tuii

Рис. 4.34. Зависимость коэффициента С направления действующего усилия от угла О)

Прн проверке прочности следует выполнить следующее условие:

Кг1+4Г<.,Т; (4-80)

4.17. Значения коэффициентов и Для расчета угловых сварных швов

Рнс. 4.35. Схема к расчету соединительных швов крепления уголка

Прн креплении элемента, нагруженного силой N, одновременно лобовым и продольным угловым швамн (рнс. 4.35), условно принимают, что лобовой шов 5 воспринимает нагрузку Рз, обусловленную предельной несущей. способностью соединения. Нагрузку Рв определяют: для металла шва

n = VlRf%- (4.81)

для границы сплавления

Угловые швы, расположенное вдоль действия сил, рассчитывают на общую силу

Рф = Рф1 + Рф2 = /V - Рз mln-

Прн расчете крепления уголков н других несимметричных элементов учитывают неравномерность распределения нагрузки между угловыми швамн, расположенными вдоль действия сил. Для равнобокового уголка (см. рис. 4.35)

Рф1 = 0,7Рф; Рфг = 0,ЗРф.

Расчетную длину угловых швов, расположенных вдоль действия сил, принимают не менее 4У( нли 40 мм, но не более 857(Р/ (за исключением швов, в которых силы возникают по всей длине шва, например, поясные швы в балках).

Болтовые соединения. Расчетное усилие Nb, которое может быть воспринято одним болтом:

прн срезе

= ьУьАУ>,\ (4-83)

при смятии

4 = ЬрУь< и (4-84)

прн растяжении

= btbnfc, (4.85)

где Rbs, Rbp, Rbt - расчетные сопротивления болтовых соединений; d - наружный диаметр стержня болта; А - расчетная площадь сечения болта; Аьн - площадь сечения болта по резьбе; -наименьшая суммарная толщина элементов, работающих на смятие; rts - число расчетных срезов одного болта; ус - коэффициент условий работы; - коэффициент условий работы соединения.

Значения коэффициента у в зависимости от особенностей соединения следующие.

Болты: призонные и повышенной

точности .........I 0

грубой точности......090

Прн расположении болтов вблизи края элемента и с малым шагом (а < l,bd, 6 < 2d);

в расчетах на смятие в элементах конструкции из стали с

Ry < 380 МПа.......0,85

При креплении одного элемента к другому с помощью прокладок или других промежуточных элементов, а также прн креплении с помощью односторонней накладки . . . 0,90

В соответствующих случаях коэффициенты у для различных условий работы учитывают одновременно.

Особенности расчета соединений с болтами, воспринимающими сдвигающие усилия. Прн действии знакопеременной нагрузки следует применять устанавливаемые без зазора болты (призонные) или обеспечивать восприятие силы, действующей на соединение, силами трення в плоскостях соприкосновения детален. В этом случае рекомендуется применять высокопрочные болты с контролируемой затяжкой и специальной подготовкой соединяемых поверхностей (СНиП 11-23-81).

Прн использовании соединений с неконтролируемой затяжкой болтов расчетная сила воспринимается каждой поверхностью трення соединяемых элементов, стянутых одним болтом:

Q = PybнlУб, (4-86)

где х = 0,25 - коэффициент трення; Vg - коэффициент условий работы; при 12 мм d < 20 мм Vg = 0,4; прн d > 22 мм у = 0,6.

Болты следует проверять на срез, смятие и растяжение.

Прн действии продольной силы, проходящей через центр тяжести соединения, распределение этой силы между болтами следует принимать равномерным. Положение центра тяжести определяют исходя из площадей сечения болтов соединения (рнс. 4.36, а).

При действии на соединение момента М, вызывающего сдвиг соединяемых элементов, распределение силы Мщ между болтами следует принимать пропорциональным расстоянию от центра тяжести соединения до рассматриваемого болта (см. рнс. 4.36, б).

Для комбинированных соединений (с болтами н установленными с зазо-

a) S)

Рнс. 4. 36. Схемы к расчету болтовых соединений, работающих на сдвиг

рами) принимают, что частично ннеш-ияя нагрузка воспринимается силами трения в болтах с зазорами, а частично передается иа призонные болты.

Болтовое фланцевое стыковое соединение. Схема стыка, нагруженного моментом М, направленным перпендикулярно к плоскости стыка, продольными и поперечными силами Л/ и Q, приведена иа рис. 4.37, а. Болты стыка проверяют на растяжение. Для соединений повышенного качества с механически обработанными контактными по-нерхностями можно принять, что фланцы поворачиваются относительно оси X-X, проходящей через нижний ряд болтов. Расчетная сила в болте верхнего ряда (всего п рядов, не считая нижнего)

=-al-

1 1

где fli; X-X

02 ... an -

до болтов

(рис. 4.37,-6); ZiZj .. в ряду 1, 2, га.

(4.87)

расстояния от оси ряда 1, 2, га . z - число болтов

Соответственно расчетная сила и последующем ряду болтов

/V3 = A/i

...Nn=Ni-

Для соединений обычного качества принимают, что фланцы поворачиваются относительно нейтральной оси Хо - Хо, проходящей через центр тяжести сечений болтов. В формулу (4.87) подставляют значения расстояний от оси Хо - Хо до соответствующих рядов болтов (рис. 4.37, s).

При произвольном напранлении момента М расчет производят отдельно для моментов Мх и My, суммируя затем действующие на болты силы. Продольную силу N распределяют равномерно между болтами. Поперечная сила Q должна восприниматься дополнительными призоиными болтами или упорами или силами трения между контактирующими поверхностями. Для этого по рис. 4.37, б, в определяют суммарную силу работающих на сжа-

Рис. 4.37. Схема к расчету болтового стыкового соединения: а - схема фланца; б, - схема распределения усилий между болтами

тне болтов, исходя нз которой находят силы трення.

Соединения иа пальцах (осях). Проушины (рис. 4.38) допускается проверять на растяжение; при этом напряжения [124}

о = -<ЯуУс; (4.88)

< ЯуУс, (4.89)

где / - толщина проушины.

При отсутствии проворота пальца относительно проушины ki = 0,65; ki = 0,85; при этом с > d. При возможности пронорота 1 = /fej = 1,0; а = = с > 0,8d.

Уточненный расчет п11оушин, а также проверка их на сопротивление усталости приведены и работе [104].

Пальцы проверяют иа изгиб и срез; при этом

а = la + З-с < Яуу. (4.90)

Для соединения, показанного на рис. 4.39,

а = Ne/{2W); (4.91)

т == N/{2A), (4.92)

где W - момент сопротивления пальца; /= + /j + /д - плечо дейстния силы; li и /g принимают равными 50 % ширины контактирующих поверхностей, но ие более 0,2d; А - площадь сечения пальца.

При проверке пальца иа смятие напряжения

Рис. 4.38. Расчетные схемы проушин

Рис. 4.39. Схема к расчету пальца

где d - диаметр пальца; b - для про-ушяиы суммарная толщина щек; для пальца - ширина опорной части; во всех случаях b I,5d; Яьр - расчетное сопротивление; при гарантированном отсутствии проворота пальца в проушине Rbp принимают по данным табл. 4.8, а при наличии проворота - не более 50 % значений, приведенных в табл. 4.8.

4.15. СОПРОТИВЛЕНИЕ УСТАЛОСТИ СТАЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

На рис. 4.40 показана типовая кривая усталости, характеризующая зависимость предела выносливости от числа циклов N напряжений а. Предельное напряжение, при котором разрушается материал, снижается от временного сопротивления до предела выносливости Oj. На участке от точки / (N = 0,4) до точки (Л/ = 1.10) разрушение имеет статический характер, как при однократном нагружеиии. На участке - / характер разрушения изменяется, пластическая деформация постепенно уменьшается, а разрушение станонится усталостным. После уменьшения напряжения до а = = (0,8 ... 0,83) Он разрушение приобретает усталостный характер (участок III-IV).

Как пранило, работа при а > а (зона малоциклической долгонечности) не допускается. Нормативные расчетное методики действительны только для а < ок и Х6 ... 10) 10*.

fff- га W 10* ia i)N Рис. 4.40. Кривая усталости

При необходимости проверки элементов, работающих в зоне малоцик-лнческой долговечности, можно исходить из закономерностей, соответствующих отрезку /- / (штриховая линия на рис. 4.40) [62].

Усталостные разрушения возникают преимущественно в зонах, прилегающих к сварным соединениям, или в сварных соединениях. Основными причинами усталостных разрушений следует считать увеличение местных напряжений вследствие резкого изменения размеров сечения или направления силового потока и дефектов сварки (соответственно конструктивная и технологическая концентрации напряжений), а также снижение пластичности металла вследствие перегрева при сосредоточении сварных швов [12, 70],

Концентрация напряжений особенно проявляется в решетчатых конструкциях. Влияние конструктивной формы узла примыкания элементов решетки к поясу на предел выносливости последнего показано на рнс. 4.41.

Сопротивление усталости листовых конструкций, как правило, вьшхе, чем решетчатых конструкций.

Влияние конструктивного выполнения стыкового соединения пояса балки, подвергающейся изгибу, на предел выносливости показано на рис. 4.42.

Для предотвращения пережога основного металла расстояние между смежными швами в узловых соединениях следует принимать не менее 40 ... 50 мм. Меньшие значения этого расстояния (25 ... 20 мм) допускаются только для слабо нагруженных контр у кций или при уменьшении толщи-

ны сварных швов, накладываемых за одир проход.

Крайне неблагоприятно влияют иа сопротивление усталости пересекаемые сварные швы. Это относится также к швам, располрженным в различных плоскостях, когда еет место переход силового потока с одного урадия на другой. Например, при пересечении полос не рекомендуется доводить до кромок соединяющие их швы. Сопротивление усталости угловых соединений можно повысить применением пологих швов, горизонтальный катет которых в 2 раза больше вертикального.

В тавровых соединениях с угловыми швами (рис. 4.43) имеет место весьма большая концентрация напряжений, обусловленная резким изменением направления силового потока в соединении. У тавровых соединений с полным проваром (рис. 4.43, б) сопротивление усталости в 3,3-3,5 раза больше сопротивления усталости соединения, показанного иа рис. 4.43, в.

В узлах примыкания жестких элементов к неусиленным ребрам и гибким стенкам даже при небольших изгибающих нагрузках на жесткий элемент стенка изгибается, в результате чего в ней появляются высокие напряжения, приводящие при переменной нагрузке к образованию трещин.

Расчет сопротивления усталости стальных конструкций при числе циклов иагружеиия более 6,3-10*. При расчете сопротивления усталости этих конструкций следует соблюдать следующее условие:

. Гшах < apoVoVc. (4.94)

где Rt, - расчетное сопротивление усталости, принимаемое по данным табл. 4.18 в зависимости от временного сопротивления стали и группы элемента конструкции по степени концентрации напряжений (табл. 4.19) (см. СНиП П-83-21); ар - коэффициент, учитывающий режим работы элемента и определяемый по данным табл. 4.20; Yo - расчетный коэффициент, определяемый по данным табл. 4.21 в зависимости от вида напряженного состояния (степени концентрации напряжений) и коэффициента асимметрии р = = Стш/Ощах (здесь оГшахИОпип- соот-

Рис. 4.41. Влияние конструктив-вой формы узла примыкания элементов решетки на сопротивление усталости пояса из стали СтЗ (пульсирующий цикл):

а - сг J = 230 * 240 МПа; б - <1 д = 180 * 200 МПа; в - .i- = 160 * 180 МПа: г, д, е - <l j = = 80 * 90 МПа

Рис. 4.42. Влияние особенностей выполнения стыкового соединения растянутого пояса балки на предел иыносливости пояса из стали СтЗ (пульсирующий цикл)

ветственно наибольшее и наименьшее по абсолютному значению напряжения в рассчитываемом элементе, вычисленные по сечению с учетом местных ослаблений, без учета коэффициентов продольного и поперечного изгиба; при разнозначных напряжениях коэффициент асимметрии принимают со знаком минус ).

Значения величины apR y для элементов краиов различной группы режима работы приведены на рис. 4.44, а-в.

Для соединений, выполняемых в неблагоприятных условиях (на открытом воздухе при пониженной температуре, ветре и др.), группы элементов увеличивают на единицу.

При расчетах на сопротивление усталости в формуле (4.94) произведение

<*рЛа7о не должно превышать Rjyu (здесь у и = 1,3).

При расчете должны учитываться нагрузки от сил тяжести конструкции

Рис. 4.43. Тавровое соединение:

а - = 40-f-50 МПа (с угловым швом);

б - 0 д = 120 -i- 130 МПа (с полным проваром); в - =20-5-30 МПа (с непроваром)