Расчет сварного соединения на одновременное действие  изгибающего момента М и перерезывающей силы Q

Примером такого соединения может служить прикрепление подкрановой консоли к колонне.

Пример 10.10. Проверить прочность сварного соединения одностенчатой консоли с колонной. Сталь класса С255. Сварка механизированная в среде СО2  сварочной проволокой марки  Св-08Г2С диаметром 1,4 мм. Катет шва  kf  = 8 мм. К консоли приложена расчетная сосредоточенная сила F = 800 кН с эксцентриситетом (расстоянием от оси подкрановой балки до грани колонны) е = 350 мм. Размеры сечения консоли показаны на рис. 10.35.

Рис. 10.35. Прикрепление консоли к колонне:

а – прикрепление консоли; б – геометрические характеристики сечения;

в – расчетные длины швов; г – эпюры напряжений в шве

Предварительно определяем:

– Rwf  = 215 МПа = 21,5 кН/см2 – расчетное сопротивление металла шва (см. табл. 1.18);

– Rwz = 0,45Run = 0,45 ∙ 370 = 166,5 МПа = 16,65 кН/см2 (см. табл. 1.16), здесь Run = 370 МПа для стали С255 при толщине свариваемых элементов от 10 до 20 мм (см. табл. 1.14);

– βf  = 0,9 и βz = 1,05 – коэффициенты проплавления, принимаемые для механизированной сварки при диаметре сварочной проволоки 1,4 мм и катетах швов 8 мм (см. табл. 10.19);

– γwf  = γwz = 1 – коэффициенты условий работы соединения.

Сравниваем:

βfRwf  = 0,9 ∙ 215 = 193,5 МПа > βzRwz = 1,05 ∙ 166,5 = 174,8 МПа,

следовательно, рассчитываем сварные швы по металлу границы сплавления.

В месте прикрепления консоли действуют:

– изгибающий момент М = F е = 800 ∙ 0,35 = 280 кН∙м;

– поперечная сила Q = F = 800 кН.

Определяем геометрические характеристики сечения сварных швов в месте прикрепления консоли к колонне с учетом дефектов швов в начале и конце сварки по 10 мм (см. рис. 10.35, в). Суммарная расчетная длина швов, прикрепляющих один пояс,

∑l w,n  = (bf  – 1) + =

= (25 – 1) + = 45,4 cм.

Площадь сварного шва у пояса

Aw,n = βf kf ∑ lw,n = 1,05 ∙ 0,8 ∙ 45,4 = 38,14 см2.

Суммарная расчетная длина швов, прикрепляющих стенку,

∑ lw,ст = 2 (hw – 1) = 78 см.

Площадь сварного шва у стенки

Aw,ст = βz kf ∑ lw,cт  = 1,05 ∙ 0,8 ∙ 78 = 65,52 см2.

Общая площадь всех сварных швов

Aw = Aw,ст + 2 Aw,n = 65,52 + 2 ∙ 38,14 =141,8 см2.

Момент инерции всех сварных швов относительно оси х-х

Iw = / 12 + 2 =

= / 12 +  2 · = 40989,9 см4.

Момент сопротивления швов

Ww = 2Jw / h = 2 ∙ 40989,9 / 42,8 = 1915,42 см3.

Срезающее напряжение в шве от М

τwМ = М / Ww = 28000 / 1915,42 = 14,62 кН/см2.

Срезающее напряжение в шве от Q

τwQ = Q / Aw = 800 / 141,8 = 5,64 кН/см2.

Проверяем суммарное напряжение в сварном шве

τw  == = 15,67 кН/см2 =

= 156,7 МПа < Rwz γwz γc = 166,5 МПа.

Прочность соединения обеспечена.