расчет сварных соединений

Самый распространенный способ соединения стальных конструкций – это сварка.

Существует несколько видов сварных соединений, но наиболее часто используются стыковой и нахлесточный.

Стыковое соединение заключается в том, что пространство между соединяемыми элементами заполняется расплавленным металлом. При таком соединении предполагается, что напряжение равномерно распределяется по всей длине шва. Прочность определяется следующим неравенством:

где ?_w – нормальное напряжение в шве;

N – расчетная продольная сила в соединяемых элементах;

A_w – площадь продольного сечения шва;

t_min – толщина более тонкого элемента;

l_w – расчетная длина шва;

R_wy – расчетное сопротивление растяжению (сжатию);

?_с – коэффициент условий работы соединяемых элементов.

Прочность стыка на растяжение уступает прочности основных соединяемых элементов, так как если качество сварки недостаточно велико, в шве могут появиться дефекты (поры, включения). Поэтому на практике часто встречается косой стык, который увеличивает длину шва. Экспериментально установлено, что если угол стыка ? ? 67°, то такой шов почти не уступает в прочности основному материалу соединяемых частей. Проверка прочности при косом стыке проводится по нормальным и касательным напряжениям.

При нахлесточном соединении соединяемые поверхности располагаются под углом друг к другу, полученный угол заливается расплавленным металлом. Расположенные перпендикулярно к действию усилия швы называются лобовыми, расположенные параллельно – фланговыми. Предполагается, что напряжение среза равномерно распределяется по расчетному сечению углового шва. Условие прочности выглядит следующим образом:

В этом неравенстве ?A_wf – расчетная площадь среза угловых швов в соединении, ?_f – коэффициент глубины провара шва, k_f – толщина углового шва, ?l_w – расчетная сумма длин угловых швов соединения, R_wf – расчетное сопротивление соединения условному срезу, ?_wf – коэффициент условий работы шва (обычно принимается равным единице).

Применение легирования для упрочнения швов порой приводит к тому, что несущая способность соединения определяется основным металлом, прочность которого меньше, чем у шва. Проводится дополнительный расчет на прочность:

Приведенные формулы справедливы как для лобовых, так и для фланговых швов.