Тавровые соединения

Тавровые соединения применяют при изготовлении сварных стержней (двутавров, тавров) и других конструктивных элементов (двутавровые балки, колонны). В тавровом соединении  торец одного элемента приваривается к поверхности другого элемента двумя угловыми швами. Для крепления ребер жесткости и диафрагм, а также для сварки стенок с поясами балок и колонн двутаврового сечения, работающих на статическую нагрузку, допускается применение односторонних угловых швов с катетом kf  минимальное значение которого определяется по табл. 10.10.

В ответственных конструкциях, работающих на динамическую нагрузку или возводимых и эксплуатируемых в районах с расчетными температурами ниже –40ºС (конструкции «северного исполнения») соединение элементов производится стыковыми швами с проплавлением шва на всю глубину (при толщине привариваемого элемента t > 10 мм с разделкой кромок под сварку).

Пример 10.7. Рассчитать соединение пояса со стенкой в сварной двутавровой балке, составленной из трех листов. Размеры сечения приведены на рис. 10.32. Материал конструкции – сталь класса С255. Температура эксплуатации –37оС. Соединение выполняется автоматической сваркой угловыми непрерывными швами одинаковой толщины по всей длине балки. Поперечная сила на опоре Qmax = 1033,59 кН. Сосредоточенное давление от балок, опирающихся на верхний пояс при этажном сопряжении, F = 322,2 кН/см2.

Выбираем сварочные материалы (см. табл. 2.5) в зависимости от класса стали, группы стали, климатического района строительства, вида сварки, принимаем марку сварочной проволоки Св-08А, диаметр сварочной проволоки d = 4 мм.

Расчетные сопротивления сварного шва:

– при расчете по металлу шва Rwf  = 180 МПа = 18 кН/см2;

– при расчете по металлу границы сплавления Rwz = 0,45Run= 0,45·370 =  = 166,5 МПа = 16,65 кН/см2, где Run = 370 МПа – нормативное сопротивление стали С255 при толщине проката 25 мм (см. табл. 2.3).

Коэффициенты проплавления βf  = 1,1; βz = 1,15 (см. табл. 10.19.

Коэффициенты условия работы γwf = γwz = 1,0.

Рис. 1.32. Соединение пояса со стенкой и прикрепление опорного ребра

Сравниваем:

Поясные швы при  рассчитываем по металлу границы сплавления.

Вычисляем геометрические характеристики сечения:

– момент инерции

– статический момент пояса относительно оси x-x

Поясные соединения обеспечивают совместную работу поясов и стенки, предотвращая при изгибе балки сдвиг поясов относительно стенки, а также при наличии местной нагрузки, действующей на пояса в местах, где нет поперечных ребер жесткости, передают ее на стенку.

Сварные швы рассчитываются на равнодействующую усилий T и V по формуле

где T – усилие на единицу длины шва (1 см) от поперечной силы Qmax на опоре, сдвигающее пояс относительно стенки:

T = Qmax Sf / Ix = 1033,59 · 8578,13 / 1645664,06 = 4,57 кН;

V – давление от сосредоточенного груза F на единицу длины шва:

= 322,2 / 20,5 = 15,72 кН,

здесь lef  = b + 2tf  = 15,5 + 2 · 2,5 = 20,5 см – условная длина распределения сосредоточенной нагрузки.

Определяем катет сварного шва:

При толщине tf = 25 мм более толстого из свариваемых элементов автоматической сваркой конструктивно принимаем минимальный катет шва           kf,min = 7 мм (см. табл. 10.10).

Пример 10.8. Рассчитать прикрепление опорного ребра в опорной части главной балки. Передача нагрузки от балки, установленной сверху на колонну, осуществляется через торцевое опорное ребро (см. рис. 10.32). Поперечная сила на опоре Qmax = 1033,59 кН. Размеры сечения приведены на рисунке. Материал конструкции – сталь класса С255. Температура эксплуатации –37оС. Прикрепление опорного ребра к стенке балки осуществляется механизированной сваркой угловыми швами. Принимаем марку сварочной проволоки для сварки стали класса С255 Св-08Г2С по ГОСТ 2246-70* (см. табл. 2.5), диаметр сварочной проволоки  d = 4 мм.

Расчетные сопротивления сварного шва: при расчете по металлу шва –Rwf = 215 МПа = 21,5 кН/см2;  при расчете по границе сплавления –             Rwz = 0,45Run = 0,45 · 370 = 166,5 МПа = 16,65 кН/см2, где Run = 370 МПа – нормативное сопротивление стали С255 при толщине проката tf  = 25 мм (см. табл. 2.3). Коэффициенты проплавления (см. табл. 10.19): βf  = 0,9; βz = 1,05. Коэффициенты условий работы шва γwf  =  γwz  = 1,0.

Сравниваем:

следовательно, сварные швы при  рассчитываем по металлу границы сплавления.

Условие прочности сварных угловых швов, работающих на срез:

Qmax ≤ 2 βz  kf  lw Rwz γwz γc,

откуда, принимая lw,max = 85βf kf, определяем катет шва:

          Принимаем шов kf = 7 мм, что больше kf,min = 5 мм – минимального катета при сварке наиболее толстого элемента tр = 16 мм.

Проверяем принятую максимальную длину расчетной части сварного шва:

lw,max = 85βf kf  = 85 · 0,9 · 0,7 = 53,55 см < hw = 150 см,

укладывается в конструктивную длину шва.

Ребро привариваем к стенке по всей высоте непрерывными швами.