Прикрепление угловыми швами несимметричных профилей

При прикреплении угловыми швами несимметричных профилей необходимо учитывать неравномерное распределение усилий между швами, передающими силовой поток с уголка на лист.

Во избежание дополнительного момента площадь сечения каждого шва назначается так, чтобы равнодействующая передаваемых ими усилий совпадала с осью прикрепления элемента (с линией центров тяжести сечений уголков), то есть усилие N распределялось обратно пропорционально расстояниям от сварных швов до оси центра тяжести сечения.

Усилия, воспринимаемые швами:

– у обушка N1 = (1 – α) N;

– у пера N2 = α N.

Коэффициент α = zо / b учитывает долю усилия на сварные швы у пера. Значение коэффициента α зависит от номера и вида уголка (равнополочный; неравнополочный, прикрепленный к листу узкой полкой; неравнополочный, прикрепленный к листу широкой полкой) и в практических расчетах принимается по табл. 10.21

Таблица 10.21

Значения коэффициента α

Пример 10.9. Рассчитать и запроектировать прикрепление фланговыми швами к фасонке толщиной t2 = 10 мм растянутого элемента из двух равнополочных прокатных уголков ∟100×100×8 / ГОСТ 8509-93. Ширина уголка b = 100 мм, расстояние от обушка уголка до центра тяжести сечения  zо = 2,75 мм. Расчетное усилие N = 750 кН (рис. 10.33). Условия эксплуатации – нормальные при расчетной температуре наружного воздуха –37оС. Сварка – ручная.

Рис. 10.33. Прикреплении угловыми швами несимметричного профиля

Растянутые элементы при работе на статическую нагрузку относятся ко второй группе конструкций. Из табл. 2.1 для климатического района ІІ4 при температуре эксплуатации от –30 до –40оС выбираем сталь класса С255.

При толщине элемента t до 10 мм включительно нормативное сопротивление по временному сопротивлению – Run = 370 МПа.

Расчетные сопротивления сварного углового шва условному срезу: по металлу шва – Rwf  = 180 МПа = 18 кН/см2 (см. табл. 2.7); по металлу границы сплавления – Rwz = 0,45Run = 0,45 · 370 = 166,5 МПа = 16,65 кН/см2.

Коэффициент условий работы γс = 1,0; коэффициенты условий работы шва γwf  = γwz = 1,0.

Коэффициенты глубины проплавления шва для ручной сварки: βf  = 0,7 – при расчете по металлу шва; βz = 1,0 – при расчете по металлу границы сплавления.

Расчет производим по металлу шва, так как

βf  Rwf  = 0,7 · 180 = 126 МПа < βz Rwz = 1 · 166,5 МПа,

Усилие, воспринимаемое швами у обушка:

N1 = (1 – α) N = (1 – 0,3) 750 = 525 кН.

Усилие, воспринимаемое швами у пера:

N2 = α N = 0,3 · 750 = 225 кН.

Принимаем максимальный катет сварного шва kf = 6 мм, который можно допустить при сварке вдоль пера уголка толщиной tуг = 8 мм (см. табл. 10.20).

Этот катет шва удовлетворяет конструктивным требованиям                (kf  < kf,max = 1,2tmin = 1,2 t1 = 1,2 · 8 = 9,6 мм и kf  > kf,min = 5 мм при толщине более толстого из свариваемых элементов t2 = 10 мм (см. табл. 10.10).

Расчетная длина шва вдоль обушка

lw1 = N1 / (2 βf  kf Rwf  γwf γс)  = (525 / 2 · 0,7 · 0,6 · 18 · 1 · 1) = 35 см <

< lw,max = 85 βf  kf  = 85 · 0,7 · 0,6 = 35,7 см;

конструктивная длина шва (с добавлением 10 мм на дефекты в начале и конце сварного шва)

l1 = lw1 + 1 = 35 + 1 = 36 см.

Расчетная длина шва вдоль пера

lw2 = N2 / (2 βf  kf Rwf  γwf γс)  = (225 / 2 · 0,7 · 0,6 · 18 · 1 · 1) = 15 см < lw,max;

конструктивная длина шва

l2 = lw2 + 1 = 15 + 1 = 16 см.

Для уменьшения концентрации напряжений на концах фланговых швов сварные швы заводим на торцы уголков на 20 мм.